篇转子系统故障若干非线性动力学问题及

ADissertationinMachineDesignandSTUDYONSOMENONLINEARDYNAMICSPROBLEMSOFROTORSYSTEMWITHFAULTSANDIN LIGENTDIAGNOSISMETHOD Supervisor WENJune2002本课题得国家自然科学基金重大项目（：19990510）资本文所呈的是在导师导下完成的。中取得研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经或撰写过的研究成果，也不包括本人获得其他而使用过的材料。与我一同工作的对本作的任何贡献均已在作了明确的说明并表示谢意。 期转子系统故障的若干非线性动力学问题及智旋转机械是指大型汽轮发电机组、水轮发电机组、核电机组、航空航天发、高速压缩机、离心机、离心泵和高精度机床等以转子系统为工作主体的机械设备，它们广泛地应用于电力、、冶金、机械、航空等各工业部门。随着科学技术与现代化工业的发展，旋转机械正朝着大型化、连续化、高速化、轻型化、集中化、自动化和大功率、大载荷方向发展。这一方面提高了生产率，降低了生产成本；但另一方面，这些设备一旦发生故障，所造成的经济损失将会成倍的增加。最近几十年来由于机械设备故障导致的性事件时有发生，造成的经济损失、伤亡和社会影响也是难以估量的。因并先的监与技设故行和显尤要。本文以旋转机械的转子系统和工程结构为主要研究对象，首先系统阐述了转子系统中转轴的非线性刚度问题、转静子碰摩和基础松动等非线性故障转子动力学问题及研究方法、基于神经网络的智能技术的研究目的、意义与研究概况，存在的问题与不足。在此基础上，系统、深入地研究了非线性转子系统由于转轴非线性刚度、碰摩和松动耦合故障引起的分岔与混沌行为，以及若干相关问题；结构损伤智能识别中特征（敏感）参数的选取问题、智能方法的改进措施，以及在设备与结构故障中的应用问题。本文的主要工作有以下几个方面：建立了具有非线性刚度轴的effcott非、主、超谐和亚谐响应进行了分析；并应用数值分析方法研究了具有强非线性刚度系统响应的复杂动力学行为，系统参数变化对系统动力学响应的影响以及混沌运动的激变特性。真实的转子系统的刚度通常是非线性的，本文建立了具有非线性刚度的转子系统局部碰摩的动力学微分方程，并应用数值分析方法研究了此类系统响应的复杂动力学行为，利用转子响应的分岔图、最大Lyapunov指数曲线图、Poincaé截面图、时域波形图、相轨线图、轨迹图、幅值谱图和功率谱图等图形分析了系统响应的周期运动、拟周期运动、倍周期分岔、阵发性分岔、混沌等运动形式的转化与演变过程，重点研究了非线性刚度、转子转速、偏心质量等系统参数对碰摩故障转子系统的分岔和混沌行为的影响。研究了基础松动对于转子系统动静件碰摩非线性动力学特性的影响。提出并建立了具有支座松动故障转子局部碰摩的动力学模型和微分方程。对支座松动故障的转子系统局部碰磨运动过程进行了数值仿真模拟，研究了不同转速和偏心量下系统响应的非线性动力学行为，分析了非线性刚度对系统动态特性的影响，以及随着松动质量和碰摩刚度的不同，系统动力学响应的变化特性提出了考虑定子质量与支承刚度的带有支座松动故障的转子系统局部碰摩动力学模型，建立了系统的非线性动力学方程并分析了其分岔与混沌行为。研究了不同转速和偏心质量对转子系统分岔与混沌行为的影响。探讨了前馈神经网络中存在的主要问题和若干改进方案及其优劣和特点，给出了利用改进型BP神经网络进行训练时动量项系数、学习率和隐层单元数的优化方法；提出了一个新的特征参数作为结构损伤神经网络的输入参数，以克服单独使用某一参数的缺陷，同时增加与损伤程度敏感的参数项；并用此特征参数对结构损伤问题进行了研究。提出了一个加入局部极小判别式的遗传神经网络故障智能方法，以便加快收敛速度，避免网络陷入局部极小点的问题。通过对旋转机械的实际故障的测试与验证了算法的有效性。从设备实际出发，对集成神经网络在故障中的应用进行了研究，建立了基于信息融合的集成神经网络故障系统，探讨了集成神经网络的实现策略和子网络的组建原则，通过对多故障进行分析的实例说明了方法的有效性和可行性。：转子系统，非线性动力学，非线性刚度，碰摩，松动，耦合故障，分岔，混沌，智能，神STUDYONSOMENONLINEARDYNAMICSPROBLEMSOFROTORSYSTEMWITHFAULTSANDIN DIAGNOSISMETHODRotatingmachineryincludeslargescaleofturbinegenerator,hydraulicmotor,nuclearmotor,aerospacemotor,high-speedcompressor,centrifugalengine,centrifugalpumpandhighaccuracymachinethattherotorsystemismainworkingbody.Itisappliedinthefieldofelectricpowerindustry,petrochemicalindustry,metallurgy,machinery,aerospaceindustrybroadly.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,rotatingmachineryishavingthetendencyoflargescale,serialization,high-speed,light-duty,centralization,automation,bigpowerandbigload.Thisnotonlyenhancestheproductivitybutalsoreducesthecost.Butoncethemachineryfaulthappens,thelossislarge.Thereweredisastrousaccidentsandcasualtiesandtheinfluencearelarge.Soononehand,thehigherneedisputforwardinspeed,content,efficiency,safesideofrotatingmachinery,ontheotherhand,itisimportanttodevelopadvancedstateinspectanddiagnosistechnology.Inthispaper,therotorsystemandengineeringstructurearestudied.Theresearchoverview,researchgoalandresearchsignificanceofnonlinearrigid,impactandrubbing,foundationlooseness,couplingfaults,thebifurcationandchaosmotion,inligencefauiagnosisbasedontheneuralnetworksarediscussedandthe ingsofthemarediscussed,too.Onthebasisofthem,thebifurcationandchaosmotionscausedbythenonlinearrigid,impactandrubbing,foundationlooseness,couplingfaultsinrotorsystemandothercorrespondingproblemsarediscussed.Theproblemsofsensitiveparameterselectionintheidentificationofstructuredamagefauiagnosis,theimprovementmeasuresofdiagnosismethodandtheapplicationsarediscussed.Themainworksinthispaperareasfollows:TheJeffcottrotorsystemdynamicsequationwasconstructedwhichusingthelinearandcubictoexpressthestrengthofcentershaftandmaterialphysicsnonlinearfactors.Themultiple-scalemethodwasusedtoresearchthecomplexdynamicsmotionsofthiskindofrotorsystemaboutnon-resonance,main-resonance,super-harmonicandsub-harmonicresponses.Thenumericalvalueysismethodwasusedtoresearchthecomplexdynamicsmotionsoftherotorsystem,andtheinfluencecausedbythechangeofsystemparameterandchaosmotionexcitationcharacterwasalsoyzed.Therigidityofrealrotorsystemusuallyisnonlinear.Inthispaper,therotorsystemlocalimpactandrubbingdynamicsdifferentialequationshavingthenonlinearrigiditywasconstructed.Thebifurcationandchaosbehaviorespeciallytheinfluenceonbifurcationandchaosbehaviorofimpactandrubbingfaultrotorsystemcausedbytheparametersofnonlinearrigidity,rotorrotatingspeed,eccentricmasswasyzed,usingthenumericalvalueysismethod.Thebifurcation umexponentdiagrams,Poincarémaps,phaseplaneportraits,trajectoriesofjournalcenter,time-historycurve,amplitudespectraandpowerspectrumdiagramsoftherotormotionwereused.Theconvertandevolutioncourseofperiodicalresponse,quasi-periodicalresponse,double-periodicalbifurcation,chaosofthesystemresponsewasyzed.Theinfluenceonnonlineardynamicsofimpactandrubbingfaultofrotorsystemcausedbyfoundationloosenesswasresearched.Thelocalimpactandrubbingfauynamicsmodelanddifferentialequationhavingthefoundationloosenesswasputforwardandconstructed.Thenumericalvaluesimulationoftherotorsystemwasusedtoysisthenonlineardynamiccharacteristics.Thebifurcationandchaosbehaviorunderthedifferentfrequencyrateandeccentricmasswereresearched.Theinfluenceofsystemdynamicresponsescausedbyloosemass,impactandrubbingrigiditywasyzed,andthechangingcharacteristicswiththenonlinearrigidityoftheshaftwereresearched,too.Therotorsystemlocalimpactandrubbingdynamicsmodelthatconsideringthestatormassandsupportingrigidityandhavingthefoundationloosenessfaultwasputforward.Thenonlineardynamicsequationwasconstructed.Bifurcationandchaosbehavioroftherotorsystemwasyzed.TheinfluencecausedbydifferentrotatespeedandeccentricmassontherotorsystembifurcationandchaosbehaviorwasThemainproblemsexistedintheneuralnetworks,theimprovementmeasures,theadvantageanddisadvantageandthefeatureswereinquiredinthispaper.Themomentumcoefficient,learnrateandthenumberofhiddenunitswereprovidedutilizingtheimprovementBPneuralnetworks.Anewcharacterparameterinstructuredamagefauiagnosisneuralnetworkswasputforwardasaninputparameterwhichingtheshortageofusingoneparameter.Intheme,aparameterrelatedwithdamageextentwasadded.Thestructuredamageproblemswereyzedusingtheseparameters.Alocalminimumdifferentialequationusinggeneticneuralnetworkalgorithmwasputforwardinordertoimprovetheconvergencespeedandavoidthelocalminimum.Throughthepracticalfauiagnosisin thevalidityofitwasproved.Fromthepractice,applicationofintegratedneuralnetworksinfauiagnosiswereresearchedandintegratedneuralnetworksbasedoninformationfusionwereestablishedinthispaper.Theimplementmeasureandprincipleofsub-neuralnetworkswereinquired,anditsvalidityandfeasibilitywereprovedthroughthediagnosisexamples.:rotorsystem,nonlineardynamics,nonlinearrigid,impactandrubbing,looseness,couplingfault,bifurcation,chaos,inligentdiagnosis,neuralnetworks,geneticalgorithm,informationfusion,integratedneuralnetworks.........................................................................................................................Ⅰ 第一章绪 课题研究的目的与意 国内外研究现 转子刚度非线性问题研究概 转子碰摩故障问题研究概 基础松动故障问题研究概 非线性故障转子动力学的常用研究方 基于神经网络的智能故障研究概 本文研究的主要内 第二 具有非线性刚度的转子系统动力学行为研 概 具有非线性刚度的转子系统的理论分 多尺度 具有非线性刚度的转子系统动力学方 非线性刚度转子系统的非和分 分岔和混沌的基本概 分岔的基本概 混沌的基本概 通向混沌的道 分析混沌的方 系统参数变化引起的分岔和混沌行 偏心量变化引起的分岔与混沌行 转轴非线性刚度变化引起的分岔与混沌行 转子转速变化引起的分岔与混沌行 本章小 第三 具有非线性刚度的转子系统局部碰摩动力学行为研 概 非线性转子系统局部碰摩的动力学模 系统参数变化引起的分岔和混沌行 转子系统局部碰摩动力学模型的实测验 以频率比为分岔参数的转子混沌运动分 非线性刚度对碰摩转子混沌运动的影响分 以偏心量为分岔参数的转子混沌运动分 以阻尼比为分岔参数的转子混沌运动分 本章小 第四 转子系统松动与碰摩耦合故障的动力学行为研 概 基础松动与碰摩耦合故障转子系统的动力学方 系统参数变化引起的分岔和混沌行 耦合故障的转子系统动力学模型的实测验 以频率比为分岔参数的转子系统混沌运动分 非线性刚度对系统混沌运动的影响分 松动质量对系统混沌运动的影响分 碰摩刚度对转子系统混沌运动的影响分 以偏心量为分岔参数的转子系统混沌运动分 本章小 第五 转子—定子系统松动与碰摩耦合故障的动力学行为研 概 转子—定子系统松动与碰摩耦合故障的动力学方 系统参数变化引起的分岔和混沌行 以频率比为分岔参数的系统混沌运动分 以偏心量为分岔参数的系统混沌运动分 本章小 第六章基于神经网络的智能研 概 误差反向神经网络 网络结 BP算法与网络运行机 BP网络存在的问题及改进方案探 改进BP算法及其在结构损伤中的应 结构损伤智能输入参数的选 工程结构损伤实 遗传神经网络算法及其应 遗传算法概 经典的遗传算 遗传BP算法的网络学习过 网络权值的遗传优 旋转机械故障的遗传神经网络训 转子系统故障实验研究与智能实 空压机组故障与频谱分 P1101B机组故障与频谱分 风机故障与频谱分 智能实 本章小 第七 基于信息融合的集成神经网络故障研 概 信息融合技 基于信息融合的集成神经网络研 集成神经网络的基本结 子网络的组建原 决策融合网络的实 智能的实现及实 本章小 第八章全文总结与展 参考文 致 附录A作者简 附录 攻读博 期间的主要学术...............................................附录C攻读博 期间撰写的专著和..................................................附录 攻读博 期间从事的科研教学工 课题研究的目的与意旋转机械是指大型汽轮发电机组、水轮发电机组、核电机组、航空航天发、高速压缩机、心机、离心泵和高精度机床等以转子系统为工作主体的机械设备，它们广泛地应用于电力、、冶金、机械、航空等各工业部门。随着科学技术与现代化工业的发展，旋转机械正朝着大型化、连续化、高速化、轻型化、集中化、自动化和大功率、大载荷方向发展。这一方面提高了生产率，降低了生产成本；但另一方面，这些设备一旦发生故障，所造成的经济损失将会成倍的增加。最近几十年来由于机械设备故障导致的性事件时有发生，造成的经济损失、伤亡和社会影响也是难以估量的。1986年的“者”号航天飞机事件，造成的经济损失举世罕见；1992年6月海南电厂的一台600MW超临界火力发电机组因机组而造成断轴毁机事故，直接经济损失达45~50亿日元。我国的望江亭电厂、大厂和秦岭电厂在80年代皆因激烈振动而发生了机毁人亡的惨剧，造成的经济损失达几亿元。由此可见，一方面对于旋转机械在速度、容量、效率和安全可靠性等方面提出了更高的要求；另一方面使得发展并应用先进的状态监测与技术对设备故障进行检测和显得尤为重要。1895年，FopplA首先提出了一个最简单的转子模型[1，它由一根两端刚支的无质量的轴和在其中的圆盘组成JeffcottHH教授在1919年对这一模型进行了动力学特性的研究，他在超临界运行时，转子会产生自动定心现象，后这一模型被命名为effcott转子[2]。自此以后，基于线性系统理论的转子动力学获得了很大的发展，在不平衡响应计算、临界转速确定、运行的稳定性、参数辨识以及转子不平衡等方面得到了广泛地应用，并已拓展到了机械故障领域。随着旋转机械向高转速、新型材料和新型结构的趋势发展，转子系统的非线性振动现象异常突出，由此的非线性动力学行为日益引起关注，尤其对于复杂转子系统（含多自由度和强非线性的转子系统）的研究已成为近代转子动力学的研究热点[3~5]。转子动力学中很多问题在本质上都是非线性的，因而只有采用非线性的微分方程才能准确描述转子系统真实的动力学行为。在一些实际问题的处理中，合理的线性化能显著地减少分析与计算工作量，降低理论上和技术上的难度，且所得结果与真实系统的观测结果基本相符。然而当真实的转子系统的非线性较为显著时，如果再采用线性化的分析方法，将人为的忽略掉对系统具有重要影响的非线性因素，以及与之相关的系统固有的非线性动力学现象，例如稳态响应对于初始条件的依赖性、解的多样性和稳定性、振动状态的突变、超谐波与次谐波、分岔与混沌以及系统长期性态（混沌吸）对于参数的依赖性等[6]，造成分析结果与实际系统的动力学行为在定性和定量上的偏差，甚至在分析和计算中出现本质性的错误，导致人们有时无法用转子动力学的传统理论来准确解释异常振动现象产生的原因，不能满足现代工程设计、机械状态监测与故障的需要。由此可见，线性理论根本不可能彻底解决转子系统的动力学问题，开展转子系统非线性动力学的研究具有很重要的理论和现实意义转子系统非线性动力学的研究始于50年代[7，8]，近20年来随着非线性科学、应用力学及计算机技术的发展，转子非线性动力学取得了迅速发展。转子系统中存在的非线性因素多种多样，而且非常复杂，非线性因间会产生一定程度的耦合、多频激励及运动耦合，导致复杂系统响应——自激振动、多解现象、拟周期运动和混沌等运动的发生。这些运动状态是不平衡激励引起的强迫振动与非线性因素的低频振动的合成。对拥有大量强非线性因素的转子系统来说，使用非线性动力学分析不但可以避免由于参数线性化而忽略对系统动力学行为具有重要影响的非线性因素的缺陷，而且能将强迫振动和各种自激振动（包括初始条件）因素统一在一起来考虑，得到与现场测试更加接近的分析结果。近年来国内外学者针对不同的对象，从不同角度，用不同的方法对转子系统的非线性动力学问题进行了研究，揭示了转子系统丰富的非线性动力学行为和物理机制。但是由于转子系统非线性动力学的研究尚处于发展阶段，很多问题并没有取得满意的结果，有些结论尚未形成共识，因此有必要对转子系统非线性动力学问题进行更为深入的研究。转子系统故障的非线性动力学是近年来发展起来的一门新兴学科，研究作为现代转子动力学的新热点内容，它以转子故障的非线性特征为主要研究对象。从故障原因上来看，转子故障主要包括转子裂纹、转静子碰摩、部件松动、陀螺效应、密封和轴承油膜的故障等等。研究问题主要包括求解各种故障情况下的动态响应，研究故障转子的本质特征，辨识故障；分析系统参数变化对统响应形式的影响规律及对系统响应稳定性的影响；研究稳态响应及其稳定性随系统参数变化的演化规律以及引起的分岔与混沌行为特性；建立对转子运动进行状态监测和故障的智能系统等。对非线性转子动力学的分析方法主要包括两个方面：定量方法，即采用各种解析法求出问题的近似解析解；二是定性方法，即研究方程解的存在性及周期解的稳定性。各种解析方法对于弱非线性问题可以得到较为准确的结果，但对于强非线性问题和多自由度及连续体的非线性问题尚难以求解。由于转子系统非线性动力学问题的复杂性和计算机技术的飞速进步，对于科学前沿课题的转子系统非线性力学中的分岔与混沌问题的研究，数值方法已经成为一种不可或缺的基本方法。故障是通过研究故障与征兆（特征向量）之间的关系来判断故障的。结构与设备的故障形式多种多样，故障产生的机理和原因也非常复杂，加之实际因素的复杂性，故障与征兆之间表现出一种非常复杂的关系，即各类故障所反映的特征参数并不完全相同，这种关系很难用精确的数学模型来表示，这给现场带来了极大的。而且现代故障已不满足于是否有故障的简易结，而要求给出故障产生的可能性及故障的位置和程度如何。传统的故障技术越来越难以满足现故障的需要。人工智能技术的发展，特别是基于知识的系统和以并行分布处理为特征的人神经网络技术在故障中的应用，使得故障技术进入了一个智能化发展阶段。由于神经网络具有高度的非线性和容错能力以及它的并行和分布式的特点，在模式识别领域得到了广泛地应用。目前，神经网络技术已经运用于各个领域，在结构与设备健康评估、状态监测和故障方面也得到了广泛应用。但是由于神经网络技术本身的缺陷和不足，尚有很多值得探讨的问题。因此有必要研究如何对算法进行改进，如何选取神经网络的输入参数（征兆特征向量）等，使其更能适合故障问题。本文的研究意在转子系统故障的转轴具有非线性刚度问题、转定子碰摩问、基础松动问题及它们的耦合故障问题、结构与设备故障的智能等方面作一些探讨和研究工作。国内外研究现系统，其应力应变关系都是非线性函数关系；即使是普通的钢铁类材料轴，当变形超出其比例极限时，[6，9~11]，其原因在于[12]：根据Stone-Werstrass理论，连续非线性函数可用多项式级数近似表达；多项式中的每一项都具有明确的物理意义，代表了非线性的不同原由；包含多项式的微分方程的解，能展现出与对实际转子系统的观测结果定性相同的非线性振动现象且便于分析方法的求解。S.H.Shaw[13]对一个具有非线性刚度的细长轴的振动进行了理论研究，表明了混沌运动的存在。CvetcannL等[10,14以位移的3次多项式函数表述材料的物理非线性因素，用平均法分析了非线性弹性材料转子系统受周期激励时的主响应，并对三种不同材料（铁、合金和木材）的转轴进行实验，分别作出了频率响应曲线，证实了具有非线性刚度的转子系统存在振动突变现象，并用Melnikov方法研究了非线性刚度转子系统出现混沌的必要条件。文献[15]采用稳态激振法，对C46115型向心推力球轴承支撑的转子系统进行了动态试验，发现系统在预载和非预载两种情况下均存在较强的2阶和3阶非线性，且分别出现3次非线性引起的“软式”和“硬式”突跳现象。等[6,16]以3次多项式函数来表征转子系统的非线性刚度特性，其中2次项源于轴的弯曲和非对称的材料非线性，3刚的effcott转子系统在不平衡激励下的2阶和3阶超谐波以及1/2和1/3分参超波谐振影并内曲面分别表达为尖点突变流形的正则形式，得到了转速和不平衡量构成的参数平面内的分岔集。IshidaY等[1718]对由于含有间隙的球轴承引起的具有非线性刚度特征的转子系统进行了数值和实验研究，了系统以等加速和等通过临界转速时的非稳态振动特征以及角加速度和初始条件对系统响应的影响。LDZavodney等19]采用多尺度法研究了具有3次非线性刚度特性的单自由度系统的不动点及其稳定性，通过时域波形图、相平面图、Poncaré截面图和频谱图等分析了在某些条件下混沌应与周期及混沌与周吸AEras等[20]以3次多项式函数来表征源于转子系统基础的非线性特性，利用Lagrange方程建立了系统的动力学方程，采用多尺度法分析了具有偏心质量的转子系统的主和超谐波响应，系统在2阶主能源动力类旋转机械中，随着高转速高效率的要求，转子与静子的间隙越来越小，导致了转子与静子之间的碰摩故障不断发生，特别是在封套装置转静件间以及叶片端部和机匣之间。大多数转静子碰摩都是一种的故障现象，碰摩能使转静子的间隙增大、轴承支撑磨损、叶片折断甚至整个机械破坏失效。在碰摩过程中会产生很多物理现象，如摩擦、撞击、耦合效应、硬化效应等。转静子碰摩除了能引起磨损和热效应外，更严重的是能与静子持续接触的转轴反进动；在这种不稳定的运动形就能引起转机械的严损坏，一系列危环境生命的性事[2125。转子与静子的碰摩故障通常为其它故障引起的间接结果，产生转静子碰摩的原因有很多，主要原因有转子不平衡、装配误差、不对中、定子机匣运动或有较大的椭圆度、流体扰动、支座松动、轴承间隙不当和其它故障的异常振动等。最常见的碰摩发生在转子与静子的封套间，最的摩发生在叶片与叶片或叶片与静子之间，此外得到较多关注的还有转子与干摩擦式限位器之间的碰摩现象，轴颈与颈轴承之间的碰摩现象。转静子碰摩动力学模型的研碰摩一般分为4个阶段：转静子未接触的分离阶段、碰摩开始并伴有撞击（初始冲击接触）、粘着与滑动抖振阶段和持续接触。根据碰摩部分接触情况，转子碰摩大致有整圈碰摩和局部碰摩两种，局部碰摩有偏摩、点碰摩和偏摩与点碰摩的混合碰摩三个类型。基于碰摩过程的复杂性和研究的侧重点不同，碰摩动力学模型大体上分约束微分系统和分段光滑系统描述的两大类力学模型[26。约束微分系统能比较客观地从动力学角度描述碰摩过程，侧重研究碰摩的初始冲击阶段及冲击作用对转子涡动的影响，适合于作点碰摩和局部碰摩的理论分析。1983年，Muszynska[27]应用动量n分段光滑系统是碰摩问题研究中应用较普遍的动力学模型，侧重研究碰摩持续接触阶段，其出发点是基于转静子碰摩接触后，导致系统动力学结构的改变，在碰摩动力学模型中反映在分段线性的系统刚度上。由于刚度变化依赖于时间，所以碰摩转子系统的刚度具有时变特性。这种变刚度系统模型得到的结论能较好地与实验结果吻合，但只适合于作数值分析，对其进行解析分析非常。1985年Shaw[29]深入详尽的阐述了单自由度碰撞系统的非线性动力学特征，并将理论分析与实验结果进行了对比分析，研究结果在证明了这种模型的有效性的同时，也解释了许多已知的碰撞系统典型的动力学特性。[23研究描述转静子碰摩的改进模型，考虑了局部表面变形、接触应力和弹性波的影响。刘献栋等[30从经典碰撞理论出发，考虑了静子本身刚度的不对中质量偏心转子碰摩问题，建立了一种更通用的碰摩模型，分析了静子是完全弹性和完全刚性两种特殊情况，并给出了其应用范围。在转子碰摩问题的研究中，通常假设静子具有线性径向刚度，即假设转静子间的径向碰撞力与静子上转静子接触点沿径向位移成正比。这在一定程度上定性解释了转子碰摩的某些现象。但无法解释转子响应中存在的丰富的高频成分和非周期运动。当转静子相对速度很高时，转静子之间的摩擦系数与相对速度有关。对旋转机械转静子的弹性力学接触问题的研究表明，任何两个相对滑动的接触物体之间的力与位移的关系是非线性的，其非线性程度与接触面的形状和接触物体的材料特性有关，因此必须考虑具有非线性接触刚度的问题。[21考虑了碰摩发生时转静件间的相对速度和非线性接触刚度对于非线性摩擦力和碰撞力的影响，建立了具有非线性摩擦力、非线性碰撞力和非线性碰摩力等多种非线性碰摩力学模型。碰摩过程各个阶段实质上是一个完整的物理运动过程，上述两大类力学模型只是对整个过程中的若分进行了研究，是不完整的。虽然有文献已经证明了两种力学模型在一定条件下能统一于一体[31]行为，建立一个能全面描述碰摩过程各个阶段物理现象的力学模型是完全必要的。杨积东[26根据碰摩现象的整体运动变化过程提出了一个新的碰摩力学模型，并通过实验证明了新模型的有效性。转子系统碰摩非线性动力学行为研BentyDE.和MusynskaA分别在1974和1984Ehrch[32-36]线性振子模拟转子与定子之间存在非线性对称径向间隙发生局部碰摩的effecott转子系统在不平衡激励下的非线性振动，用数值积分研究了其次临界超谐波响应和超临界次谐波响应，以及在相邻两次谐波响应之间和相邻两超谐波响应之间的混沌行为；用数值积分方法对具有线性支承刚度且忽略接触摩擦力影响的二阶常微分系统方程进行讨论，在各种转速和双线性斜率比ChoiSK和NoahST等[37]用FP（Fixed-pointalgorithm方法研究了由于轴承间隙引起的effcott转子系统的碰摩非线性动力学行为，支承刚度采用阶跃函数形式，在激励频率—激励幅值参数平面给出了系统行为复杂的模态锁合结构，通过解随转速和不平衡量等参数演变的分岔图分析，发现系统具有周期解、拟周期解和混沌解等多种运动形式；揭示了倍周期分岔、Hopf分岔和鞍点分岔以及“硬式”突跳等非线性动力学现象。ChoyFK等[3839]分析了双碰摩转子在各种参数组合下的瞬态特性，用碰摩力的时间历程、系统能量变化、摩擦力变化过程及逆向涡动等指标重点分析了碰摩anabe等[40对比研究了两种经典碰摩力学模型描述的双碰摩问题，通过数值仿真方法，在瞬态特性分析中得到了转子逆向涡动的发生条件。shii等[41]利用仿真计算研究了磁悬浮轴承碰摩转子瞬态特性问题，分析对磁悬浮轴承支撑保护环的阻尼优化设计具有指导作用。臣等[42研究了高速不平衡转子跌落过程的非线性动力学问题，采用不同的数学模型分别描述转子自由落体、冲击接触、滑动和涡动及滚动过程，用轨迹图、接触力、功率损耗表征轴承间隙、摩擦系数、恢复系数、不平衡量和跌落初始条件等参数对碰摩转子瞬态特性的影响。等[43-44]研究了油膜轴承支承的转子与静子的碰摩情形，结果发现统发生周拟期沌动子统和混路AdamsML等[45用数值方法分析了线性刚度和线性阻尼支撑的转子发生动静件碰摩时的周期12分析了转速、径向间隙和不平衡量的影响，认为机械系统振动进入和离开混沌的路径包含了重要的故障信息。[21]对含非线性碰摩力的碰摩转子系统进行了详细的理论论证和数值仿研究，发大Gonsaves等[46用经物理实验检验的碰摩转子力学模型研究了一种偏置非线大量丰富的图形展示了系统的各种运动状态及这些规律。Goldman等[47在具有分段线性刚度、恢复系数、粘性阻尼和干摩擦因素的约束微分系统碰摩模型基础上，通过数值积分表明该系统具有丰富的超谐响孙政策等[48]用现代非线性理论研究间隙转子系统数学模型的动力学特性。用分岔图表现运动状态的变化规律；阻尼、非线性刚度和转速对典型非线性现象：幅频图存在跳跃、亚谐（-n和混沌解的影响；用时间历程曲线、相图、谱图和Poincaré截面图描述系统丰富的动力学行为。等[49]详细理论分析了非光滑转子系统碰摩的碰擦现象及非光滑转子系统碰摩Poincar的周期不动点稳定性及其吸引域问题。Begg[50]重点研究了碰摩转子的自激振动问题，分析表明系统支撑刚度和支撑阻尼对转子的运动状态和稳定性有很大影响。Childs等[51]对碰摩转子的亚谐成分发生原因进行了研究，认为是碰摩转子的非线性因素引起了运动状态的改变。通过对系统参数的影响分析，看到接触摩擦对碰摩转子的稳定性有很大影响作用。Wang等[52]研究了一种多自由度非线性转子——轴承碰摩系统，用FPA算法数值分析碰摩过程各运动阶段和系统参数对系统运动形态的影响，发现系统参数对系统响应的影响规律。Wai等[53]对单自由度碰撞系统的碰擦现象进行理论分析，研究碰擦现象发生的条件及分类，总结出碰撞系统的典型特征表现形式。谢建华等[54-56]利用圆周方法研究了碰撞系统的非线性特性，以振动锤系统为背景，分析了单自由度、多自由度多种力学模型，在系统局部特性和全局特性研究方面都给出了对系统设计有价值的参考意见。刘献栋等[57]解析研究了摩擦系数对整圈碰摩的影响，得到系统发生超临界Hopf分岔时振幅与稳定性判据的解析解表达，数值仿真的结论和现象证实了理论分析的正确性。[21]在考虑了转子与机匣之间振动的彼此相互影响，建立了转子—机匣系统局部碰摩力学模型，通过数值分析研究了转子转速和质量偏心对系统非线性动力学行为的影响，发现了lip分岔的道路和孪生叉形分岔。等[58]采用两种不同截面方法建立的Poincar研究分段光滑系统描述的转子——机壳碰摩系统运动的一般特点、转子碰摩运动随碰摩刚度变化发生分岔的规律和系统运动性态变化的规律。杨积东[26以裂纹转子碰磨问题为研究对象，建立了转子系统碰摩与轴裂纹耦合故障的动力学方程，对裂纹和碰磨这两种具有相似机理和故障特征的耦合故障现象进行分析，采用现代非线性振动理论方法，系统、深入地解释裂纹转子碰磨系统的一般故障特性及其变化规律。ahraman等[59]对具有间隙、受到组合参数和外力激励共同作用的系统进行了系列实验研究，实Kicińki等[60]则利用实验讨论了具有高刚度比、对称弹性约束和分段对称基础激励下一类振子的混沌行为，把间隙、刚Flowers等[61评述时变非线性动力系统的分析方法，提出一种仅用少量数据判定系统实时稳定性指标的，可方便快速实施的Floquet法实台子轴碰的验实了法有性[62通过对机组碰摩故障的大量试验，观测到了工作转速低于一阶临界转速时，转定子局部碰摩引起的倍频振动；高于一阶临界转速时，局部碰摩引起的分频振动以及某些转速段内出异频伪现。由于转静子的碰摩故障具有很大的危害性，轻者发生密封件的的摩擦损伤，重者发生转子与隔板或推力轴承之间的摩擦碰撞，导致严重的机械事故[63]。因此如何早期发现故障、避免碰摩故障的发生或减少事故损失是故障技术研究的根本目标。因碰摩产生的摩擦、撞击、结构刚度改变和耦合效应会影响旋转机械的正常运转，旋转机械运动状态的改变也反映了系统参数的变化和碰摩。从机理上来看，转静子发生径向碰摩时受到4个力的作用：正压力、反弹力、额外弹力和摩擦力[64,65]。当转子高速旋转时，转子受到的反弹力和摩擦力很大。转子碰摩期间的速度、运动形态、刚度、进动频率以及所受的力等均发生变化，导致转子的复杂振动形态。当摩擦不均匀时，转子运动和所受力之间的关系为非线性关系，因此在碰摩转子振动响应中，碰摩会高次谐波响应和超谐波响应的出现。随着转子转速的升高，高次谐波的阶次会由高变低。轴向碰摩主要表现为轴位移突变和方向改变，轴向振动大，波形发生变化，轴向振动的频谱成分丰富、密集并呈疏齿状分布，且以高次谐波成分为主。大多数旋转机械其它类故障都是以正进动为特征，而碰摩却以反进动为本质特征，它通常附加在正进动轨道之上。另外，碰摩故障还表现为突发性，时域波形将被削波、振值和波形不稳定，轴承温度上升。因此在转子振动响应谱中出现的一定强度高次谐波、谐波相位和转子的轨迹等都是对转子碰摩故障进行的有用Beaty[66建立了不平衡质量影响下的分辨判据来对碰摩的初始阶段和强摩擦阶段问题进行定量地区分，并利用实验进行了验证。[6770针对汽轮发电机组转子的碰摩的情况，提出一些有效的、相当有针对性的处理意见。[7172]通过对转子局部碰摩故障规律的分析，利用模糊方法、灰色关联及人工神经网络模型对碰摩故障进行了识别，并提出了一种新的碰摩故障模拟试验系统。文献[73~75]针对碰摩测试信号的非平稳特性，将碰摩故障测试信号与分析技术有机的结合在一起，提取故障特征，对动静件碰摩故障进行早期准确的分析，取得了良好的效果，为碰摩故障识别提供了新思路。AdamsML等[45]通过分析转速、径向间隙和不平衡量对线性刚度和线性阻尼支撑的转子发生动静件碰摩时的影响，认为机械系统振动进入和离开混沌的路径包含了重要的故障信息，可以将混沌振动作为描述故障的特征用于故障。Edwards等[76]研究了含扭矩影响的转子碰摩问题，结论对实际发电机组的有重要指导意义。的长期振动等原因引起的。具有松动故障的转子系统在不平衡力的作用下，会引起支座的周期性跳动，导致系统的刚性变化并伴有冲击效应，因而经常会引起非常复杂的运动现象。基础松动一般要有激振力，即不平衡或者不对中，因此这些故障总是伴随在一起发生，即“孪生”故障[77，但是与多故障不同。松动可以加剧其它问题，导致其它故障的发生。到目前为止，对于这类故障的分岔与混沌运动现象还缺乏了解，对于基础松动故障非线性动力学问题的研究尚不多见。已有的对于基础松动故障的研究中，普遍采用的是分段线性光滑的非线性动力学模型[5Goldman[78对具有支座松动故障转子的同频、倍频及分频振动进行了分析研究。Z.Ji等[79]式的周期、拟周期和混沌运动，这类系统的某些周期运动的点结构具有慢变的特性。分析结果为有效支座松动故障提供了依据构或者轴承座断裂、轴上的叶轮松动或轴上的某些其它零部件松动引起的。基础松动的振动幅值往往是不稳定的，且具有突发性：当转子转到某一转速时，振幅突然增大；转子有松动部件后，重心位置不固定，相角发生变化，同时支座松动将引起转子正、反进动发生变化。等[82]利用进分方通较动数较转围的变支动障了并通过实验验证了分析方法的有效性。还有一些文献[8384]针对不同的对象，从不同的角度对基础松动问题进行了有效的分析。转子系统故障经常表现出诸多用线性理论难以解释的非线性动力学特性，促使人们逐渐认识到必须利用非线性动力学理论分析，由此产生了以转子系统故障的非线性振动特性和机理研究为主要内容的新兴交叉学科——非线性故障转子动力学。非线性故障转子动力学研究的主要目的是：解释可能发生的故障动力学现象并建立现象与故障特征之间的直接联系；确定故障振动信号的典型特征和典型征兆，理解故障产生机理；探讨解决故障动力学问题的有效方法；建立基于非线性振动理论的非线性故障转子系统的故障新机制。到目前为止，还没有出现普遍适用于各种不同类型非线性转子系统振动微分方程的分析解法，特别是从定量的角度解决转子故障的非线性动力学现象、特征与转子系统故障参数之间的关系，只能针对具体情况采用不同的方法研究。非线性动力学问题的研究通常包括定性研究和定量研究。定性研究的主要内容包括方程解的存在性、唯一性、周期性和稳定性的研究等；定量研究包括方程解的具体表达形式、数量大小和解的数目等。非线性问题的求解方法有精确解法和近似解法。用分析方法求非线性问题的精确解一般只对少数特殊情况有效，对于非线性转子动力学问题，通常只能用近似方法求解[26，85~91]。目前在转子系统非线性动力学的研究中应用较多的近似分析方法是谐波平衡法、多尺度法和平均法等。谐波平衡法可用于求解强非线性和弱非线性转子系统的稳态周期响应，多尺度法和平均法适用于求解弱非线性转子系统的稳态响应和非稳态响应。IshidaY等[92]利用谐波平衡法研究了非线性（源于轴承间隙）对非对称转子系统不稳定区域的影响，并给出了实验结果。KangY.等[93]对具有不对称轴和圆盘的转子系统采用有限元建模，用谐波平衡法求解稳态响应并确定临界速度。ChoiYS等[94，95]了一个含轴承间隙的刚性轴单圆盘转子系统发生碰摩时的非线性动力学特性，基于谐波平衡法、DT和IDT等解析方法，分析了其次谐波振动、同频谐波振动和超谐波振动，并讨论了摩擦系数、偏心量、阻尼和交叉刚度等系统参数对拟周期运动的影响规律，研究发现了倍周期分岔途径进入混沌区域的必然性及稳定域随系统参数变化的一般规律。KimYB.等[96]用傅立叶变换改进的谐波平衡法研究具有分段线性刚度振子的稳定性和分岔特征，确定了由此的混沌运动的参数区域。BrancatiR等[97]采用谐波平衡法和短轴承理论，对刚性转子—轴承系统进行了分析，得到了系统的同步运动区域、亚谐运动区域和非周期运动区域。CveicaninL[9，98]用多尺度法研究了可变质量和刚度非线性转子的不平衡响应，并用K-B法和Lyapunov直接方法研究了变参数弱非线性转子系统的动力学行为。GardnerM.等[99]用多尺度法分析了长轴承和短轴承近似下转子系统失稳后的弱非线性运动，研究了平衡点失稳后的次临界和超临界分岔。唐驾时[100]研究了一类强非线性系统的分岔，利用改进的L-P方法求出了变换参数，将系统解展为小参数的幂级数，用多尺度法求出了系统的分岔响应方程。陈予恕等对非线性转子系统的分岔问题作了许多研究，了一系列研究成果[101103；用轴承型立转子通过平均法得到的平均方程研究1/2亚谐情况；利用奇异性理论进行分析，得到了多种分岔模式。CveticaninLJ[14]用平均法研究了具有刚性支撑和非线性刚度轴的Jeffcott转子系统在主区的稳态近似分析方法的优点是解的表述是显式的，因而便于分析参数的影响，有利于对转子系统进行动力学设计和故障分析。由于非线性转子动力学问题非常复杂、影响因素众多、使得要获得足够析方法难以用于非解析函数型非线性问题，同时不适于高自由度的转子系统。因此利用近似方法进行定性分析非常，而要得到定量的理论结果，难度则更大[104]。数值积分是求解非线性转子动力学方程最直接和有效的方法。初值问题的直接积分、边值问题的打靶法、TCM法（TrigonometricCollocationMethod）等在转子非线性动力学研究方法得到了广泛的应用。ZhaoJY.等[105~107]利用数值积分和TCM法研究了油膜阻尼器支撑的转子系统的不平衡响应，揭示了同频振动、幅值突跳、拟周期运动、次谐军等[108]用四阶Rounge-Kutta法和Floquet理论，利用修正的短轴承理论模型对转子—轴承系统进行了稳定性、分岔和混沌特性分析。等[109]基于打靶法和Floquet理论，提出了转子系统周响。Shiau[110]综合TCM和HBM解法的优势，提出了一种反复迭代的混合数值算法，对多自由度转子系统的数值仿真表明了算法的有效性和效率。张家忠等[111]用Floquet理论分析了挤压油膜阻尼器—滑人工神经网络是采用物理可实现系统来模仿人脑神经细胞的结构和功能的系统，它是由大量的处理单元（神经元、处理单元、电子元件和光电元件等）广泛互连而成的一种非线性动力学网络系统，具有类似于人脑某些基本特征的简单数学模拟能力。由于神经网络在计算智能方面具有处理非精确信息的特长，适合于解决模式识别、模糊控制以及按满意解原则进行组合优化等问题[112~116]络可对复杂的信息进行识别处理，并给予准确的分类，因此在故障领域，能够对由于故障的出现或存在而引起的状态变化进行识和判断，从而为故障与监测技术提供了新方。文献[117，118]通过对多种神经网络模型的深入研究后认为前馈多层感知器神经网络由于其高度的非线性能力，在智能领域具有独特的优势。神经网络技术在领域的应用主要是利用了神经网络对知识的处理能力、神经网络的学习功能、大规模并行分布式和处理功能以及神经网络的运算能力，可以实现知识获取的自动化，克服传统的人工智能方法难以解决的，实现并行联想和完成自适应推理，以提高系统的智能水平、实时处理能力和鲁棒性[119。机械设备智能研究概VenkatasubramanianVenkat等[120]利用误差反向神经网络对硫化态催化裂化单元进行了研究，获得了满意的效果，确诊率达到94%~98%。缺点是训练时间太长和输入数据的非实时性。同年，KajiroWatanabe等[121]利用神经网络对化工过程的初期故障进行了。Hoskins等[122]应用BP网络对三个等温连续搅拌釜反应器进行了研究，讨论了隐层节点数目对学习效率的影M.Chow等[123]用神经网络对交流感应电进行了故障研究，建立了基于高序神经网络的中小型感应电初期故障法，结果识别的准确率超过了95%。自此以后，神经网络技术在故障诊断领域得到了广泛的关注，其中应用最为广泛的是采用BP算法的多层感知器神经网络，但是，由于网络自身存在的结构难以确定、训练收敛慢、容易陷入局部极小点等问题，影响了故障的准确性以及多种故障的同时问题，国内外学者在神经网络算法的改进及其在故障中的应用方面进行了广泛的研究。RoyS等[124]在网络训练过程中，采用变动量因子算法来加快学习速度和改善网络的性能，即让动量因子在迭代中动态或自适应地变化来加速收敛。LHUngar等[125]探讨了自适应神经网络在故障和过程控制中的应用，他们采用基于Widrow-Hoff规则的BP算法，以连续强度表示输入（和传感器测量结果）和输出（故障：传感器故障和控制系统故障）之间的关系，一个拟工进行研究JYan等[126]在传统的BP网络的输入层中加入一定量的功能单元，对化工过程进行，这个技术大大加强了网络表示复杂非线性关系的能力并且能够同时以程[127]利用BP神经网络对于旋转机械的碰摩故障进行了研究，得到了满意的效果。洪等[128]利用BP网络对内燃机气门间隙故障进行了识别。KuniharuA等[19通过对往复式压缩机阀门声谱的特征分析，用BP网络出了阀门中存在的故障。等[130采用加入控制因子的动态学习算法训练神经网络，对旋转机械故障进行分析，结果表明这种改进加快了收敛速度，改善了网络的性能。[131]提出采用遗传算法（GA）对网络进行优化训练，从而找到合适的权值和阈值采用GA训练神经网络，对机械设备进行故障，不但能够提高速度，而且实验了全局最优。另外改进探讨，并对其在故障领域中的应用进行了研究[132~142]。单个神经网络通过对于多类典型故障样本的学习，可以记住这些故障的特性。因此单个神经网络可以实现对于多类故障的。但具有一定的缺点：要实现对多类故障的，网络需要大量的故障样本，但构映多种故障的特征向量非常；当设备的特征参数较多时，必然造成网络的结构过于庞大，使得网络训练时间长，甚至无法训练；在参数较多的情况下，所构造的学习样本间出现的可能性随之增加，从而使网络的泛化能力较差，准确度降低，严重影响的可靠性；对于新故障，必须添加新样本，对整个网络重新训练[143]。信息融合是近20年来发展起来的信息科学领域内的一项高技术，涉及信息处理、模式识别和推理决策等过程[144]。将信息融合技术应用于故障领域，把从多方面获得的关于对象的多重信息进行有效的融合，就会对设备运行状况作出更为准确的评价，从而提高故障的准确性、有效性和可靠性。目前，已有一些研究者将信息融合神经网络的思想应用于故障领域：Essawy[145]提出一种基于模糊神经网络技术的多传感器信息融合故障技术，并用于直升速箱的故障；仓等[146提出了一种—神经网络信息融合故障诊断方法，即首先把多传感器测取的信号进行变换，提取出特征参数，然后将这些参数作为神经网络识别的输入参数，最后，利用神经网络的信息融合能力进行融合推理，给出最终结果。DLMcDowell等[147]运用集成系统对结构小裂纹进行。W.Hu等[148]运用集成故障的方法对灵活生产系统故障进行；交通大学的杨杰等[149]研制的用于故障结构损伤智能研究概结构损伤故障主要包括3方面的内容：（1）结构损伤识别；（2）结构损伤定位；（3结构损伤程度的标定和评价。损伤识别是进行结构故障的基础，目前国际上关于结构故障的研究多集中在损伤识别的层次上；损伤定位是进行结构故障的，也是问题的难点所在，目前关于损伤定位的研究多采用对简单结构预制裂纹进行验证性仿真实验，不仅理论分析做得不够深入，而且仿真结果及其结论也不统一；损伤程度的标定和评价通常是对工程结构进行故障的目的所在，是进行结构完整性评定及实施停机、维修或报废决策的依据。神经网络用于结构损伤识别主要是利用神经网络的模式分类功能[150]。目前在损伤识别中最为广泛使用的是误差反向神经网络，即BP网络。根据结构在不同状态（不同损伤位置和不同损伤程度（位置和程度）作为输出，建立损伤分类训练样本集，然后对网络进行训练。当网络训练完毕，即已具有模式分类功能。对于每一输入的状态信息，根据给定的原则，将其归到最接近的类别中。其中在结构损伤神经网络识别中，输入参数的选择对分类结果致关重要，也是人们一直重点关注和探讨的问题之一。神经网络输入参数的选择将直接影响到的精度和准确性[151，因此输入参数必须能够敏感地反应结构的损伤情况。CaweyP等[152]研究了两阶频率的变化之比对结构损伤的影响，分析表明该参数只是位置的函数。等[153]探讨了频率变化的平方和频率变化的平方比对损伤位置和程度的影响，[154，155]利频率降率为特参数对构裂损伤行究LamHF等6提出了损伤指标的概念，即用振型向量的变化与频率变化平方的比值来评价结构的损伤。这个损伤指标仅与损伤位置有关，而与损伤程度无关。等[157，158]通过对钢梁的实验和数值计算分析，得出梁的固有频率随裂纹的加深而下降，频率下降率同振型曲线一致，可以通过频率的变化及其各阶频率的影响程度来确定梁上的裂纹损伤程度。ElkordyMF等[159]采用应变振型数据和位移振型数据作为神经网络输入的特征量，利用BP网络对三维五层框架结构进行了损伤识别研究，得出损伤前后的相对变化值比绝对值更有效。年等[160]分析了结构振动参数的敏感性，得出振型是比较敏感的特征参数，尤其是在节点附近；传递函数也是比较敏感的特征参数，特别是在峰附近。一般工程结构满足稳定与物理上可实现的条件，故可用频响函数来代替传递函数。由于频响函数比较敏感，又能反映系统的动力特性，且在峰附近信号信噪比较大，因此可用来作为损伤故障的特征参数。RhimJ等[161]基于SI（SystemIdentfcation）理论，以传递函数作为神经网络的输入函数，采用多层感知器模型，对悬臂梁损伤故障进行了识别研究。但频响函数受滤波的影响较大。WuX等[162]采用加速度时程曲线的傅氏谱作为神经网络的输入特征向量，采用BP网络对一三层框架结构进行了损伤识别。反应谱中的信息是充分的，但是对于大型结构，将需要层的加速度时程曲线，从而使网络的结构更加复杂，造成训练。P.C.andy等[163以结构在静力荷载下的位移作为网络的输入，利用多层感知器模型，对一钢桁架桥梁进行了损伤识别。S.S.hen等164]采用一钢桁架桥梁模型实验的加速度响应来训练网络从而识别损伤。等[165]将模糊推理和神经网络相结合研究了梁的故障评判，利用模糊综合评判方法进行故障的预诊，而采用神经网络竞争学习方法完成故障的确诊。郭国会[166采用分区组合式网络，利用振型曲率差值作为输入实现了梁的破损评估，他还分别用结构的频率变化、位移速度响应和振型变化识别了框结构的损伤。MitsuruNakamura等[167]则采用结构层间相对位移和层间相对速度作为网络的输入，层间恢复力作为输出，以1995年阪神中损伤的一七层钢结构修复前后的状态分别对应有损伤和无损伤状态，验证了方法的有效性。本文研究的主要内本文以旋转机械转子系统和工程结构为主要研究对象，首先系统阐述了转子系统中转轴的非线性刚度问题、转静子碰摩和基础松动等非线性故障转子动力学问题及研究方法、基于神经网络的智能诊断技术的研究目的、意义与研究概况，存在的问题与不足。在此基础上，系统、深入地研究了非线性转子系统由于非线性刚度、碰摩和松动耦合故障引起的分岔与混沌行为，以及若干相关问题；结构损伤智能识别中特征（敏感）参数的选取问题、智能方法的改进措施，以及在结构与设备故障诊断中的应用问题。本文的主要工作有以下几个方面：以线性和立方项表示转轴源于中性轴的伸长和材料物理非线性因素，建立了具有非线性刚度轴的effcott转子系统动力学方程，利用多尺度法对弱非线性刚度系统的非、主、超谐和亚谐响应进行了分析；并应用数值分析方法研究了具有强非线性刚度系统响应的复杂动力学行为，系统参数变化对系统动力学响应的影响以及混沌运动的激变特性。真实的转子系统的刚度通常是非线性的，本文建立了具有非线性刚度的转子系统局部碰摩的动力学微分方程，并应用数值分析方法研究了此类系统响应的复杂动力学行为，利用转子响应的分岔图、最大Lyapunov指数曲线图、Poincaé截面图、时域波形图、相轨线图、轨迹图、幅值谱图和功率谱图等图形分析了系统响应的周期运动、拟周期运动、倍周期分岔、阵发性分岔、混沌等运动形式的转化与演变过程，重点研究了非线性刚度、转子转速、偏心质量等系统参数对碰摩故障转子系统的分岔和混沌行为的影响。研究了基础松动对于转子系统动静件碰摩非线性动力学特性的影响。提出并建立了具有支座松动故障转子局部碰摩的动力学模型和微分方程。对支座松动故障的转子系统局部碰磨运动过程进行了数值仿真模拟，研究了不同转速和偏心量下系统响应的非线性动力学行为，分析了非线性刚度对系统动态特性的影响，以及随着松动质量和碰摩刚度的不同，系统动力学响应的变化特性。提出了考虑定子质量与支承刚度的带有支座松动故障的转子系统局部碰摩动力学模型，建立了系统的非线性动力学方程并分析了其分岔与混沌行为。研究了不同转速和偏心质量对转子系统分岔与混沌行为的影响探讨了前馈神经网络中