軸向力作用下轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速對轉(zhuǎn)軸中彈性波傳播特性的影響。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速也可能對彈性波在轉(zhuǎn)軸中的傳播特性產(chǎn)生影響。針對數(shù)值分析的結(jié)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(jié)果有助于解

2、決變截面轉(zhuǎn)軸等機械構(gòu)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(gòu)件上的載荷狀況以及對轉(zhuǎn)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(guān)彈性波傳播的研究背景與意義。對轉(zhuǎn)軸等介質(zhì)中彈性波傳播相關(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)軸端面面積比以及轉(zhuǎn)速對彈性波傳播特性的影響。針對數(shù)值分析的結(jié)果，進行了有限元仿真分析，仿真結(jié)果與理論分析結(jié)果一致，證明了理論分析的正確性，

4、即:當變截面轉(zhuǎn)軸承受軸向力作用時，彈性波在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸承受恒定軸向力作用時，隨著轉(zhuǎn)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(jié)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(guān)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(jié)果與理論分析及有限元仿真結(jié)果接近。
　　第五章，總結(jié)全文，