【摘要】：轉(zhuǎn)子是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件,運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)軸容易萌生裂紋,易造成航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)過(guò)等問(wèn)題。若裂紋故障發(fā)現(xiàn)不及時(shí),轉(zhuǎn)子在不健康狀態(tài)下運(yùn)行會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能并可能導(dǎo)致嚴(yán)重的事故,因此裂紋轉(zhuǎn)子的監(jiān)測(cè)和故障識(shí)別對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的安全、可靠運(yùn)行具有重要意義。準(zhǔn)確建立裂紋轉(zhuǎn)子數(shù)學(xué)模型,了解裂紋轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)特征是故障診斷的前提和基礎(chǔ)。本文建立了裂紋轉(zhuǎn)子的數(shù)學(xué)模型,采用基于模型的方法對(duì)轉(zhuǎn)子裂紋故障進(jìn)行診斷,并對(duì)實(shí)際裂紋轉(zhuǎn)子進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,分析了裂紋轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)特性,驗(yàn)證了裂紋轉(zhuǎn)子建模方法和裂紋識(shí)別方法的準(zhǔn)確性。首先,基于材料力學(xué)和斷裂力學(xué)理論,采用六自由度Timoshenko單元模型分別推導(dǎo)了不同類型裂紋(直裂紋、斜裂紋、半拋物線裂紋)單元的柔度和剛度矩陣。應(yīng)用裂紋閉合線(Crack Closure Line,CCL)方法描述裂紋單元的呼吸效應(yīng),建立了呼吸裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,分析不同類型的裂紋在不同參數(shù)下的單元?jiǎng)偠茸兓卣�。�?yīng)用Newmark_β積分方法和應(yīng)力強(qiáng)度因子為零法對(duì)呼吸裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行求解。其次,研究了裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特征。分析了在恒定的轉(zhuǎn)速下,不同的裂紋深度、不同的裂紋傾斜角度以及不同不平衡的大小和相位對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的影響,發(fā)現(xiàn)裂紋轉(zhuǎn)子在亞臨界轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生明顯的諧波響應(yīng)分量,在臨界轉(zhuǎn)速的1/2和1/3附近時(shí)出現(xiàn)次諧波共振現(xiàn)象。之后,采用一種基于模型的故障識(shí)別方法,對(duì)轉(zhuǎn)子裂紋和不平衡故障進(jìn)行識(shí)別。該方法將故障參數(shù)信息表述為諧波等效力,通過(guò)Huber-M估計(jì)法識(shí)別出了不平衡和裂紋故障。并研究了噪聲對(duì)故障識(shí)別精度的影響,分析了Huber-M估計(jì)法的魯棒性。最后,建立轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái),獲取轉(zhuǎn)子系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)盤(pán)處的振動(dòng)響應(yīng),分析實(shí)際裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)特征,并與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了裂紋轉(zhuǎn)子數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。并將故障識(shí)別方法用于識(shí)別實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù),結(jié)果表明該方法可以較為準(zhǔn)確地識(shí)別出轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的故障信息。
【圖文】：

基于模型的轉(zhuǎn)子裂紋故障診斷方法研究開(kāi)閉線（CCL）轉(zhuǎn)周期內(nèi)不同角度下 CCLP 變化趨勢(shì)，為了有效的描線從 A→B 平均分成 50 份，認(rèn)為裂紋是均勻變化的。始張開(kāi)（1~50），，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)下半個(gè)周期時(shí)，裂紋從A→B度為 0°時(shí)，裂紋處于完全閉合狀態(tài)；當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度為 0~50）；當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度為 180°時(shí)，裂紋處于完全打開(kāi)積分區(qū)域?yàn)?CCLP~b（50~100）。

(e)信號(hào)采集器圖 5.1 試驗(yàn)部件實(shí)物圖表 5.1 直流電機(jī)參數(shù)名稱 電機(jī)參數(shù)調(diào)速電機(jī) 220V額定電流 2A最大輸出功率 180W調(diào)速范圍 0-12000RPM表 5.2 轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)試驗(yàn)器參數(shù)名稱 代號(hào) 數(shù)值/mm轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)度 L 320轉(zhuǎn)軸直徑 D 9.5軸承支承 1 右端距轉(zhuǎn)軸左端距離 L1 40支承 2 距左端距離 L2 291
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V263.6

【參考文獻(xiàn)】

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5 李R

本文編號(hào)：2601378