本文關鍵詞：基于LabVIEW和ANSYS的轉子監(jiān)測及故障仿真研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：旋轉機械是現(xiàn)代工礦企業(yè)及航空航天等領域中非常普遍、非常關鍵的一類設備，對國民經(jīng)濟的重要行業(yè)和國防重點領域有極其重要的影響。旋轉設備一旦發(fā)生故障，往往會導致災難性事故的發(fā)生，造成嚴重的人員傷亡及財產(chǎn)損失。裂紋故障是旋轉機械中常見的故障之一，因此對裂紋轉子的故障性質和發(fā)展過程進行深入研究，并對其剩余壽命進行預測，同時采取相應的措施進行維護，從而降低事故發(fā)生率，這對保證系統(tǒng)實現(xiàn)平穩(wěn)高效的運行具有重要的經(jīng)濟價值及社會意義。 本文針對一個具有橫向呼吸裂紋的Jeffcott轉子系統(tǒng)進行動力學建模，研究了疲勞裂紋的存在對轉子動力學行為的影響，并通過實驗對理論模型的準確性進行驗證。然后基于斷裂力學理論，對裂紋轉子進行有限元分析，完成了裂紋轉子剩余壽命的預測。本文的主要內容包括如下幾個部分： 首先，，基于中性軸理論，考慮中性軸在裂紋旋轉過程中的位置變化，對疲勞裂紋的呼吸過程進行了深入研究，完善了疲勞裂紋的呼吸函數(shù)模型。然后利用建立的呼吸函數(shù)模型對重力占主要作用的裂紋轉子系統(tǒng)進行了動力學建模。研究了轉子在1/2、1/3等亞臨界轉速附近運行時其振動位移和軸心軌跡的變化規(guī)律，同時通過時頻分析方法對轉子振動信號進行頻譜分析，并將結果作為裂紋故障的典型特征，為裂紋故障的識別奠定了基礎。 然后，基于PXI總線技術，在虛擬開發(fā)環(huán)境LabVIEW中搭建了一套轉子振動信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用模塊化設計思路，可以實現(xiàn)振動信號的采集、分析處理以及實時存儲。接著在標準轉子試驗臺上對裂紋轉子進行實驗，利用此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集了裂紋轉子在亞臨界轉速附近運行時水平和豎直方向上的振動信號，并繪制了轉子的軸心軌跡和振動信號頻譜圖，實驗結果與動力學模型輸出一致，很好地驗證了理論模型的準確性。 接著，利用ANSYS軟件對裂紋轉子進行了有限元分析，考慮了轉子旋轉過程中的呼吸效應，并結合轉子的動力學響應，對裂紋轉子在一個旋轉周期內的8個特殊狀態(tài)進行了分析，計算得到裂紋前緣應力強度因子值，研究了其變化規(guī)律，為進一步理解呼吸裂紋的力學特征和進行疲勞裂紋壽命預測奠定了基礎。 最后，基于斷裂力學理論，利用Paris公式對裂紋轉子的剩余壽命進行了預測，研究了疲勞裂紋的深度對其擴展速率的影響，為轉子性能的評價和維護決策的制定奠定了基礎。
【關鍵詞】：裂紋轉子 動力學模型 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 故障仿真 剩余壽命預測
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH165.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 課題來源11
• 1.2 課題背景及研究的目的和意義11-12
• 1.3 國內外研究現(xiàn)狀12-19
• 1.3.1 含裂紋轉子的動力學研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.2 轉子斷裂力學研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.3 測控技術研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.4 國內外文獻綜述簡析18-19
• 1.4 本文的主要研究內容19-21
• 第2章 裂紋轉子動力學分析21-44
• 2.1 引言21-22
• 2.2 裂紋轉子動力學建模22-31
• 2.2.1 裂紋轉子剛度模型22-24
• 2.2.2 新的裂紋模型24-31
• 2.3 裂紋轉子動力學行為研究31-42
• 2.3.1 裂紋轉子動力學模型的建立31-32
• 2.3.2 動力學響應32-42
• 2.4 本章小結42-44
• 第3章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及實驗44-63
• 3.1 引言44
• 3.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計44-53
• 3.2.1 硬件系統(tǒng)設計44-47
• 3.2.2 采樣參數(shù)的選擇47-48
• 3.2.3 軟件系統(tǒng)設計48-53
• 3.3 裂紋轉子振動特性的實驗研究53-61
• 3.3.1 實驗目的53
• 3.3.2 實驗對象及器材53-55
• 3.3.3 實驗方法55-56
• 3.3.4 實驗結果分析56-61
• 3.4 本章小結61-63
• 第4章 裂紋轉子應力強度因子計算63-91
• 4.1 引言63
• 4.2 斷裂力學分析基礎63-69
• 4.2.1 裂紋的分類與基本形式63-66
• 4.2.2 應力強度因子66-68
• 4.2.3 斷裂準則68-69
• 4.3 應力強度因子的求解69-73
• 4.3.1 實測法69
• 4.3.2 解析法69-70
• 4.3.3 數(shù)值法70-73
• 4.4 裂紋轉子應力強度因子的 ANSYS 解法73-82
• 4.4.1 ANSYS 簡介73-75
• 4.4.2 參數(shù)定義及模型的建立75-80
• 4.4.3 計算斷裂參數(shù)80-82
• 4.5 裂紋轉子動力學斷裂力學耦合分析82-89
• 4.5.1 研究方案82-83
• 4.5.2 旋轉角度對應力強度因子的影響83-87
• 4.5.3 裂紋深度對應力強度因子的影響87-89
• 4.6 本章小結89-91
• 第5章 含裂紋轉子剩余壽命分析計算91-97
• 5.1 引言91
• 5.2 疲勞裂紋擴展基本理論91-94
• 5.2.1 疲勞裂紋擴展速率91-94
• 5.2.2 剩余壽命預測94
• 5.3 裂紋轉子疲勞壽命計算94-96
• 5.4 本章小結96-97
• 結論97-99
• 參考文獻99-108
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其他成果108-110
• 致謝110

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  本文關鍵詞：基于LabVIEW和ANSYS的轉子監(jiān)測及故障仿真研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：285830