旋转机械被广泛地应用于包括工业压缩机,风机,燃气轮机,航空发动机及各种电动机等机械装置中.在化工、电力、航空、机械、纺织等国民经济领域中起着非常重要的作用.旋转机械转子系统由于其复杂性、支承条件的特殊性和存在多种非线性因素影响,因而在工作中经常会产生各种故障,如果不能及时发现和处理,会使机械设备可靠性降低、失去生产功能,造成数百万、千万的经济损失,甚至会导致机毁人亡的重大事故.对设备实施状态监测与故障诊断,不仅可以早期发现故障,避免恶性事故,还可以根本上避免过剩维修和失修,极大提高了企业的经济效益.本文针对当前旋转机械转子故障诊断与寿命评估技术中的若干关键问题,在国家高技术研究发展计划(863计划,编号:2002AA412410)"关键生产装置和生产设备故障监测、诊断与维护技术",国家自然科学基金重点项目"大型复杂机电系统早期故障智能预示的理论与技术"(编号:50335030)以及中国博士后基金"基于损伤力学的转予结构疲劳强度分析方法"(编号:2003033299)的资助下,完成了以下研究工作:提出了采用有限元方法模拟转子裂纹、碰摩、油膜失稳等典型故障的方法,并对转子裂纹、碰摩、油膜失稳等故障以及这些故障同时共存时的转子动力学特性进行了分析,分析表明:采用有限元法建立转子连续统模型对于进行转子的非线性动力学特性分析,可以考虑质量、转动惯量分布等影响,分析结果更接近实际.复合故障的存在,使转子的动力学响应变得复杂,转子的振动响应既具有各单一故障的一些典型特征,同时也产生了一些复杂的振动成分,使转子的振动表现出很强的非线性.使对转子故障的诊断变得困难.提出了转子复合故障诊断的盲源分离方法,采用独立分量盲分离算法对仿真和试验得到的裂纹与碰磨、裂纹与油膜涡动复合故障信号进行了盲分离,得到了良好的效果.研究结果表明:将盲分离技术应用于转子结构的复合故障诊断是可行的.针对当前转子寿名评估方法存在的局限性,提出了基于损伤力学的故障转子疲劳寿命分析方法,对转子轴承系统在碰摩情况下的疲劳现象和特点进行了分析,采用全耦合的损伤力学方法计算了其疲劳寿命,并同解耦分析方法得到的结果进行了比较,研究表明:转子每发生一次碰摩,转子涡动振幅就发生一次变化,由此而产生疲劳.转子的疲劳应力大小主要由转子的涡动振幅变化来决定.在一定的结构和参数下,当发生碰摩后,转子系统存在较短时间内疲劳破坏的可能性.碰摩发生后,转子转速越高,碰摩越严重,越容易产生疲劳裂纹:而在轻微碰摩下则不易产生裂纹萌生甚至不会发生疲劳破坏.对转子轴承系统常见不平衡、碰摩、基础松动、不对中、突加不平衡等典型故障进行了模拟、复现试验,对采集到的转子轴心轨迹、频谱、趋势、Bode图、瀑布图、三维谱、极坐标图进行了分析,并结合以往的数值分析结果以及实际运行故障实例,总结了各典型故障的振动特征和故障甄别的要点和方法.为建立转子故障诊断专家系统建立了较为完备的故障数据库,同时也为各实际故障的诊断,提供了一定的理论依据.