裂紋轉(zhuǎn)子的振動控制與延緩裂紋擴(kuò)展機(jī)理的研究.pdf

1、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是大功率，高轉(zhuǎn)速動力機(jī)械的重要組成部分，如直升機(jī)發(fā)動機(jī)、輪船汽輪機(jī)、電廠發(fā)電機(jī)組和重型機(jī)床等，一般其工作在相當(dāng)惡劣環(huán)境條件下，受到高溫、高壓、高載荷作用。由于轉(zhuǎn)子材料的微缺陷和加工引起的微創(chuàng)傷，運行過程中在交變載荷的持續(xù)作用下，易誘發(fā)轉(zhuǎn)子裂紋的萌生以及裂紋擴(kuò)展直至造成災(zāi)難性的重大事故。因此，早期的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)裂紋的檢測和監(jiān)測，進(jìn)行裂紋轉(zhuǎn)子振動控制以及延緩裂紋擴(kuò)展的研究，對于掌握轉(zhuǎn)子裂紋影響規(guī)律，提高轉(zhuǎn)子的壽命和抗故障能力，以及軍事、

2、航空航天領(lǐng)域支持設(shè)備持續(xù)運行，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域防止災(zāi)難性事故的發(fā)生等有著突出貢獻(xiàn)。
　　本文以國內(nèi)外裂紋轉(zhuǎn)子的研究技術(shù)為基礎(chǔ)，選用了2自由度非線性轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型、電磁執(zhí)行器（Electro-Magnetic Actuator EMA）作用力數(shù)學(xué)模型以及轉(zhuǎn)子裂紋開閉狀態(tài)描述函數(shù)，設(shè)計了控制電磁執(zhí)行器的參數(shù)自調(diào)整模糊PID控制器，并進(jìn)行了數(shù)值仿真研究。本文研究的主要內(nèi)容和結(jié)論如下：首先，分析了同步狀態(tài)下參數(shù)（回轉(zhuǎn)速度、裂紋夾角、非線性參數(shù)

3、、裂紋位置與裂紋深度）變化對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動特性、裂紋開閉狀態(tài)和開閉周期等的影響。另外，探討了在非同步狀態(tài)下運行參數(shù)對轉(zhuǎn)子中裂紋開閉狀態(tài)的影響；其次，為了實現(xiàn)對非線性裂紋轉(zhuǎn)子振動控制和延緩裂紋擴(kuò)展等目的，提出了利用電磁執(zhí)行器對裂紋轉(zhuǎn)子非線性振動和裂紋擴(kuò)展的主動控制方法；最后，采用常規(guī)PID控制和模糊PID控制策略對EMA作用下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行主動控制，并分析比較了兩種控制策略對于EMA作用下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)控制效果的優(yōu)劣。本文通過比較不同參數(shù)變化對裂

4、紋開閉狀態(tài)的影響，總結(jié)出同步與非同步狀態(tài)下參數(shù)變化所引起裂紋開閉狀態(tài)的突變規(guī)律，驗證延緩裂紋擴(kuò)展機(jī)理的可行性，以及相比于常規(guī)PID控制，模糊PID控制對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的優(yōu)點。
　　結(jié)果表明，在轉(zhuǎn)子運行過程中，EMA能夠?qū)α鸭y轉(zhuǎn)子在亞臨界，臨界以及超臨界轉(zhuǎn)速下的振動進(jìn)行有效的控制，能夠使裂紋始終保持閉合狀態(tài)，有效的延緩了裂紋擴(kuò)展?；谀：齈ID控制方法對非線性轉(zhuǎn)子進(jìn)行振動控制相對與常規(guī)PID控制具有更小的位移響應(yīng)，調(diào)節(jié)時間也相對較短。通過