转子系统是国家工业体系中重要设备的核心组成部分之一,在电力、航空、石化、机械等领域内有了广泛的应用,与此同时转子动力学也逐渐形成了一个相对完整的理论体系,对旋转设备的设计、实验、应用等提供了重要支撑。但是,由于随机不确定性因素在工程应用中不可避免地存在,会造成旋转机械在工作运行时出现振幅超标、故障频发等现象,而目前关于不确定性转子系统方面的研究成果屈指可数,急需开展转子系统在不确定性情形下的动力学特性研究工作。论文结合国家高技术研究发展计划(863)项目(编号:2008AA04Z410),国家自然科学基金项目(编号:11172260),开展了转子系统的随机不确定性非参数动力学建模与特性研究,为保证旋转机械安全稳定地运行提供理论支撑。论文主要研究了一种面向Jeffcott转子的非参数建模方法,建立了含随机不确定性的动力学振动模型,分析了其在圆盘偏置、不平衡、随机激励等情形下的动力学响应特性;提出了一种改进的含随机不确定性的密封转子动态参数算法;研究了故障转子系统在随机不确定性情形下的动力学特性,得到了故障转子的典型非线性特征;提出了一种基于非参数建模与谱密度分析相结合的转子系统可靠性算法,研究工作进一步丰富了转子动力学理论,为揭示工程中旋转机械产生振动、故障的原因提供手段与依据。论文的主要研究内容和成果有:(1)研究针对转子系统的随机不确定性非参数建模法,分析其响应特性。针对转子系统随机不确定性影响作用,给出了一种动力学响应对随机不确定性因素的灵敏度算法,提出了一种针对Jeffcott转子系统的随机不确定性非参数建模法,构建了包含参数不确定性与模型不确定性的转子系统不确定性动力学模型,分析了随机不确定性对转子系统临界转速的影响以及对系统响应的作用规律。研究发现随机不确定性会改变系统临界转速,对系统的振动响应也有明显的增大作用,研究成果是论文研究内容的基础,为后续研究工作提供理论依据。(2)研究随机不确定性因素影响下密封转子的动力系数算法。针对密封转子系统受到随机不确定性因素作用的情况,提出了根据流场内的随机不确定性特点采用有界噪声作用到转子系统模型中形成随机激励,以及利用有界噪声因素与椭圆形轴心轨迹相结合形成相应的不确定性轨迹,推导了转子系统的随机不确定性扰动间隙、密封腔室的参数以及作用于转子上的密封力计算方法,形成了一种随机不确定性密封转子的动力系数计算方法,分析了随机不确定性因素对密封转子系统动力系数的影响规律。数值模拟表明随机不确定性会使密封转子动力系数的计算结果产生较大波动,论证了随机不确定性因素对转子动力学产生的作用以及验证了非参数建模方法的必要性。(3)研究了随机不确定性转子系统故障状态下的动力学响应特性。分别建立了不对中、气流激振、碰磨等故障转子系统的随机不确定性模型,分析了转子系统在随机不确定性因素作用下的非线性动力学特性,提出了一种改进的、随机不确定扰动作用下转子系统响应特征的去扰处理方法,得到了清晰的系统混沌响应特征,搭建了具有典型代表的转子实验系统进行验证。仿真结果直观地揭示了转子系统在不同故障下的非线性特征随不确定性强度的变化情况,说明了改进的去扰处理算法的有效性,研究内容是在随机不确定性转子系统非参数建模的基础上与故障转子相结合,丰富了不确定性转子系统动力学理论,为从理论向实践应用转变打下基础。(4)研究了随机不确定性转子系统振动响应的可靠性算法。针对不确定性转子系统运行的可靠性问题,提出了一种基于非参数建模与谱密度分析相结合的可靠性指标计算方法,应用非参数建模法建立了转子系统的随机不确定性动力学振动模型,利用谱密度分析法推导了系统响应的特征参数,通过Edgeworth级数标准化方法归一化处理得到了可靠性指标,数值分析验证了此方法的适用性,为不确定性转子系统提供运行状态稳定性、可靠性的判断方法,为实际应用提供有力工具。