【摘要】：隨著工業(yè)需求的不斷增加,航空發(fā)動機、燃?xì)廨啓C等大型旋轉(zhuǎn)機械逐漸向高速、高功率密度的方向發(fā)展,復(fù)雜苛刻的工作環(huán)境則對設(shè)備的安全可靠性方面提出了更高的要求。轉(zhuǎn)子作為旋轉(zhuǎn)機械的最核心部件,一旦出現(xiàn)磨損、裂紋等不可逆性的損傷,將極有可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的彎曲斷裂,甚至?xí)饳C組的破壞,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失和人身安全問題。因此,研究裂紋轉(zhuǎn)子的故障特征,從中提取出相關(guān)的故障診斷準(zhǔn)則具有重要意義。本文基于斷裂力學(xué)理論,首先計算由裂紋引起的各型應(yīng)力強度因子,通過建立應(yīng)力強度因子和應(yīng)變能釋放率的關(guān)系,對裂紋區(qū)域積分得到裂紋引起的附加應(yīng)變能,利用Castingliano定理得到裂紋單元的附加柔度矩陣,從而求得裂紋單元的剛度矩,最后基于應(yīng)力強度因子為零法建立裂紋的呼吸模型。同時通過有限元軟件ABAQUS來模擬裂紋轉(zhuǎn)子的呼吸效應(yīng)以驗證理論計算的準(zhǔn)確性�？紤]裂紋單元引起的轉(zhuǎn)子剛度弱化,建立系統(tǒng)動力學(xué)方程。以�；暮娇瞻l(fā)動機懸臂轉(zhuǎn)子為對象,分別研究裂紋深度、裂紋位置和裂紋傾角等對于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響,總結(jié)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速及其峰值的變化特性;分析裂紋轉(zhuǎn)子亞臨界共振區(qū)共振轉(zhuǎn)速、共振峰值、軸心軌跡及加速度響應(yīng)隨裂紋參數(shù)的變化規(guī)律;同時考慮了支承剛度和裂紋單元長度對于裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)響應(yīng)的影響。呼吸型裂紋使得轉(zhuǎn)子具有了時變的剛度,因此將會表現(xiàn)出一定的非線性。本文結(jié)合非線性振動的基本理論,通過轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運動的相軌跡圖、Poincare圖、分岔圖等分析不同裂紋、偏心距及偏位角下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性特性。最后,研究不平衡力大小以及相位對裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響以及不同參數(shù)的不平衡力和裂紋之間的相互主導(dǎo)作用;考慮非線性系統(tǒng)特有的組合共振現(xiàn)象,研究扭轉(zhuǎn)脈沖、扭轉(zhuǎn)簡諧、軸向脈沖、軸向簡諧激勵、橫向簡諧激勵等外部激勵下的裂紋轉(zhuǎn)子耦合動力學(xué)特性,提取相關(guān)的轉(zhuǎn)子裂紋識別準(zhǔn)則。
【圖文】：

a) 小軸裂紋 b) 轉(zhuǎn)軸表面裂紋圖 1-1 某型 600MW 汽輪機組裂紋事故上所述，為避免由于轉(zhuǎn)子裂紋引起的旋轉(zhuǎn)機械的事故發(fā)生，對于時診斷的重要性不言而喻。本文將基于模化的航空發(fā)動機懸臂轉(zhuǎn)子同參數(shù)的裂紋引起的轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性變化規(guī)律，總結(jié)裂紋引起的裂紋的在線診斷提供依據(jù)。呼吸裂紋轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性研究現(xiàn)狀 20 世紀(jì)六七十年代以來，國內(nèi)外的諸多學(xué)者已經(jīng)對帶有呼吸型裂力學(xué)特性進行了大量的研究。1976 年 Gasch[2]首先指出轉(zhuǎn)子裂紋剛度的周期性變化，提出了簡單的方波模型來描述裂紋的開合變化ayes[3]等人在方波模型的基礎(chǔ)上，首次提出了連續(xù)變化的余弦模型析了裂紋引起的軸段剛度變化量。高建民、朱曉梅[4]于 1992 年根變化情況進行了修正，在以上模型基礎(chǔ)上提出了高-朱模型，該模期內(nèi)裂紋的呼吸行為劃分為全開、全閉及半開半閉四個階段。陳永三種模型進行了對比研究，發(fā)現(xiàn)在臨界轉(zhuǎn)速附近三種模型都表現(xiàn)

推導(dǎo)其裂紋單元的剛度矩陣。裂紋轉(zhuǎn)子模型如圖2-2 所示，轉(zhuǎn)子半徑為 R ，同時在輪盤附近含有一深度為 a 的裂紋，根據(jù)有限元理論，將轉(zhuǎn)子劃分為n個單元，每個單元 2 個節(jié)點，每個節(jié)點含有 6 個自由度。實際轉(zhuǎn)子中的經(jīng)常出現(xiàn)的為直裂紋或者斜裂紋，二者區(qū)別在于直裂紋的裂紋前緣線和轉(zhuǎn)子軸線垂直，而斜裂紋的前緣線和轉(zhuǎn)子軸線的夾角小于 90°，，此外裂紋的不同還表現(xiàn)在裂紋前緣線的形狀上。本節(jié)擬帶有斜裂紋的軸段單元為建模對象，推導(dǎo)其剛度矩陣，此時只需把裂紋傾角改為 90°
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH17

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本文編號：2613595