非線性轉子裂紋檢測及延緩裂紋擴展機理的研究.pdf

1、航空發(fā)動機內的轉子系統(tǒng)作為發(fā)動機的核心部件，轉子在飛行器的起降、特技及常態(tài)飛行中時常處于非定常的運轉中,該轉子一般工作在高溫、高壓、高載荷和周期性交變載荷的惡劣環(huán)境下。由于轉子系統(tǒng)存在材料性能、制造工藝等方面的問題，轉子內部可能存在微裂紋和微缺陷，運行過程中轉子會在微缺陷附近產生應力集中，長時間服役運行后容易使其內部的微裂紋和微缺陷誘發(fā)成裂紋，裂紋的擴展將嚴重的威脅轉子系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，直至導致十分嚴重的安全事故。因此，盡早發(fā)現轉子系

2、統(tǒng)內存在的裂紋并延緩裂紋擴展對于保障機械設備的安全穩(wěn)定運行會產生十分重要的意義。
　　目前對轉子動力學的研究主要是基于定常狀態(tài)下的，而對非定常狀態(tài)下轉子動力學的研究較少，本文基于目前國內外轉子動力學領域的研究現狀，采用了裂紋轉子的剛度模型、轉子系統(tǒng)的非線性模型并且基于Jeffcott轉子模型建立了非定常狀態(tài)下系統(tǒng)的動力學方程，并且利用傳遞矩陣法建立了將轉子系統(tǒng)等效成N個軸段模型的轉子動力學方程。針對轉子裂紋在運動過程當中的開閉情況

3、，提出了一種全新的可以比較精確地描述轉子處于任意旋轉位置時的裂紋開閉程度的方法，對得到的數學模型進行了數值仿真，并基于不同轉子參數大小的變化對裂紋開閉程度的影響，提出了延緩轉子裂紋擴展的方法，采用希爾伯特黃邊際譜的方法對轉子的裂紋進行檢測。本文主要研究內容如下：首先分別研究了裂紋圓周角a、加速度、偏心量e、裂紋擴展方向和偏心量的夾角，非線性項參數（(1)c、(1)s和(0)）對于Jeffcott轉子的振動特性與裂紋開閉程度的影響，研究了

4、延緩轉子裂紋擴展的策略。此外，求出了利用傳遞矩陣法得到的轉子模型的固有頻率，證明了該模型的準確性。利用希爾伯特黃邊際譜的方法對具有不同裂紋深度的轉子進行了檢測，并通過與小波法檢測結果做比較，體現出了希爾伯特黃邊際譜在轉子裂紋檢測方面相較于其它的信號處理方法的優(yōu)越性。
　　研究結果表明基于希爾伯特黃邊際譜的信號處理方法可以有效的實現對轉子裂紋的早期檢測，并且提出的延緩轉子裂紋擴展的方法可以有效的減小轉子裂紋的開閉程度，實現對轉子裂紋