基于LabVIEW和ANSYS的轉(zhuǎn)子監(jiān)測(cè)及故障仿真研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械是現(xiàn)代工礦企業(yè)及航空航天等領(lǐng)域中非常普遍、非常關(guān)鍵的一類設(shè)備，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要行業(yè)和國(guó)防重點(diǎn)領(lǐng)域有極其重要的影響。旋轉(zhuǎn)設(shè)備一旦發(fā)生故障，往往會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性事故的發(fā)生，造成嚴(yán)重的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。裂紋故障是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中常見的故障之一，因此對(duì)裂紋轉(zhuǎn)子的故障性質(zhì)和發(fā)展過程進(jìn)行深入研究，并對(duì)其剩余壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行維護(hù)，從而降低事故發(fā)生率，這對(duì)保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)高效的運(yùn)行具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及社會(huì)意義。
　　本文針對(duì)一

2、個(gè)具有橫向呼吸裂紋的Jeffcott轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，研究了疲勞裂紋的存在對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)行為的影響，并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)理論模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。然后基于斷裂力學(xué)理論，對(duì)裂紋轉(zhuǎn)子進(jìn)行有限元分析，完成了裂紋轉(zhuǎn)子剩余壽命的預(yù)測(cè)。本文的主要內(nèi)容包括如下幾個(gè)部分：
　　首先，基于中性軸理論，考慮中性軸在裂紋旋轉(zhuǎn)過程中的位置變化，對(duì)疲勞裂紋的呼吸過程進(jìn)行了深入研究，完善了疲勞裂紋的呼吸函數(shù)模型。然后利用建立的呼吸函數(shù)模型對(duì)重力占主要作用的裂紋轉(zhuǎn)

3、子系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)建模。研究了轉(zhuǎn)子在1/2、1/3等亞臨界轉(zhuǎn)速附近運(yùn)行時(shí)其振動(dòng)位移和軸心軌跡的變化規(guī)律，同時(shí)通過時(shí)頻分析方法對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，并將結(jié)果作為裂紋故障的典型特征，為裂紋故障的識(shí)別奠定了基礎(chǔ)。
　　然后，基于PXI總線技術(shù)，在虛擬開發(fā)環(huán)境LabVIEW中搭建了一套轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思路，可以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的采集、分析處理以及實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。接著在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)裂紋轉(zhuǎn)子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，利用此數(shù)據(jù)

4、采集系統(tǒng)采集了裂紋轉(zhuǎn)子在亞臨界轉(zhuǎn)速附近運(yùn)行時(shí)水平和豎直方向上的振動(dòng)信號(hào)，并繪制了轉(zhuǎn)子的軸心軌跡和振動(dòng)信號(hào)頻譜圖，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與動(dòng)力學(xué)模型輸出一致，很好地驗(yàn)證了理論模型的準(zhǔn)確性。
　　接著，利用ANSYS軟件對(duì)裂紋轉(zhuǎn)子進(jìn)行了有限元分析，考慮了轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中的呼吸效應(yīng)，并結(jié)合轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，對(duì)裂紋轉(zhuǎn)子在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的8個(gè)特殊狀態(tài)進(jìn)行了分析，計(jì)算得到裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子值，研究了其變化規(guī)律，為進(jìn)一步理解呼吸裂紋的力學(xué)特征和進(jìn)行疲勞裂紋壽