具有橫向裂紋轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特性與無(wú)損檢測(cè).pdf

1、從理論分析與工程應(yīng)用的角度出發(fā),簡(jiǎn)要闡述了該文的選題背景與研究意義.對(duì)裂紋轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了較為全面地綜述,主要涉及到裂紋轉(zhuǎn)子局部柔度的計(jì)算、裂紋模型的選取、裂紋轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、非線性振動(dòng)特性的研究以及結(jié)構(gòu)裂紋的識(shí)別等方面.利用慣性坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣,得到了慣性坐標(biāo)系下裂紋轉(zhuǎn)子的彎曲剛度矩陣,基于簡(jiǎn)單鉸鏈裂紋模型建立了含初始彎曲裂紋轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)模型.使用解析法與數(shù)值仿真對(duì)比研究了含初始彎曲裂紋

2、轉(zhuǎn)子與無(wú)初始彎曲裂紋轉(zhuǎn)子頻率成分的差異,認(rèn)為無(wú)初始彎曲裂紋轉(zhuǎn)子僅僅存在著由裂紋引起的 等諧波成分,而含初始彎曲裂紋轉(zhuǎn)子則同時(shí)還存在著由初始彎曲導(dǎo)致的 等諧波成分.采用Floquet理論計(jì)算了小阻尼、淺裂紋情形下轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)含初始彎曲裂紋轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)速比 附近出現(xiàn)不穩(wěn)定轉(zhuǎn)速區(qū),并且不穩(wěn)定轉(zhuǎn)速區(qū)在轉(zhuǎn)速比 附近比較明顯,而阻尼對(duì)于抑制轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不穩(wěn)定作用顯著.定義了一種適用于裂紋轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析的極坐標(biāo)圓表示法,分析了剛度變化、質(zhì)量偏心與質(zhì)量

3、偏心角、初始彎曲與初始彎曲角對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)特性的影響,軸心軌跡與頻譜分析驗(yàn)證了極坐標(biāo)圓法的正確性與有效性.考慮裂紋法線方向與切線方向的剛度變化,建立了裂紋轉(zhuǎn)子瞬態(tài)響應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型,分析了各種參數(shù)對(duì)裂紋轉(zhuǎn)子振動(dòng)特性的影響.將小波變換引入到裂紋轉(zhuǎn)子時(shí)頻特性研究中,提出了短數(shù)據(jù)小波三維譜與等高線分析法進(jìn)而得到了無(wú)裂紋轉(zhuǎn)子與裂紋轉(zhuǎn)子的小波時(shí)頻特性,發(fā)現(xiàn)質(zhì)量偏心激勵(lì)下無(wú)裂紋轉(zhuǎn)子瞬態(tài)響應(yīng)的短數(shù)據(jù)小波三維譜表現(xiàn)為 個(gè)峰對(duì)應(yīng)于質(zhì)量偏心激勵(lì)的 倍頻成分,相應(yīng)

4、的小波等高圖則表現(xiàn)為 組同心圓,而裂紋轉(zhuǎn)子瞬態(tài)響應(yīng)的短數(shù)據(jù)小波三維譜表現(xiàn)為對(duì)應(yīng)于裂紋激勵(lì)中 倍頻分量的6個(gè)高峰與對(duì)應(yīng)于質(zhì)量偏心激勵(lì)的 個(gè)低峰,相應(yīng)的小波等高圖表現(xiàn)為 組小同心圓與 組大同心圓;與現(xiàn)有的單一尺度小波分析法以及小波灰度圖與三維譜分析進(jìn)行了對(duì)比分析從而證明了所提出的小波時(shí)頻分析方法更為有效和可行.將所得的裂紋轉(zhuǎn)子與無(wú)裂紋轉(zhuǎn)子小波時(shí)頻特性由瞬態(tài)向穩(wěn)態(tài)進(jìn)行了推廣,并討論了小波時(shí)頻特性對(duì)裂紋故障的敏感性,研究了采樣頻率、質(zhì)量偏心以及

5、質(zhì)量偏心角對(duì)小波時(shí)頻特性的影響.在彎曲剛度變化較大的情形下,考慮了裂紋法線方向與切線方向的剛度變化建立了含初始彎曲裂紋轉(zhuǎn)子的非線性動(dòng)力學(xué)模型.討論了裂紋轉(zhuǎn)子最大Lyapunov指數(shù)的計(jì)算方法,采用了分叉圖、Poincaré映射、軸心軌跡、頻譜圖以及最大Lyapunov指數(shù)分析了彎曲剛度變化、質(zhì)量偏心與質(zhì)量偏心角、初始彎曲與初始彎曲角對(duì)系統(tǒng)分叉與混沌特性的影響,認(rèn)為含初始彎曲裂紋轉(zhuǎn)子在 與 亞臨界轉(zhuǎn)速區(qū)附近表現(xiàn)出明顯的非線性特性,有可能出

6、現(xiàn)倍周期分叉、擬周期運(yùn)動(dòng)與混沌現(xiàn)象;擬周期運(yùn)動(dòng)主要是由各次諧波分量分叉單獨(dú)引起的或與一極低的頻率成分分叉共同引起的;而系統(tǒng)通向混沌的道路一方面由擬周期運(yùn)動(dòng)進(jìn)入,另一方面與周期 解有關(guān).對(duì)現(xiàn)有的裂紋轉(zhuǎn)子有限元分析模型進(jìn)行了對(duì)比研究,給出了一簡(jiǎn)化的基于傳遞矩陣分析與局部柔度理論的有限元模型,針對(duì)停機(jī)狀態(tài)雙開(kāi)裂紋轉(zhuǎn)子討論了轉(zhuǎn)軸的細(xì)長(zhǎng)比、裂紋位置與裂紋深度對(duì)系統(tǒng)固有頻率與振型的影響.將所得的分析結(jié)果推廣到含有單一開(kāi)裂紋轉(zhuǎn)子的無(wú)損估計(jì)中,提出了借