滚动轴承裂纹故障声发射信号产生机理及其传播特性研究

发布时间：2017-03-28 17:10

  本文关键词：滚动轴承裂纹故障声发射信号产生机理及其传播特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：声发射信号作为材料内部能量释放的一种弹性波，相较于振动信号能够更好地表征物质和结构内部的状态变化，特别是针对旋转机械早期微弱故障的检测具有其独特的优势，使得声发射技术广泛应用于旋转机械的微弱故障诊断。然而作为声发射技术在实践应用中的基础，声发射信号的产生机理及其传播特性的研究还不够深入。 本文主要进行声发射信号的机理研究，通过裂纹故障声发射信号数学模型的建立研究典型故障声发射信号的产生机理，提出将限元理论应用于声发射弹性波的传播特性仿真，进行滚动轴承中声发射弹性波的传播特性研究，最后通过实验验证有限元波动仿真的合理性和准确性，具体研究工作如下： (1)以材料的弹性力学和弹性应变能释放理论为基础，，研究滚动轴承外圈裂纹扩展的声发射能量模型，通过能量转换和时频域变换理论得到滚动轴承裂纹扩展声发射信号的时域数学模型。 (2)以弹性体中的波动理论为基础研究平面波在轴承外圈中的散射问题，提出将有限元理论应用于弹性波的传播特性仿真研究，通过区域和时域的离散化求解进行有限元瞬态波传播特性的仿真分析，研究同一材料不同结构中声发射弹性波的衰减效应，同时进行不同材料平板以及带裂纹平板的声发射波动仿真对比分析。通过有限元的波动仿真验证材料属性和结构形式对于声发射信号传播特性的影响。 (3)以弹性波的波动理论和分层介质中的有限元理论为基础，通过有限元波动仿真研究声发射弹性波在不同介质中的耦合效应以及介质分界面上的传播特性。以分层介质中有限元波动仿真为基础结合声源定位方法，进行滚动轴承声发射弹性波的传播特性仿真研究，为滚动轴承声发射信号的高效采集及其时频分析提供理论和仿真的基础。 (4)以声发射信号产生机理和声发射信号传播特性仿真为基础，设计声发射传播特性实验方案，进行滚动轴承中声发射信号传播特性的实验研究。
【关键词】：滚动轴承 声发射信号 机理研究 有限元 传播特性
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.33;TH165.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题背景与意义11-12
• 1.2 旋转机械的声发射技术研究现状12-13
• 1.2.1 滚动轴承故障诊断研究现状12-13
• 1.2.2 声发射技术研究现状13
• 1.3 声发射信号传播特性的研究现状13-16
• 1.3.1 声发射信号传播特性的理论研究14
• 1.3.2 声发射信号传播特性的仿真研究14-15
• 1.3.3 声发射信号传播特性的实验研究15-16
• 1.4 论文的主要研究内容16-18
• 第二章 滚动轴承外圈裂纹声发射信号产生机理研究18-25
• 2.1 滚动轴承裂纹故障的声发射技术研究现状18-19
• 2.2 滚动轴承裂纹故障声发射信号的产生机理19-24
• 2.2.1 裂纹的能量释放理论19
• 2.2.2 滚动轴承外圈裂纹能量模型的建立19-22
• 2.2.3 滚动轴承外圈裂纹时域数学模型的建立22-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第三章 滚动轴承与轴承支座单一介质中声发射信号的传播特性研究25-46
• 3.1 弹性体和弹性波传播的基本理论25-29
• 3.1.1 弹性体和弹性波的分类25
• 3.1.2 各向同性弹性体内的波25-29
• 3.2 滚动轴承声发射弹性波的传播理论研究29-32
• 3.2.1 平面波在自由界面上的反射30
• 3.2.2 SH 波在外圈上的散射30-32
• 3.3 平板中声发射弹性波的有限元分析32-40
• 3.3.1 弹性波的有限元分析32
• 3.3.2 平板中声发射弹性波传播的有限元分析32-36
• 3.3.3 不同材料平板以及带裂纹平板的声发射弹性波有限元对比分析36-37
• 3.3.4 平板中不同声源的波动仿真分析37-40
• 3.4 滚动轴承单一介质中声发射弹性波的传播特性研究40-44
• 3.4.1 轴承外圈和轴承支座的有限元建模与计算求解40-41
• 3.4.2 滚动轴承的二维波动仿真研究41-42
• 3.4.3 轴承支座的波动仿真研究42-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第四章 滚动轴承与轴承支座分层介质中声发射信号的传播特性研究46-56
• 4.1 分层介质中声发射信号的传播46
• 4.2 不同介质之间声发射弹性波的传播46-50
• 4.2.1 P 波和 SV 波在介质分界面上的传播46-49
• 4.2.2 SH 波介质分界面上的传播49-50
• 4.3 声发射弹性波在分层介质之间的传播特性仿真研究50-55
• 4.3.1 分层介质中弹性波的有限元理论50
• 4.3.2 声发射信号在分层介质结构中的传播特性研究50-53
• 4.3.3 滚动轴承及其支座中声发射弹性波的传播特性仿真研究53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 滚动轴承声发射信号的传播特性实验56-68
• 5.1 声发射实验方案设计56
• 5.2 声发射检测技术和声发射系统简介56-58
• 5.3 轴承钢材料单边裂纹拉伸实验58-63
• 5.3.1 实验相关设备和拉伸件58-59
• 5.3.2 45 号钢和 GCr15 轴承钢拉伸实验的声发射信号相关性分析59-62
• 5.3.3 拉伸实验结论62-63
• 5.4 有限元波动仿真的合理验证实验63-67
• 5.4.1 平板断铅实验63-66
• 5.4.2 滚动轴承与支座的声发射实验66-67
• 5.5 本章小结67-68
• 第六章 总结与展望68-70
• 6.1 论文总结68-69
• 6.2 研究展望69-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 附录 攻读学位期间参研项目和发表论文目录74
• 一 参与的科研项目74
• 二 攻读硕士学位期间发表的论文74

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