燃气轮机在航空、舰船、发电等领域被广泛应用,在国防战略、电力能源方面占据极其重要地位。燃气轮机的实际工况通常由高温、高压、高速、气-固-热多场耦合而成,燃气轮机周向拉杆转子轴系结构复杂,是具有强耦合、高维、非线性的复杂动力学系统。本文依托航空发动机及燃气轮机重大专项基础研究项目:《燃气轮机转子系统的结构动力学与振动控制研究》,针对燃气轮机周向拉杆转子轮盘接触效应、模型等效约化处理方法及非线性动力学分析方面展开研究。针对燃气轮机周向拉杆转子轮盘接触效应分析,从微观入手,结合赫兹接触理论和变形光滑的边界条件,推导了单峰微凸体接触各个阶段的接触面积、平均接触压力和接触载荷的表达式。结合单峰接触理论和微凸体峰高数学分布函数,积分求得燃机转子轮盘宏观尺度接触面的接触力学模型。在四种塑性指数条件下,比较了三种接触模型接触面积、法向载荷、法向接触刚度与平均表面间距的关系,总结参数的变化规律并分析了其原因。针对燃气轮机拉杆转子模型等效约化方法,为考虑接触效应引入虚拟材料层,通过控制虚拟材料层参数变化反映各轮盘间的接触效应。基于应变能理论,确定了等效后轴段特征参数并给予数学表征,结合有限元软件编制了提取任意轴段应变能及体积信息的程序。最后,总结了具有复杂截面、不连续结构转子模型的等效约化方法。针对燃气轮机转子轴承系统动力学特性分析,考虑轴向温度分布不均和变化对轴段材料本身特性影响及非线性油膜力影响,建立了具有轴向温度分布的燃气轮机转子轴承系统有限元模型。通过Newmark-β数值积分法对非线性动力方程进行求解,分析了转子等效轴段划分数目、轴向材料温升变化对刚性支撑转子动态特性的影响,以及拉杆预紧力大小、不平衡质量参数对转子轴承系统非线性动力学响应的影响,采取三维频谱图、Poincare映射图、响应分岔图、时间历程图等方式直观表示转子轴承系统的非线性动力学行为。发现了在一定取值范围内增大不平衡质量、降低预紧力,转子在低速阶段反而运动较为平稳,推迟油膜振荡的出现。