基于超声导波的装配结构接触特性研究
发布时间：2020-11-08 16:21
存在接触的装配形式广泛应用于机械结构中,例如高铁轮毂与轮轴间的过盈配合、燃气轮机拉杆转子的转子轮盘间的配合、螺栓配合等。该类配合形式由于具有承载能力高的特点,往往应用于结构中的关键部位,对于保证整体结构的稳定运行起着至关重要的作用。但是,该类配合形式对于接触状态具有较为严格的要求,往往需要预紧,并且预紧力必须保证在一个合理的范围内。所施加的预紧力过小或过大,都会对结构正常运转造成不良影响,然而目前对于轴类和盘类结构相互接触时接触特性的研究却很少。导波作为一种应力波,同时具有传播距离长、衰减率低、对结构微小损伤敏感的特点,因此若利用导波进行该类装配结构接触特性的研究,则具有重要的现实意义。本文从导波的基础理论出发,针对高铁轮毂轮轴间的过盈配合和转子轮盘间的配合,结合有限元仿真和实验研究的方法,分别对两类装配结构进行了接触特性研究。对于高铁轮轴,目前的研究多集中于单一轮轴上的损伤检测。本文首先研究过盈配合的存在和过盈量的大小对导波传播特性的影响,结果表明过盈配合的存在会降低导波信号幅值,且过盈量越大接收到的导波信号幅值越小。而后提出利用能量差方法检测存在配合的高铁轮轴上的疲劳损伤。研究发现,该方法在过盈配合存在的情况下仍然适用,并且过盈量越小则能量差越明显。通过研究为能量差方法应用于实际的高铁轮轴损伤检测奠定了基础。对于转子轮盘间的配合,本文从一对轮盘的接触出发,首先研究预紧力大小与导波能量的关系。研究表明,接收到的导波信号能量随着所施加预紧力的增加而增加,但是当预紧力达到一定值时,导波能量接近饱和值而不再增长。当轮盘数量增加时,仍然表现为同样的趋势,故可以利用导波能量变化进行轮盘装配预紧力的测量。最后针对轮盘预紧中易出现预紧力分布不均的情况,提出一种利用导波进行轮盘预紧力分布情况检测的方法,并且该方法在多轮盘接触时仍然适用。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH131.7
【部分图文】：
第一章 绪论与研究意义配合形式广泛应用于机械结构中，例如高铁轮毂拉杆转子的转子盘间的配合、螺栓配合等。该类特点，往往应用于结构中的关键部位，对于保证要的意义。但是，该类配合形式对于接触界面的结构往往需要预紧，并且预紧力必须保证在一个过量都会对结构的正常运转产生影响。底，在瑞典 Lemnhult 风场发生了一场倒塔事故，府事故调查局 SHK 发表声明，表示事故发生的原，其底段塔筒在连接第二段塔筒的连接段出现了明产生的原因是连接处预紧不足，导致该部位的连接产生的运行载荷。与此同时，处于主风向的法兰产生最有可能是由螺栓预紧不足引起的。
盘上的预紧力间的关系，提出了利用导波测量施加于轮盘上的预紧力的方法，并针对轮盘预紧力分布不均的情况，提出了相应的检测方法。1.3.3 本文研究框架和主要内容本文主要利用超声导波，研究装配结构接触状态与超声导波传播特性间的关系，本文的研究框架如图 1-2 所示。现将本文各章节的内容安排列举如下：（1）第一章 绪论。总领全文，首先对本论文的研究背景和意义进行介绍，对研究涉及领域的国内外研究现状进行综述，最后阐述了本论文的研究目标、研究方法、技术路线和论文各章节的主要内容。（2）第二章 导波理论、仿真和实验基础。奠定全文基础，主要对导波基础理论进行研究。针对厚壁管状结构，首先推导了该结构中的导波频散方程，并介绍了结构中存在的三种导波模态。而后对可能出现于轮盘结构中的两种导波类型进行了分析。针对应用有限元方法的二次开发、模型建立、传感器及接触界面的仿真技术进行了阐释。最后，对本文的实验系统和实验信号处理方法进行了介绍。
图 2-1 无限长厚Figure 2-1 The structural di2.1.1 管状结构中导波频散方程的推导圆柱坐标系上，三个方向的位移可( ) c( ) ( ) r rz zu U r u U r u U r 其中， ( )rU r ， U (r ) ， ( )zU r 是由贝塞尔函频率，k 为波数。如图 2-1 所示为一各向同性厚壁管状结构中的 Navier 波动方程依然适用，2( u
【参考文献】
本文编号：2875025
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH131.7
【部分图文】：
第一章 绪论与研究意义配合形式广泛应用于机械结构中，例如高铁轮毂拉杆转子的转子盘间的配合、螺栓配合等。该类特点，往往应用于结构中的关键部位，对于保证要的意义。但是，该类配合形式对于接触界面的结构往往需要预紧，并且预紧力必须保证在一个过量都会对结构的正常运转产生影响。底，在瑞典 Lemnhult 风场发生了一场倒塔事故，府事故调查局 SHK 发表声明，表示事故发生的原，其底段塔筒在连接第二段塔筒的连接段出现了明产生的原因是连接处预紧不足，导致该部位的连接产生的运行载荷。与此同时，处于主风向的法兰产生最有可能是由螺栓预紧不足引起的。
盘上的预紧力间的关系，提出了利用导波测量施加于轮盘上的预紧力的方法，并针对轮盘预紧力分布不均的情况，提出了相应的检测方法。1.3.3 本文研究框架和主要内容本文主要利用超声导波，研究装配结构接触状态与超声导波传播特性间的关系，本文的研究框架如图 1-2 所示。现将本文各章节的内容安排列举如下：（1）第一章 绪论。总领全文，首先对本论文的研究背景和意义进行介绍，对研究涉及领域的国内外研究现状进行综述，最后阐述了本论文的研究目标、研究方法、技术路线和论文各章节的主要内容。（2）第二章 导波理论、仿真和实验基础。奠定全文基础，主要对导波基础理论进行研究。针对厚壁管状结构，首先推导了该结构中的导波频散方程，并介绍了结构中存在的三种导波模态。而后对可能出现于轮盘结构中的两种导波类型进行了分析。针对应用有限元方法的二次开发、模型建立、传感器及接触界面的仿真技术进行了阐释。最后，对本文的实验系统和实验信号处理方法进行了介绍。
图 2-1 无限长厚Figure 2-1 The structural di2.1.1 管状结构中导波频散方程的推导圆柱坐标系上，三个方向的位移可( ) c( ) ( ) r rz zu U r u U r u U r 其中， ( )rU r ， U (r ) ， ( )zU r 是由贝塞尔函频率，k 为波数。如图 2-1 所示为一各向同性厚壁管状结构中的 Navier 波动方程依然适用，2( u
【参考文献】
相关期刊论文 前9条
1 孙立权;冯永志;赵俊明;;某重型燃气轮机临界转速计算方法研究[J];汽轮机技术;2015年02期
2 张青雷;程义悦;;周向均布拉杆转子接触段刚度特性研究[J];机械设计与制造;2015年02期
3 周莹;程义悦;;考虑接触效应的燃气轮机拉杆转子动力学模型研究[J];装备机械;2014年03期
4 何鹏;刘占生;黄飞淋;刘镇星;;拉杆转子临界转速随拉紧力变化规律试验[J];振动.测试与诊断;2014年04期
5 李辉光;刘恒;虞烈;;周向均布拉杆转子预紧力的确定[J];航空动力学报;2011年12期
6 曾飞;陈光雄;周仲荣;;基于ANSYS的轮对过盈配合微动分析[J];机械工程学报;2011年05期
7 杨广雪;谢基龙;李强;石长伟;;过盈配合微动损伤的关键参数[J];机械工程学报;2010年16期
8 卢萍;崔大宾;王宁;;高速列车轮轴过盈配合性能分析[J];机械设计与制造;2010年08期
9 章巧芳;贾虹;;轮轴过盈联接有限元分析[J];机械强度;2006年04期
相关博士学位论文 前1条
1 魏来;高速列车相关运行安全性问题研究[D];西南交通大学;2016年
相关硕士学位论文 前1条
1 孙学伟;复杂结构中导波的传播机理与结构损伤识别研究[D];上海交通大学;2013年
本文编号：2875025
本文链接：https://www.wllwen.com/jixiegongchenglunwen/2875025.html
