裂纹转子系统动力学特性与性能评价

发布时间：2020-07-13 15:52

【摘要】：转子系统是旋转类兵器的核心部件,工作在高温、高转速等复杂环境中,易产生损伤破坏等问题,转子裂纹是转子系统最常见的故障。转子系统一旦发生故障,会对国民经济和安全造成巨大伤害,因此研究裂纹转子系统动力学特性,对于转子系统在工程实践中的应用具有重要的指导意义。运用ABAQUS软件建立裂纹转子系统三维实体有限元模型;根据实际应用改进了传统铰支支撑方式;采用XFEM方法模拟裂纹,选取了合适的裂纹断裂和损伤准则;对网格划分、动态分析以及扩展、振动参数的提取进行了研究。基于裂纹转子系统有限元模型,分析了重力、高转速、裂纹、裂纹角度对转子系统动力学特性的影响;研究表明:由于重力的作用,竖直方向比水平方向的振动幅值大,轴心轨迹为规则的椭圆;揭示了高转速影响下系统出现了复杂的非线性现象;裂纹的存在引起转子系统振动特性的改变,2X和3X等高倍频成分被激发,轴心轨迹出现变形;总结了不同角度裂纹转子系统的振动特点,深入研究了 45°裂纹转子系统随转速变化的振动特性规律。结合无裂纹、30°和45°裂纹转子系统的振动响应和结构模态实验,探究了三种转子系统的振动特性,验证了裂纹转子系统仿真分析结论的正确性和可靠性。系统性分析了不同裂纹深度、转速、温度及偏心质量对直裂纹转子系统动力学特性的影响规律,作出性能评价;研究表明:低速运转时,可根据频域图倍频幅值的改变来检测直裂纹深度的变化;转速低于第一阶弯曲临界转速时,裂纹所引起振动响应占主要作用,当转速接近或等于第一阶弯曲临界转速时,圆盘偏心引起的振动响应占主导,掩盖了裂纹引起的振动特性;随着温度的增加,频域图3X幅值增长最明显,轴心轨迹变形程度高;由于偏心质量的增大,频域图出现较多分数频成分,轴心轨迹变形较明显,非线性现象增强。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ03
【图文】：

图１．１．１断裂失效轴逦图１．１．２裂纹转轴逡逑１．２国内外研宄现状逡逑自上世纪７０年代开始，各国科研人员对裂纹转子动力学特性开展了研究，并取得逡逑了一系列研宄成果和理论体系。ＡＬ－ＳｈｕｄｅｉｆａｔＭＡ［⑵采用有限元模型研宄开裂纹转子逡逑的弯曲应力波动性；Ｄａｒｐｅ［１３］应用Ｄｉｍａｒｏｇｏｎａｓ理论对裂纹转子的振动特性以及开闭规逡逑律进行了详细的分析；ＳｉｈＧＣ等首先假设裂纹位于转盘根部，并对转子系统的陀逡逑螺效应和轴承支承刚度进行了简化处理，运用有限元法等计算方法对运算结果进行了逡逑详细分析，提出将裂纹转子简化为线性系统的有效处理方法。目前，已有很多学者对逡逑裂纹转子系统进行数学模型的建立和推导，然而对于工程实践中，大量的数值计算模逡逑拟需要具备较多的学术知识和理论体系，但不能直观的观测裂纹转子系统三维实体模逡逑型，不具有可操作性和灵活性。逡逑往往很多转子系统都在恶劣的环境中运转，温度和转速等因素对转子系统的影响逡逑必不可少。巡飞弹工作环境非常恶劣，长期处于高温、高转速等条件下运转，导致航逡逑空发动机内部转子等部件在工作中时常会产生热弯曲以及热变形，这些问题通常会引逡逑

（ａ）表面裂纹逦（ｂ）穿透裂纹逦（ｃ）深埋裂纹逡逑图２．１．１按裂纹的几何特征分类逡逑对于转子、圆柱体等圆截面物体所产生的表面裂纹，即三维裂纹，通常将该裂纹逡逑作以下三种情况进行简化：直前缘裂纹、半椭圆前缘裂纹和半圆形前缘裂纹，如图２．１．２逡逑所示。逡逑呡趣邋Ｑ逡逑（ａ）直前缘裂纹逦（ｂ）半椭圆前缘裂纹逦（ｃ）半圆形前缘裂纹逡逑图２．１．２转子裂纹的前缘特征分类逡逑（ａ）直前缘裂纹：该裂纹的边为直线，为了有限元仿真分析计算方便，现有研宄逡逑中关于该型裂纹的处理方式通常是将其设置为直线。逡逑（ｂ）半椭圆前缘裂纹：该型裂纹在实际疲劳扩展中，其扩展路径近似为椭圆边，逡逑且工近。逡逑

２裂纹转子系统有限元模型的建立逦硕士学位论文逡逑／＾￣邋／Ｉ邋Ｉ－逦￣￣／１邋ｒ－邋ｉｉ／：邋ｎ邋＾—／Ｉ邋ｆ逡逑卜：＂心广。舅逡逑＾逦［／邋Ｎ邋：：＇－ｙＱ邋＜■■：．］逦／逦｜逦逦／逦■邋：邋．邋；邋．邋１．．逡逑（ａ）表面裂纹逦（ｂ）穿透裂纹逦（ｃ）深埋裂纹逡逑图２．１．１按裂纹的几何特征分类逡逑对于转子、圆柱体等圆截面物体所产生的表面裂纹，即三维裂纹，通常将该裂纹逡逑作以下三种情况进行简化：直前缘裂纹、半椭圆前缘裂纹和半圆形前缘裂纹，如图２．１．２逡逑所示。逡逑

【参考文献】

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本文编号：2753664