本文關(guān)鍵詞：裂紋轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)動力學特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：高轉(zhuǎn)速、大功率、柔性轉(zhuǎn)子是近年來高速旋轉(zhuǎn)機械的發(fā)展趨勢,它在提高性能的同時也使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)承載了更高的應(yīng)力,這對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的設(shè)計和制造提出了更高的要求。然而即使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)經(jīng)過非常完善的設(shè)計開發(fā),在某些部分也會引起局部的應(yīng)力集中,從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子裂紋的產(chǎn)生與擴展。如果這些故障沒有及時的發(fā)現(xiàn),將會導(dǎo)致嚴重的事故甚至會產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。因而研究裂紋轉(zhuǎn)子故障對實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機械的狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)報意義重大。本文主要基于有限元理論,建立了含斜裂紋、直裂紋和半拋物線斜裂紋的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有限元模型,研究了在彈性支承和油膜支承下一個單跨雙盤轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)在不同裂紋參數(shù)下的動力學響應(yīng)。首先基于斷裂力學理論及Castingliano定理,分析推導(dǎo)了直裂紋、斜裂紋以及半拋物線斜裂紋柔度計算公式以及裂紋單元的有限元矩陣,并建立單跨雙盤轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)有限元方程。利用應(yīng)力強度因子為零法來模擬裂紋的呼吸效應(yīng),并在此基礎(chǔ)上跟文獻裂紋柔度進行了對比驗證,說明本文裂紋推導(dǎo)的正確性。其次,以文獻單盤Jeffcott轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為研究對象,跟文獻不同裂紋開閉線下柔度曲線進行了對比,并在定裂紋深度和不同裂紋深度下研究了直裂紋、斜裂紋和半拋物線斜裂紋的剛度特性變化規(guī)律。在剛性支承下研究了不同裂紋位置和不同裂紋深度下Jeffcott轉(zhuǎn)子系統(tǒng)固有特性變化規(guī)律,并在定轉(zhuǎn)速下研究了分別在偏心激勵和偏心和扭轉(zhuǎn)激勵作用下系統(tǒng)直裂紋、斜裂紋和半拋物線斜裂紋的響應(yīng)特性。最后,分別研究了單跨雙盤直裂紋、斜裂紋和半拋物線斜裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng),在彈性支撐下研究了兩盤不同偏心相位差下裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)水平和扭轉(zhuǎn)方向的響應(yīng)變化規(guī)律,并分析了不同裂紋參數(shù)：裂紋單元位置、轉(zhuǎn)盤偏心量和裂紋深度對裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的響應(yīng)變化規(guī)律的影響。在油膜支撐下研究了系統(tǒng)在定裂紋深度下兩盤不同偏心相位差下裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在水平和扭轉(zhuǎn)方向振動響應(yīng)變化規(guī)律。恒定加速度下分別研究了3種形式裂紋在剛性支承和油膜支承下兩種裂紋深度下裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)水平和扭轉(zhuǎn)方向時域和頻域響應(yīng)變化規(guī)律。
【關(guān)鍵詞】：直裂紋 斜裂紋 半拋物線斜裂紋 轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 動力學特性
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH113
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 本文研究的目的和意義12-13
• 1.2 轉(zhuǎn)子動力學研究綜述13-19
• 1.2.1 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)建模的研究14-15
• 1.2.2 軸承油膜力的研究15-16
• 1.2.3 轉(zhuǎn)子和軸承結(jié)構(gòu)因素對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)影響的研究16-17
• 1.2.4 轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)升降速過程振動特性研究17
• 1.2.5 故障轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動特性的研究17-18
• 1.2.6 裂紋轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動力學特性的研究18-19
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容19-22
• 第2章 基于有限元的裂紋轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)建模與驗證22-44
• 2.1 概述22
• 2.2 Newmark-β數(shù)值算法22-23
• 2.3 雙盤轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)有限元模型23-38
• 2.3.1 無裂紋單元的有限元模型建立24-26
• 2.3.2 裂紋單元的有限元模型建立26-32
• 2.3.3 呼吸裂紋模型的表示方法32-36
• 2.3.4 雙盤轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的整體有限元模型36-38
• 2.4 模型驗證38-41
• 2.4.1 裂紋模型的驗證38
• 2.4.2 雙盤裂紋轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)油膜力模型對比38-41
• 2.4.3 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)升降速模型驗證41
• 2.5 本章小結(jié)41-44
• 第3章 Jeffcott裂紋轉(zhuǎn)子剛度特性及其動力學響應(yīng)分析44-64
• 3.1 概述44
• 3.2 Jeffcott裂紋轉(zhuǎn)子模型44
• 3.3 裂紋單元剛度特性分析44-50
• 3.3.1 應(yīng)力強度因子為零法計算驗證44-45
• 3.3.2 直、斜、半拋物線斜裂紋單元剛度特性的研究45-47
• 3.3.3 裂紋深度對轉(zhuǎn)子剛度的影響47-49
• 3.3.4 斜裂紋裂紋角對轉(zhuǎn)子剛度的影響49-50
• 3.4 Jeffcott裂紋轉(zhuǎn)子剛性支承下動力學特性分析50-61
• 3.4.1 裂紋對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)固有特性的影響50-51
• 3.4.2 剛性支承裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學響應(yīng)分析51-59
• 3.4.3 剛性支承裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)升速過程中瞬態(tài)響應(yīng)分析59-61
• 3.5 本章小結(jié)61-64
• 第4章 雙盤直裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學響應(yīng)分析64-80
• 4.1 概述64
• 4.2 彈性支承直裂紋轉(zhuǎn)子動力學特性分析64-69
• 4.2.1 偏心相位差對直裂紋轉(zhuǎn)子動力學行為分析65-68
• 4.2.2 裂紋位置對直裂紋轉(zhuǎn)子動力學行為分析68
• 4.2.3 偏心量對直裂紋轉(zhuǎn)子動力學行為分析68-69
• 4.2.4 裂紋深度對直裂紋轉(zhuǎn)子動力學行為分析69
• 4.3 油膜支承直裂紋轉(zhuǎn)子動力學特性分析69-71
• 4.4 升速過程中直裂紋轉(zhuǎn)子動力學特性分析71-77
• 4.4.1 彈支直裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)升速過程響應(yīng)分析71-74
• 4.4.2 油膜支承直裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)升速過程響應(yīng)分析74-77
• 4.5 本章小結(jié)77-80
• 第5章 雙盤斜裂紋轉(zhuǎn)子動力學響應(yīng)分析80-94
• 5.1 概述80
• 5.2 彈性支承斜裂紋轉(zhuǎn)子動力學特性分析80-85
• 5.2.1 偏心相位差對斜裂紋轉(zhuǎn)子動力學行為分析80-82
• 5.2.2 裂紋位置對斜裂紋轉(zhuǎn)子動力學行為分析82-83
• 5.2.3 偏心量對斜裂紋轉(zhuǎn)子動力學行為分析83-84
• 5.2.4 裂紋深度對斜裂紋轉(zhuǎn)子動力學行為分析84-85
• 5.3 油膜支承下斜裂紋轉(zhuǎn)子動力學特性分析85-86
• 5.4 升速過程中斜裂紋轉(zhuǎn)子動力學特性分析86-92
• 5.4.1 彈支斜裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)升速過程響應(yīng)分析86-89
• 5.4.2 油膜支承斜裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)升速過程響應(yīng)分析89-92
• 5.5 本章小結(jié)92-94
• 第6章 雙盤半拋物線斜裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學響應(yīng)分析94-110
• 6.1 概述94
• 6.2 彈性支承半拋物線斜裂紋轉(zhuǎn)子動力學特性分析94-99
• 6.2.1 偏心相位差對半拋物線斜裂紋轉(zhuǎn)子動力學行為分析94-96
• 6.2.2 裂紋位置對半拋物線斜裂紋轉(zhuǎn)子動力學行為分析96-97
• 6.2.3 偏心量對半拋物線斜裂紋轉(zhuǎn)子動力學行為分析97-98
• 6.2.4 裂紋深度對半拋物線斜裂紋轉(zhuǎn)子動力學行為分析98-99
• 6.3 油膜支承半拋物線斜裂紋轉(zhuǎn)子動力學特性分析99-101
• 6.4 升降速過程中半拋物線斜裂紋轉(zhuǎn)子動力學特性分析101-106
• 6.4.1 彈支半拋物線斜裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)升速過程響應(yīng)分析101-104
• 6.4.2 油膜支承半拋物線斜裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)降速過程響應(yīng)分析104-106
• 6.5 本章小結(jié)106-110
• 第7章 結(jié)論與展望110-114
• 7.1 主要結(jié)論110-111
• 7.2 研究展望111-114
• 參考文獻114-120
• 致謝120-122
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文122

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本文編號：282514