具有橫向裂紋轉子的振動特性與無損檢測.pdf

1、從理論分析與工程應用的角度出發(fā),簡要闡述了該文的選題背景與研究意義.對裂紋轉子動力學的國內外研究現狀、研究進展與發(fā)展趨勢進行了較為全面地綜述,主要涉及到裂紋轉子局部柔度的計算、裂紋模型的選取、裂紋轉子穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、非線性振動特性的研究以及結構裂紋的識別等方面.利用慣性坐標系和旋轉坐標系的轉換矩陣,得到了慣性坐標系下裂紋轉子的彎曲剛度矩陣,基于簡單鉸鏈裂紋模型建立了含初始彎曲裂紋轉子的動力學模型.使用解析法與數值仿真對比研究了含初始彎曲裂紋

2、轉子與無初始彎曲裂紋轉子頻率成分的差異,認為無初始彎曲裂紋轉子僅僅存在著由裂紋引起的 等諧波成分,而含初始彎曲裂紋轉子則同時還存在著由初始彎曲導致的 等諧波成分.采用Floquet理論計算了小阻尼、淺裂紋情形下轉子的穩(wěn)定性,發(fā)現含初始彎曲裂紋轉子在轉速比 附近出現不穩(wěn)定轉速區(qū),并且不穩(wěn)定轉速區(qū)在轉速比 附近比較明顯,而阻尼對于抑制轉子系統的不穩(wěn)定作用顯著.定義了一種適用于裂紋轉子動力學分析的極坐標圓表示法,分析了剛度變化、質量偏心與質量

3、偏心角、初始彎曲與初始彎曲角對轉子振動特性的影響,軸心軌跡與頻譜分析驗證了極坐標圓法的正確性與有效性.考慮裂紋法線方向與切線方向的剛度變化,建立了裂紋轉子瞬態(tài)響應的動力學模型,分析了各種參數對裂紋轉子振動特性的影響.將小波變換引入到裂紋轉子時頻特性研究中,提出了短數據小波三維譜與等高線分析法進而得到了無裂紋轉子與裂紋轉子的小波時頻特性,發(fā)現質量偏心激勵下無裂紋轉子瞬態(tài)響應的短數據小波三維譜表現為 個峰對應于質量偏心激勵的 倍頻成分,相應

4、的小波等高圖則表現為 組同心圓,而裂紋轉子瞬態(tài)響應的短數據小波三維譜表現為對應于裂紋激勵中 倍頻分量的6個高峰與對應于質量偏心激勵的 個低峰,相應的小波等高圖表現為 組小同心圓與 組大同心圓;與現有的單一尺度小波分析法以及小波灰度圖與三維譜分析進行了對比分析從而證明了所提出的小波時頻分析方法更為有效和可行.將所得的裂紋轉子與無裂紋轉子小波時頻特性由瞬態(tài)向穩(wěn)態(tài)進行了推廣,并討論了小波時頻特性對裂紋故障的敏感性,研究了采樣頻率、質量偏心以及

5、質量偏心角對小波時頻特性的影響.在彎曲剛度變化較大的情形下,考慮了裂紋法線方向與切線方向的剛度變化建立了含初始彎曲裂紋轉子的非線性動力學模型.討論了裂紋轉子最大Lyapunov指數的計算方法,采用了分叉圖、Poincaré映射、軸心軌跡、頻譜圖以及最大Lyapunov指數分析了彎曲剛度變化、質量偏心與質量偏心角、初始彎曲與初始彎曲角對系統分叉與混沌特性的影響,認為含初始彎曲裂紋轉子在 與 亞臨界轉速區(qū)附近表現出明顯的非線性特性,有可能出

6、現倍周期分叉、擬周期運動與混沌現象;擬周期運動主要是由各次諧波分量分叉單獨引起的或與一極低的頻率成分分叉共同引起的;而系統通向混沌的道路一方面由擬周期運動進入,另一方面與周期 解有關.對現有的裂紋轉子有限元分析模型進行了對比研究,給出了一簡化的基于傳遞矩陣分析與局部柔度理論的有限元模型,針對停機狀態(tài)雙開裂紋轉子討論了轉軸的細長比、裂紋位置與裂紋深度對系統固有頻率與振型的影響.將所得的分析結果推廣到含有單一開裂紋轉子的無損估計中,提出了借