弹性支承—裂纹转子动力学特性及故障特征提取方法研究

发布时间：2021-04-25 04:32

　　航空发动机和燃气轮机是航空、大型水面舰船和清洁发电领域的核心动力装置,对可靠性和安全性的要求极高。在长期恶劣且多变的复杂载荷作用下,发动机转子易出现裂纹,且伴随着裂纹的扩展又将对各型机组的正常稳定运行造成影响,成为潜在的巨大安全隐患。因此,基于振动信号对裂纹转子进行故障诊断具有重要现实意义。本文以断裂力学领域应力强度因子为出发点,给出各型应力强度因子的表达形式,建立应变能释放率与应力强度因子之间的关系,结合卡式定理以及局部-全局坐标系各矩阵变换关系,利用Dimarogonas法求解固定坐标系中对应的单元刚度。在转子旋转过程中,以张开型应力强度因子的正负来表述裂纹的周期性开合变化规律。以基于动力学相似设计的转子为研究对象,研究了不同裂纹相对深度、倾斜角度、裂纹前缘形状、不平衡力以及转速对呼吸裂纹开合变化规律、单元刚度时变特性的影响。针对常开裂纹与呼吸裂纹两种模型,分别研究了上述各参数对各自振动响应特性、临界转速等的影响规律,并做了相互对比,分析二者的异同点。结果均表明:裂纹的出现在增大转子基频振动的同时,带来了明显的倍频成分,其中以2倍频最为明显;由于裂纹“弱化”了转子的刚度,引起了临界... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：100 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 裂纹转子动力学特性的研究现状
    1.3 裂纹诊断与检测技术研究进展
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 裂纹转子时变刚度建模及计算方法
    2.1 引言
    2.2 裂纹单元刚度的计算
        2.2.1 裂纹单元刚度计算方法
        2.2.2 应力强度因子的基本概念
        2.2.3 应变能释放率法单元刚度计算
    2.3 裂纹转子的呼吸效应
        2.3.1 裂纹的开闭模型
        2.3.2 基于开闭线理论的呼吸模型
        2.3.3 裂纹单元柔度变化特性分析
    2.4 本章小结
第3章 弹性支承-常开裂纹转子动力学特性研究
    3.1 引言
    3.2 弹性支承-转子系统动力学建模
        3.2.1 弹性轴段单元
        3.2.2 刚性圆盘单元
        3.2.3 轴承单元
        3.2.4 系统运动方程
        3.2.5 动力学响应求解方法
    3.3 常开裂纹转子动力学特性及影响因素分析
        3.3.1 裂纹参数对时变刚度的影响
        3.3.2 裂纹深度对动力学特性的影响
        3.3.3 裂纹倾斜角度的影响
        3.3.4 裂纹前缘形状的影响
        3.3.5 不平衡力的影响
        3.3.6 临界转速影响因素分析
    3.4 本章小结
第4章 弹性支承-呼吸裂纹转子动力学特性研究
    4.1 引言
    4.2 裂纹深度对动力学特性的影响
        4.2.1 裂纹深度对呼吸效应的影响
        4.2.2 裂纹深度对单元刚度的影响
        4.2.3 裂纹深度对响应特性的影响
    4.3 裂纹倾角对动力学特性的影响
        4.3.1 裂纹倾斜角度对呼吸效应的影响
        4.3.2 裂纹倾斜角度对时变刚度的影响
        4.3.3 裂纹倾斜角度对响应特性的影响
    4.4 裂纹前缘形状对动力学特性的影响
        4.4.1 裂纹前缘形状对呼吸效应的影响
        4.4.2 裂纹前缘形状对时变刚度的影响
        4.4.3 裂纹前缘形状对响应特性的影响
    4.5 转速对裂纹转子动力学特性的影响
        4.5.1 亚临界转速附近裂纹转子的振动响应
        4.5.2 临界转速附近裂纹转子的振动响应
    4.6 不平衡对转子动力学特性的影响
        4.6.1 偏心距对转子动力学特性的影响
        4.6.2 偏心相位角对转子动力学特性的影响
    4.7 临界转速影响因素分析
    4.8 本章小结
第5章 裂纹转子故障特征提取方法及实例分析
    5.1 引言
    5.2 裂纹转子故障特征及分析方法
        5.2.1 转子振动信号的分析方法
        5.2.2 裂纹转子故障特征
    5.3 裂纹转子实例分析
        5.3.1 无裂纹转子振动特征分析
        5.3.2 裂纹转子故障特征分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]斜裂纹转子刚度特性分析[J]. 李志农,夏恒恒,肖尧先.  华侨大学学报(自然科学版). 2016(01)
[2]裂纹转子故障诊断的小波时频分析方法[J]. 邹剑,陈进,邹军,蒲亚鹏,牛军川,耿遵敏.  上海交通大学学报. 2002(06)

博士论文
[1]斜裂纹转子系统的动力学特性[D]. 林言丽.清华大学 2009

硕士论文
[1]横向裂纹转子的非线性振动特性及其稳定性研究[D]. 翟鹏程.华北电力大学(北京) 2017
[2]航空发动机高压转子—空心轴裂纹系统动力学特性分析[D]. 路振勇.哈尔滨工业大学 2013
[3]小波分析在汽轮机转子故障诊断中的应用研究[D]. 黄鼎鼎.东北大学 2011



本文编号：3158709