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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于彈性波傳播特性的大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械主軸裂紋檢測(cè)方法研究”批準(zhǔn)號(hào)(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(duì)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(shí)轉(zhuǎn)速也可能對(duì)彈性波在轉(zhuǎn)軸中的傳播特性產(chǎn)生影響。針對(duì)數(shù)值分析的結(jié)果，進(jìn)行了有限元仿真分析，設(shè)計(jì)并搭建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用實(shí)驗(yàn)、有限元仿真分析對(duì)理論分析進(jìn)行驗(yàn)證。研究結(jié)果有助于解

2、決變截面轉(zhuǎn)軸等機(jī)械構(gòu)件在承受軸向載荷時(shí)彈性波的傳播機(jī)理問(wèn)題，可為利用彈性波傳播特性識(shí)別構(gòu)件上的載荷狀況以及對(duì)轉(zhuǎn)軸的動(dòng)力學(xué)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(duì)轉(zhuǎn)軸等介質(zhì)中彈性波傳播相關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究方法和應(yīng)用前景進(jìn)行了綜述，對(duì)目前研究仍未解決的轉(zhuǎn)軸中彈性波傳播特性等一些問(wèn)題進(jìn)行了歸納，進(jìn)而提出了本文的研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容。
　　第二章首先對(duì)

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(jìn)行了介紹，推導(dǎo)出了軸向力對(duì)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(shí)的傳遞矩陣為基礎(chǔ)，利用疊加原理，推導(dǎo)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(duì)彈性波傳遞矩陣的特征值進(jìn)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(duì)彈性波傳播特性的影響。針對(duì)數(shù)值分析的結(jié)果，進(jìn)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(dāng)變截面轉(zhuǎn)軸承受軸向力作用時(shí)，彈性波在轉(zhuǎn)軸中傳播時(shí)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新阻帶，隨著軸向力的增大，該阻帶中心頻率降低;當(dāng)變截面轉(zhuǎn)軸承受恒定軸向力作用時(shí)，隨著轉(zhuǎn)軸端面面積比增大，該阻帶中心頻率變高。
　　為了對(duì)理論和仿真分析結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證，第四章搭建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。對(duì)搭建的整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以及實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了介紹，對(duì)軸向力和端面面積比的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析說(shuō)明，實(shí)驗(yàn)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，