【摘要】：旋轉(zhuǎn)機(jī)械近年來(lái)朝著高速、高自動(dòng)集成以及適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的社會(huì)生產(chǎn)需求發(fā)展,人們對(duì)于其安全性問(wèn)題提出更高要求。轉(zhuǎn)子在高溫、高壓及交變載荷作用下極易萌生裂紋,如果裂紋不被及時(shí)發(fā)現(xiàn)與控制就會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展,造成災(zāi)難性破壞。裂紋是引起轉(zhuǎn)子故障的一大隱患,對(duì)其深入細(xì)致的研究可以提高轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及安全性,進(jìn)而避免不必要的安全問(wèn)題的發(fā)生。本文以裂紋非對(duì)稱轉(zhuǎn)子為研究對(duì)象,針對(duì)裂紋非對(duì)稱轉(zhuǎn)子的振動(dòng)問(wèn)題,運(yùn)用非線性接觸單元法建立了裂紋非對(duì)稱轉(zhuǎn)子的三維有限元模型,并應(yīng)用自由界面模態(tài)綜合法對(duì)模型實(shí)現(xiàn)降階來(lái)縮短計(jì)算時(shí)間。通過(guò)仿真分析了裂紋位置角、裂紋位置及非對(duì)稱轉(zhuǎn)子扁平性等參數(shù)的變化對(duì)主共振不穩(wěn)定區(qū)域及振動(dòng)特性的影響。同時(shí)采用擾動(dòng)觀測(cè)器控制電磁執(zhí)行器(EMA)實(shí)現(xiàn)對(duì)該轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)的主動(dòng)控制。其次,基于轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論及本文提出的裂紋開(kāi)閉映射法研究了轉(zhuǎn)速、不均勻質(zhì)量和非對(duì)稱轉(zhuǎn)子的扁平性等參數(shù)變化對(duì)轉(zhuǎn)子裂紋開(kāi)閉特性的影響,提出了有效延緩裂紋擴(kuò)展的方法。同時(shí)基于裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子法分析了不均勻質(zhì)量的位置及大小對(duì)裂紋呼吸狀態(tài)的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證控制方法的有效性。分析結(jié)果表明:(1)裂紋位置角變化對(duì)非對(duì)稱轉(zhuǎn)子的主共振和超諧波共振位置產(chǎn)生影響,并且在主共振區(qū)附近的不穩(wěn)定區(qū)域?qū)⒆冋Ｔ诜菍?duì)稱轉(zhuǎn)子中裂紋出現(xiàn)的位置對(duì)非對(duì)稱轉(zhuǎn)子的振動(dòng)幅值、共振頻率和不穩(wěn)定區(qū)域的范圍等均造成影響。(2)不均勻質(zhì)量、轉(zhuǎn)速和非對(duì)稱轉(zhuǎn)子的扁平性等參數(shù)變化時(shí),對(duì)呼吸裂紋的開(kāi)閉程度和開(kāi)閉周期等都存在一定的影響。特別是扁平性減小時(shí)可減小裂紋的開(kāi)閉程度,相對(duì)延長(zhǎng)了閉合時(shí)間。另外,非對(duì)稱轉(zhuǎn)子的不均勻質(zhì)量參數(shù)的減小可以有效的減弱裂紋的呼吸效應(yīng)。(3)通過(guò)電磁執(zhí)行器可以有效的減小裂紋非對(duì)稱轉(zhuǎn)子在主共振及超諧波共振振動(dòng)幅值,使轉(zhuǎn)子在主共振的不穩(wěn)定區(qū)域消失。并能夠使轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過(guò)程中保持相對(duì)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動(dòng),且使呼吸裂紋長(zhǎng)期處于閉合狀態(tài),延緩裂紋的擴(kuò)展。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明利用EMA可對(duì)裂紋轉(zhuǎn)子的振動(dòng)及裂紋呼吸效應(yīng)等均具有抑制效果,驗(yàn)證了控制方法的有效性。
【圖文】：

第二章 裂紋非對(duì)稱轉(zhuǎn)子的有限元?jiǎng)恿W(xué)建模礎(chǔ)內(nèi)容為：限單元，定義每個(gè)單元中的節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)這些節(jié)節(jié)點(diǎn)通常位于關(guān)節(jié)處。通過(guò)這樣的操作，具有無(wú)度的系統(tǒng)，導(dǎo)出元素的動(dòng)能、勢(shì)能和虛功的表達(dá)以及外力矩陣。將其組合成轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度矩陣界條件，通過(guò)求解 Lagrange 法或 Hamilton 法則

第二章 裂紋非對(duì)稱轉(zhuǎn)子的有限元?jiǎng)恿W(xué)建模N 維單位矩陣，RT 為旋轉(zhuǎn)矩陣。性接觸單元法構(gòu)建的三維有限元模型，在該模型中，裂紋用別為接觸面和目標(biāo)面。在求解過(guò)程中，，裂紋處節(jié)點(diǎn)的位移設(shè)置示為如下公式。ck cckq tu uu uu u ， 可以用兩個(gè)部分來(lái)表示，cku 代表裂紋截面處節(jié)點(diǎn)位移，qu紋界面的其他部分的節(jié)點(diǎn)位移。cu 和tu 分別表示裂紋面上接。
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O346.1;TH133

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