裂纹转子—轴承系统动力学特性研究

发布时间：2017-04-02 13:01

  本文关键词：裂纹转子—轴承系统动力学特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高转速、大功率、柔性转子是近年来高速旋转机械的发展趋势,它在提高性能的同时也使转子系统承载了更高的应力,这对转子系统的设计和制造提出了更高的要求。然而即使转子系统经过非常完善的设计开发,在某些部分也会引起局部的应力集中,从而导致转子裂纹的产生与扩展。如果这些故障没有及时的发现,将会导致严重的事故甚至会产生灾难性的后果。因而研究裂纹转子故障对实现旋转机械的状态监测和预报意义重大。本文主要基于有限元理论,建立了含斜裂纹、直裂纹和半抛物线斜裂纹的转子系统有限元模型,研究了在弹性支承和油膜支承下一个单跨双盘转子-轴承系统在不同裂纹参数下的动力学响应。首先基于断裂力学理论及Castingliano定理,分析推导了直裂纹、斜裂纹以及半抛物线斜裂纹柔度计算公式以及裂纹单元的有限元矩阵,并建立单跨双盘转子-轴承系统有限元方程。利用应力强度因子为零法来模拟裂纹的呼吸效应,并在此基础上跟文献裂纹柔度进行了对比验证,说明本文裂纹推导的正确性。其次,以文献单盘Jeffcott转子系统为研究对象,跟文献不同裂纹开闭线下柔度曲线进行了对比,并在定裂纹深度和不同裂纹深度下研究了直裂纹、斜裂纹和半抛物线斜裂纹的刚度特性变化规律。在刚性支承下研究了不同裂纹位置和不同裂纹深度下Jeffcott转子系统固有特性变化规律,并在定转速下研究了分别在偏心激励和偏心和扭转激励作用下系统直裂纹、斜裂纹和半抛物线斜裂纹的响应特性。最后,分别研究了单跨双盘直裂纹、斜裂纹和半抛物线斜裂纹转子系统,在弹性支撑下研究了两盘不同偏心相位差下裂纹转子系统水平和扭转方向的响应变化规律,并分析了不同裂纹参数：裂纹单元位置、转盘偏心量和裂纹深度对裂纹转子系统的响应变化规律的影响。在油膜支撑下研究了系统在定裂纹深度下两盘不同偏心相位差下裂纹转子系统在水平和扭转方向振动响应变化规律。恒定加速度下分别研究了3种形式裂纹在刚性支承和油膜支承下两种裂纹深度下裂纹转子系统水平和扭转方向时域和频域响应变化规律。
【关键词】：直裂纹 斜裂纹 半抛物线斜裂纹 转子系统 动力学特性
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH113
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 本文研究的目的和意义12-13
• 1.2 转子动力学研究综述13-19
• 1.2.1 转子系统建模的研究14-15
• 1.2.2 轴承油膜力的研究15-16
• 1.2.3 转子和轴承结构因素对转子系统影响的研究16-17
• 1.2.4 转子-轴承系统升降速过程振动特性研究17
• 1.2.5 故障转子系统振动特性的研究17-18
• 1.2.6 裂纹转子-轴承系统动力学特性的研究18-19
• 1.3 本文研究的主要内容19-22
• 第2章 基于有限元的裂纹转子-轴承系统建模与验证22-44
• 2.1 概述22
• 2.2 Newmark-β数值算法22-23
• 2.3 双盘转子-轴承系统有限元模型23-38
• 2.3.1 无裂纹单元的有限元模型建立24-26
• 2.3.2 裂纹单元的有限元模型建立26-32
• 2.3.3 呼吸裂纹模型的表示方法32-36
• 2.3.4 双盘转子-轴承系统的整体有限元模型36-38
• 2.4 模型验证38-41
• 2.4.1 裂纹模型的验证38
• 2.4.2 双盘裂纹转子轴承系统油膜力模型对比38-41
• 2.4.3 转子系统升降速模型验证41
• 2.5 本章小结41-44
• 第3章 Jeffcott裂纹转子刚度特性及其动力学响应分析44-64
• 3.1 概述44
• 3.2 Jeffcott裂纹转子模型44
• 3.3 裂纹单元刚度特性分析44-50
• 3.3.1 应力强度因子为零法计算验证44-45
• 3.3.2 直、斜、半抛物线斜裂纹单元刚度特性的研究45-47
• 3.3.3 裂纹深度对转子刚度的影响47-49
• 3.3.4 斜裂纹裂纹角对转子刚度的影响49-50
• 3.4 Jeffcott裂纹转子刚性支承下动力学特性分析50-61
• 3.4.1 裂纹对转子系统固有特性的影响50-51
• 3.4.2 刚性支承裂纹转子系统动力学响应分析51-59
• 3.4.3 刚性支承裂纹转子系统升速过程中瞬态响应分析59-61
• 3.5 本章小结61-64
• 第4章 双盘直裂纹转子系统动力学响应分析64-80
• 4.1 概述64
• 4.2 弹性支承直裂纹转子动力学特性分析64-69
• 4.2.1 偏心相位差对直裂纹转子动力学行为分析65-68
• 4.2.2 裂纹位置对直裂纹转子动力学行为分析68
• 4.2.3 偏心量对直裂纹转子动力学行为分析68-69
• 4.2.4 裂纹深度对直裂纹转子动力学行为分析69
• 4.3 油膜支承直裂纹转子动力学特性分析69-71
• 4.4 升速过程中直裂纹转子动力学特性分析71-77
• 4.4.1 弹支直裂纹转子系统升速过程响应分析71-74
• 4.4.2 油膜支承直裂纹转子系统升速过程响应分析74-77
• 4.5 本章小结77-80
• 第5章 双盘斜裂纹转子动力学响应分析80-94
• 5.1 概述80
• 5.2 弹性支承斜裂纹转子动力学特性分析80-85
• 5.2.1 偏心相位差对斜裂纹转子动力学行为分析80-82
• 5.2.2 裂纹位置对斜裂纹转子动力学行为分析82-83
• 5.2.3 偏心量对斜裂纹转子动力学行为分析83-84
• 5.2.4 裂纹深度对斜裂纹转子动力学行为分析84-85
• 5.3 油膜支承下斜裂纹转子动力学特性分析85-86
• 5.4 升速过程中斜裂纹转子动力学特性分析86-92
• 5.4.1 弹支斜裂纹转子系统升速过程响应分析86-89
• 5.4.2 油膜支承斜裂纹转子系统升速过程响应分析89-92
• 5.5 本章小结92-94
• 第6章 双盘半抛物线斜裂纹转子系统动力学响应分析94-110
• 6.1 概述94
• 6.2 弹性支承半抛物线斜裂纹转子动力学特性分析94-99
• 6.2.1 偏心相位差对半抛物线斜裂纹转子动力学行为分析94-96
• 6.2.2 裂纹位置对半抛物线斜裂纹转子动力学行为分析96-97
• 6.2.3 偏心量对半抛物线斜裂纹转子动力学行为分析97-98
• 6.2.4 裂纹深度对半抛物线斜裂纹转子动力学行为分析98-99
• 6.3 油膜支承半抛物线斜裂纹转子动力学特性分析99-101
• 6.4 升降速过程中半抛物线斜裂纹转子动力学特性分析101-106
• 6.4.1 弹支半抛物线斜裂纹转子系统升速过程响应分析101-104
• 6.4.2 油膜支承半抛物线斜裂纹转子系统降速过程响应分析104-106
• 6.5 本章小结106-110
• 第7章 结论与展望110-114
• 7.1 主要结论110-111
• 7.2 研究展望111-114
• 参考文献114-120
• 致谢120-122
• 攻读硕士学位期间发表的论文122

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本文编号：282514