轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩故障的混沌分形特征研究.pdf

1、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是旋轉(zhuǎn)機械最主要的組成部分,一旦發(fā)生故障,將帶來巨大的經(jīng)濟損失.由各種非線性因素(非線性油膜力、非線性內(nèi)阻力、碰摩、裂紋等),導(dǎo)致轉(zhuǎn)子系統(tǒng)呈現(xiàn)出非線性動力學(xué)特性.目前針對非線性因素耦合碰摩故障的研究還不成熟,其動力學(xué)行為非常復(fù)雜,有時表現(xiàn)出混沌特征,所以對其混沌行為進行理論研究可以為轉(zhuǎn)子故障診斷提供有力依據(jù).同時在設(shè)備故障診斷領(lǐng)域,出現(xiàn)了基于混沌時間序列信號相空間重構(gòu)的分形故障特征提取方法,為從全新角度更深刻地認識復(fù)雜非線性動力

2、系統(tǒng)的故障行為提供了新的手段,也為從混沌現(xiàn)象中揭示故障的本質(zhì)提供了基礎(chǔ),所以對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動信號進行混沌分形特征研究具有重要意義.對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性因素耦合碰摩故障機理進行了研究,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)通常受到幾種非線性因素的耦合作用,不同激勵因素之間相互影響,使得轉(zhuǎn)子的碰摩故障更加復(fù)雜,非線性動力學(xué)特性更加豐富.所以,本文針對非線性耦合碰摩故障,建立了具有非線性碰摩力和油膜力耦合的.Jeffcott轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)模型.對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性運動微分方程進行了

3、數(shù)值分析.采用四階龍格庫塔法對非線性因素耦合的碰摩故障運動微分方程進行求解,對徑向位移量為0.3時的混沌特性進行了研究,分析了不同頻率比時的Poincare映射圖、相圖和軸心軌跡圖,可以有效地分析出系統(tǒng)的周期運動、擬周期運動和混沌狀態(tài).對不同徑向位移量和不同速度影響因數(shù)時轉(zhuǎn)子碰摩故障隨頻率比變化的動力學(xué)行為進行了研究,提取了混沌分形特征參數(shù),找出了混沌演化的固有規(guī)律,為進一步開展轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動力學(xué)研究提供了理論基礎(chǔ).從相空間重構(gòu)角度

4、對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)典型故障進行混沌分形特征提取的研究.首先對混沌吸引子進行了相空間重構(gòu),對重要參數(shù)m和τ進行了研究.對在本特利轉(zhuǎn)子實驗臺上測得的正常、不平衡、碰摩、油膜渦動實驗數(shù)據(jù)進行了分析,首先計算振動信號的最大Lyapunov指數(shù),以判斷是否進入混沌狀態(tài),之后進行關(guān)聯(lián)維數(shù)特征提取,采用G-P算法計算動力系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)維數(shù).關(guān)聯(lián)維數(shù)是度量分形復(fù)雜性的重要指標(biāo),可刻畫混沌吸引子的"奇異"程度.通過大量的計算提取了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不同狀態(tài)的混沌分形特征指數(shù),