本文關(guān)鍵詞：基于非線性輸出頻率響應(yīng)函數(shù)的轉(zhuǎn)子裂紋故障診斷方法研究　出處：《鄭州大學(xué)》2011年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：本論文在國家自然科學(xué)基金(50775208、51075372)、湖南省機械設(shè)備健康維護重點實驗室開放基金(200904)和河南省教育廳自然科學(xué)基金(2008C460003)資助下,將非線性輸出頻率響應(yīng)函數(shù)(Nonlinear output frequency response functions,簡稱為NOFRF)應(yīng)用到轉(zhuǎn)子裂紋的故障診斷中去,深入研究了基于NOFRF模型的轉(zhuǎn)子裂紋故障診斷方法,并進行了仿真研究,取得了一些創(chuàng)新性成果。本文的主要內(nèi)容包括： 第一章,論述了本課題的提出及研究意義,綜述了非線性系統(tǒng)辨識的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其在故障診斷中的應(yīng)用,并對轉(zhuǎn)子裂紋故障的檢測診斷方法及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀做了闡述。提出了本論文的主要內(nèi)容與創(chuàng)新之處。 第二章,論述了系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)的定義和算法,在此基礎(chǔ)上,將線性系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)推廣到非線性系統(tǒng)中,詳細(xì)論述了非線性輸出頻率響應(yīng)函數(shù)的理論,給出了基于非線性頻率響應(yīng)函數(shù)模型的故障診斷過程。本章內(nèi)容是整篇論文的理論基礎(chǔ)。 第三章,詳細(xì)討論了裂紋軸的剛度計算,裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動表現(xiàn)出強烈的非線性,裂紋存在減小了轉(zhuǎn)子的剛度,斜裂紋還會引起轉(zhuǎn)軸剛度的相互耦合。本章首先介紹了常用的幾種裂紋模型,而后依據(jù)斷裂力學(xué)原理,詳細(xì)推導(dǎo)了裂紋軸剛度的計算方法,并分析了裂紋位置,裂紋深度等參數(shù)變化時,裂紋軸剛度的變化規(guī)律,特別對斜裂紋轉(zhuǎn)軸的剛度耦合進行了深入分析,合理解釋了斜裂紋轉(zhuǎn)子響應(yīng)中出現(xiàn)的多頻率耦合現(xiàn)象。 第四章,非線性輸出頻率響應(yīng)函數(shù)是在廣義頻率響應(yīng)函數(shù)的基礎(chǔ)上提出來的,是非線性系統(tǒng)Volterra級數(shù)模型的深入演化和擴展,它同樣能反映系統(tǒng)的本質(zhì)傳遞特征,也可以利用系統(tǒng)的輸入輸出辨識得到,最大優(yōu)點在于它的表示形式是一維的,更容易理解�；诖�,本章將非線性輸出頻率響應(yīng)函數(shù)(NOFRF)應(yīng)用到裂紋轉(zhuǎn)子的故障診斷中,提出了基于NOFRF的轉(zhuǎn)子裂紋故障診斷方法。辨識得到裂紋轉(zhuǎn)子的NOFRF值,清楚的解釋了系統(tǒng)高階頻率的產(chǎn)生；通過對比不同位置,不同深度的系統(tǒng)各階NOFRF值,得出了NOFRF值隨裂紋參數(shù)的變化關(guān)系,發(fā)現(xiàn)了對裂紋位置敏感的NOFRF值；通過檢測敏感參數(shù)的變化,結(jié)合頻域分析,可實現(xiàn)對裂紋故障的檢測診斷。實驗驗證了該方法的有效性。 第五章,轉(zhuǎn)子上的斜裂紋引起了系統(tǒng)各方向的剛度耦合,振動特性更加復(fù)雜。本文對受水平,垂直,軸向,扭矩四個方向單位載荷情況的直斜裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng),進行了動力學(xué)方程求解,對比分析了直斜裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的軸向和橫向振動特征；辨識得到了斜裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的NOFRF模型各階核值,分析了裂紋傾角不同時,系統(tǒng)各階NOFRF值的變化情況,并對相同參數(shù)下的正常轉(zhuǎn)軸,直裂紋軸,不同傾角的斜裂紋軸的非線性輸出頻率響應(yīng)函數(shù)進行了對比研究,得到了斜裂紋故障的特征信息。實驗結(jié)果表明,NOFRF值不僅能反映裂紋的存在,而且能反映裂紋的方向。 第六章,對本文的工作進行了總結(jié),并對非線性系統(tǒng)辨識在旋轉(zhuǎn)機械故障檢測與診斷領(lǐng)域的應(yīng)用做了展望。
[Abstract]:In this paper, the National Natural Science Foundation (5077520851075372), Hunan Province health maintenance for mechanical equipment open fund of Key Laboratory (200904) and the Education Department of Henan Province Natural Science Foundation (2008C460003) funded by the nonlinear output frequency response function (Nonlinear output frequency response functions, referred to as NOFRF) is applied to the fault diagnosis of rotor crack, in-depth study of the fault diagnosis method for rotor crack based on NOFRF model, and the simulation research, some innovative results were achieved. The main contents of this paper include:
The first chapter discusses the background and significance of this topic, reviewed the research status of nonlinear system identification and its application in fault diagnosis, and the research status of detection and diagnosis methods at home and abroad on the rotor crack fault is described in detail. The main contents of this paper and innovation.
The second chapter discusses the definition and algorithm of frequency response functions, on this basis, the linear system frequency response function is extended to nonlinear system, discusses the nonlinear output frequency response function theory, gives the process of fault diagnosis based on the nonlinear frequency response function model. This chapter is the theoretical basis of the whole paper.
The third chapter, calculating the stiffness of the cracked shaft are discussed in detail, the cracked rotor system vibration shows strong nonlinearity, the existence of cracks reduces the stiffness of the rotor, the oblique crack will cause the coupling shaft stiffness. This chapter first introduces several commonly used crack model, and according to the principle of fracture mechanics, are derived in detail. The calculation method of the stiffness of the cracked shaft, and the analysis of the crack location, crack depth and other parameters change, change the stiffness of the cracked shaft, especially stiffness coupling on the inclined crack shaft is analyzed, a reasonable interpretation of the multi frequency coupling lines in response to rotor oblique fissure.
The fourth chapter, the nonlinear output frequency response function is proposed based on generalized frequency response function is the evolution and extension of nonlinear system Volterra series model deeply, it also can reflect the essence of the system transfer characteristics, can also use the input and output system identification, the biggest advantage is that it is a one-dimensional representation that is easier to understand. Based on this, this chapter will nonlinear output frequency response functions (NOFRF) is applied to the fault diagnosis of cracked rotor, the paper puts forward a fault diagnosis method for rotor crack based on NOFRF. The identified crack rotor NOFRF value, clearly explain the high order frequency of the system; through the comparison of different position. The NOFRF order system with different depth values, the variation between NOFRF and crack parameters, found on the crack position sensitive NOFRF value; detectingthesensitiveparameter, node In the frequency domain analysis, the detection and diagnosis of the crack fault can be realized. The validity of the method is verified by the experiment.
The fifth chapter, oblique crack on the rotor caused by the stiffness coupling of the direction of the system, the vibration characteristics are more complex. In this paper, by the horizontal, vertical, axial load, torque direction of four units of straight slant cracked rotor system, by solving the dynamic equation, comparison and analysis of the axial and transverse oblique crack rotor system vibration characteristics; identification by NOFRF model of rotor system of oblique crack of each order nuclear value, to analyze the crack angle is not at the same time, the changes of NOFRF value of each order system, and the normal axis with the same parameters, straight crack shaft, nonlinear output frequency response function of inclined crack shaft with different inclination angles were compared and studied. Get the characteristic information of the oblique crack fault. The experimental results show that NOFRF can not only reflect the existence of crack, and can reflect the direction of the crack.
In the sixth chapter, the work of this paper is summarized, and the application of nonlinear system identification in the field of fault detection and diagnosis of rotating machinery is prospected.

【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TH165.3

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