軸向力作用下轉軸中彈性波傳播特性研究.pdf

1、本文依托于國家自然科學基金項目“基于彈性波傳播特性的大型旋轉機械主軸裂紋檢測方法研究”批準號(51505430)，采用傳遞矩陣方法，分析了軸向力、軸端面面積比以及轉速對轉軸中彈性波傳播特性的影響。轉軸中彈性波的傳播特性受到軸受力情況、本身幾何尺寸、形狀等因素的影響，同時轉速也可能對彈性波在轉軸中的傳播特性產(chǎn)生影響。針對數(shù)值分析的結果，進行了有限元仿真分析，設計并搭建了實驗系統(tǒng)，利用實驗、有限元仿真分析對理論分析進行驗證。研究結果有助于解

2、決變截面轉軸等機械構件在承受軸向載荷時彈性波的傳播機理問題，可為利用彈性波傳播特性識別構件上的載荷狀況以及對轉軸的動力學特性分析提供參考。
　　論文的主要研究工作以及章節(jié)安排如下:
　　第一章闡述了有關彈性波傳播的研究背景與意義。對轉軸等介質(zhì)中彈性波傳播相關的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究方法和應用前景進行了綜述，對目前研究仍未解決的轉軸中彈性波傳播特性等一些問題進行了歸納，進而提出了本文的研究目標和研究內(nèi)容。
　　第二章首先對

3、彈性波的概念、彈性波在轉軸中的傳播特性及傳遞矩陣進行了介紹，推導出了軸向力對彈性波傳遞矩陣的影響關系式，然后以不存在軸向力作用時的傳遞矩陣為基礎，利用疊加原理，推導得出了軸向力作用下變截面轉軸的傳遞矩陣。
　　第三章首先利用了數(shù)值分析方法，對彈性波傳遞矩陣的特征值進行了求解分析，研究了軸向力、轉軸端面面積比以及轉速對彈性波傳播特性的影響。針對數(shù)值分析的結果，進行了有限元仿真分析，仿真結果與理論分析結果一致，證明了理論分析的正確性，

4、即:當變截面轉軸承受軸向力作用時，彈性波在轉軸中傳播時將會出現(xiàn)一個新阻帶，隨著軸向力的增大，該阻帶中心頻率降低;當變截面轉軸承受恒定軸向力作用時，隨著轉軸端面面積比增大，該阻帶中心頻率變高。
　　為了對理論和仿真分析結果進行進一步驗證，第四章搭建了實驗系統(tǒng)并進行了相關實驗。對搭建的整個實驗系統(tǒng)以及實驗方案進行了介紹，對軸向力和端面面積比的實驗數(shù)據(jù)進行了分析說明，實驗結果與理論分析及有限元仿真結果接近。
　　第五章，總結全文，