航空发动机的故障振动问题是导致飞机失效甚至损毁的主要问题之一。由于生产制造、装配加工和服役过程中不可避免地产生不平衡质量,长时间运行时容易产生支座松动和碰摩等故障,航空发动机在运行一段时间后频繁出现多种模式的耦合振动超标现象,对航空发动机转子系统开展振动分析和故障溯源将是一项有重要意义和实际价值的研究工作。本文针对某真实服役的航空发动机系统开展了故障双转子系统的振动分析研究,主要从理论分析层面深入地研究了包含支撑松动故障、转静碰摩故障的复杂盘-鼓-轴双转子系统的精细建模、非线性求解、响应分析与故障溯源。具体研究工作包括:首先,以某型号航空发动机双转子系统为研究对象,从高精度建模策略出发研究了盘-鼓-轴转子结构的关键性特征,采用回转扫掠方法并借助商业有限元软件建立了该型航空发动机转子系统的高精度三维实体有限元模型。研究了将固定界面模态综合法推广应用于实际复杂转子系统降维的处理方法,通过编译APDL脚本完成了对该航发转子系统的降维处理。在此基础上研究了保留模态阶数对降维模型精度的影响。其次,引入基础松动故障,研究了包含松动故障航空发动机转子系统的非线性动力学演化规律。从故障特征出发导出了松动故障的数学表达式和松动-双转子非线性模型。利用时域积分Newmark-β法完成了不同转速、不同松动条件的稳态求解。以时序谱图,频谱图,轴心轨迹等图像法分析了松动-转子系统的性态。研究发现松动故障会带有二倍频及其它谐波产生。松动参数中,松动间隙对响应的结果影响较大,松动刚度和松动阻尼则不会对其产生很大影响。松动故障会引起临近区域产生倍频,组合频率等振动,但是影响区域有限。最后,从次生故障出发,研究了包含松动和碰摩多故障航空发动机转子系统的动力学行为。建立了考虑基座松动和单点碰摩的高精度降维非线性转子模型,借助时域积分Newmark-β法完成了如松动刚度、碰摩刚度、碰摩间隙等变量的参数分析。研究发现,松动故障和碰摩故障的稳态响应相似,某些情况下可以借助分析庞加莱截面图上的散点规律来分辨非线性行为是由哪类故障引起。进一步地研究发现发生碰摩时低压转子受碰摩的影响较大,高压转子受碰摩的影响较小。本文为考虑松动故障的航空发动机双转子系统的动力学行为研究提出了一种新的思路,为识别和厘清双转子系统松动故障提供了理论参考。