基于模型的转子裂纹故障诊断方法研究

发布时间：2020-03-26 11:29

【摘要】：转子是航空发动机的核心部件,运行过程中转轴容易萌生裂纹,易造成航空发动机转子振动过等问题。若裂纹故障发现不及时,转子在不健康状态下运行会影响发动机性能并可能导致严重的事故,因此裂纹转子的监测和故障识别对发动机的安全、可靠运行具有重要意义。准确建立裂纹转子数学模型,了解裂纹转子的动力学特征是故障诊断的前提和基础。本文建立了裂纹转子的数学模型,采用基于模型的方法对转子裂纹故障进行诊断,并对实际裂纹转子进行了实验研究,分析了裂纹转子的动力学特性,验证了裂纹转子建模方法和裂纹识别方法的准确性。首先,基于材料力学和断裂力学理论,采用六自由度Timoshenko单元模型分别推导了不同类型裂纹(直裂纹、斜裂纹、半抛物线裂纹)单元的柔度和刚度矩阵。应用裂纹闭合线(Crack Closure Line,CCL)方法描述裂纹单元的呼吸效应,建立了呼吸裂纹转子系统的数学模型,分析不同类型的裂纹在不同参数下的单元刚度变化特征。应用Newmark_β积分方法和应力强度因子为零法对呼吸裂纹转子系统的动力学响应进行求解。其次,研究了裂纹转子系统的动力学响应特征。分析了在恒定的转速下,不同的裂纹深度、不同的裂纹倾斜角度以及不同不平衡的大小和相位对系统振动响应的影响,发现裂纹转子在亚临界转速下产生明显的谐波响应分量,在临界转速的1/2和1/3附近时出现次谐波共振现象。之后,采用一种基于模型的故障识别方法,对转子裂纹和不平衡故障进行识别。该方法将故障参数信息表述为谐波等效力,通过Huber-M估计法识别出了不平衡和裂纹故障。并研究了噪声对故障识别精度的影响,分析了Huber-M估计法的鲁棒性。最后,建立转子实验台,获取转子系统旋转盘处的振动响应,分析实际裂纹转子系统的振动特征,并与仿真数据进行对比,验证了裂纹转子数学模型的准确性。并将故障识别方法用于识别实际测量数据,结果表明该方法可以较为准确地识别出转子系统的故障信息。
【图文】：

基于模型的转子裂纹故障诊断方法研究开闭线（CCL）转周期内不同角度下 CCLP 变化趋势，为了有效的描线从 A→B 平均分成 50 份，认为裂纹是均匀变化的。始张开（1~50），，当转子转过下半个周期时，裂纹从A→B度为 0°时，裂纹处于完全闭合状态；当旋转角度为 0~50）；当转子旋转角度为 180°时，裂纹处于完全打开积分区域为 CCLP~b（50~100）。

(e)信号采集器图 5.1 试验部件实物图表 5.1 直流电机参数名称 电机参数调速电机 220V额定电流 2A最大输出功率 180W调速范围 0-12000RPM表 5.2 转子-轴承系统试验器参数名称 代号 数值/mm转轴转轴长度 L 320转轴直径 D 9.5轴承支承 1 右端距转轴左端距离 L1 40支承 2 距左端距离 L2 291
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V263.6

【参考文献】

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5 李R

本文编号：2601378