裂纹转子弯—扭耦合振动建模及分析

发布时间：2017-10-12 08:09

  本文关键词：裂纹转子弯—扭耦合振动建模及分析

  更多相关文章： 弯扭耦合 裂纹故障 欧拉和铁木辛柯梁单元 柔度系数 刚度矩阵

【摘要】：旋转机械是现代工业部门中使用最为广泛的一类机械设备。随着社会的发展需要,旋转机械正朝着高速、重载、自动化及其功能多样化的方向不断发展,转子系统作为旋转机械的关键部件,经常会出现各种问题甚至会激发这类旋转设备的各种故障,轻则影响工作效率,严重时造成经济损失甚至引发机毁人亡。这些事故引发的社会危害是不可估量的,因此对旋转机械的可靠性研究就显得及其重要了。 首先,本文转子-轴承系统建模以经典的Jeffcott裂纹转子为研究对象,分析了系统的受力和振动响应。本文研究存在横向表面和斜向(倾斜角为450)裂纹转子的弯-扭耦合振动建模,并对裂纹引发的转子变刚度特性进行综合分析。转子建模采用欧拉梁和铁木辛柯梁两种单元模型,考虑了轴向力、截面剪力、弯矩以及扭矩作用下转子运动的六个方向的自由度。裂纹单元的刚度矩阵采用柔度系数法导出,而柔度系数则由应变能理论求得,在此基础上,对一些影响裂纹转子刚度变化的主要因素如裂纹深度,梁单元长度等进行了数值分析。 其次,分析了裂纹的开闭机理和特性,在理论分析的前提下,用数值方法分析了呼吸裂纹的弯曲振动、扭转振动以及弯扭耦合振动的动力响应。与横向裂纹相比,斜裂纹在Euler和Timoshenko梁模型单元中,柔度矩阵系数发生变化的项不尽相同；斜向裂纹转子模型中的Euler梁单元刚度矩阵没有为零的系数项。并对裂纹转子在不同梁单元模型不同裂纹形式下的柔度矩阵及刚度矩阵进行了分析对比。 最后,在转子试验台上对具有横向表面裂纹的转子系统进行了非线性动力学特性的模拟实验。对偏心量转子-轴承系统振动响应的影响进行定性分析,即分别对裂纹转子在不平衡无碰摩激励下和不平衡碰摩激励下的弯曲和扭转方向上的振动响应进行了实验分析,对获得的振动信号通过快速傅里叶变换(FFT),瞬时频率(IF)和希尔伯特黄变换(HHS)进行处理分析。并与前面的仿真结果对比。
【关键词】：弯扭耦合 裂纹故障 欧拉和铁木辛柯梁单元 柔度系数 刚度矩阵
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH113.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-19
• 1.1 研究背景与选题依据8-10
• 1.1.1 研究背景8-9
• 1.1.2 选题依据9-10
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势10-16
• 1.2.1 转子-轴承系统不平衡故障诊断的研究现状10-11
• 1.2.2 转子-轴承系统动静碰摩故障诊断的研究现状11-12
• 1.2.3 转子-轴承系统不对中故障诊断的研究现状12-13
• 1.2.4 转子-轴承系裂纹故障振动的研究现状13-15
• 1.2.5 转子-轴承系统弯-扭耦合振动研究现状15-16
• 1.3 主要研究内容、技术路线及创新之处16-19
• 1.3.1 研究内容16-17
• 1.3.2 技术路线17
• 1.3.3 创新之处17-19
• 第二章 横向裂纹转子的建模19-31
• 2.1 前言19
• 2.2 模型的建立19-21
• 2.3 Euler梁单元模型下刚度特性21-23
• 2.4 Timoshenko梁单元模型下刚度特性23-25
• 2.5 两种梁单元下刚度矩阵的数值分析25-30
• 2.5.1 柔度矩阵系数特性26-29
• 2.5.2 刚度矩阵系数特性29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 斜向裂纹转子的建模31-41
• 3.1 前言31
• 3.2 模型的建立31-32
• 3.3 Euler梁单元模型下刚度特性32-35
• 3.4 Timoshenko梁单元模型下刚度特性35-38
• 3.5 横裂纹与斜裂纹下刚度矩阵的对比分析38-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第四章 裂纹转子弯-扭耦合振动分析41-50
• 4.1 前言41
• 4.2 系统模型与运动方程41-42
• 4.3 弯曲和扭转方向上耦合振动分析42-48
• 4.3.1 无裂纹无扭转激励下转子的不平衡振动42-44
• 4.3.2 无裂纹有扭转激励下转子的不平衡振动44
• 4.3.3 无扭转激励裂纹转子的不平衡振动44-46
• 4.3.4 裂纹转子扭转激励下的不平衡振动46-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第五章 实验验证50-59
• 5.1 前言50
• 5.2 系统模型和运动方程50-51
• 5.3 实验装置51-52
• 5.4 希尔伯特黄变换52-54
• 5.5 实验结果分析54-58
• 5.6 本章小结58-59
• 第六章 结论与展望59-61
• 6.1 结论59-60
• 6.2 不足与展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-66
• 个人筒历、在学期间发表的学术论文及研究成果66-67

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本文编号：1017591