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

【摘要】：旋轉(zhuǎn)機(jī)械是現(xiàn)代工礦企業(yè)及航空航天等領(lǐng)域中非常普遍、非常關(guān)鍵的一類設(shè)備，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要行業(yè)和國(guó)防重點(diǎn)領(lǐng)域有極其重要的影響。旋轉(zhuǎn)設(shè)備一旦發(fā)生故障，往往會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性事故的發(fā)生，造成嚴(yán)重的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。裂紋故障是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中常見(jiàn)的故障之一，因此對(duì)裂紋轉(zhuǎn)子的故障性質(zhì)和發(fā)展過(guò)程進(jìn)行深入研究，并對(duì)其剩余壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行維護(hù)，從而降低事故發(fā)生率，這對(duì)保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)高效的運(yùn)行具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及社會(huì)意義。 本文針對(duì)一個(gè)具有橫向呼吸裂紋的Jeffcott轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，研究了疲勞裂紋的存在對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)行為的影響，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)理論模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。然后基于斷裂力學(xué)理論，對(duì)裂紋轉(zhuǎn)子進(jìn)行有限元分析，完成了裂紋轉(zhuǎn)子剩余壽命的預(yù)測(cè)。本文的主要內(nèi)容包括如下幾個(gè)部分： 首先，，基于中性軸理論，考慮中性軸在裂紋旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的位置變化，對(duì)疲勞裂紋的呼吸過(guò)程進(jìn)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(duì)重力占主要作用的裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)建模。研究了轉(zhuǎn)子在1/2、1/3等亞臨界轉(zhuǎn)速附近運(yùn)行時(shí)其振動(dòng)位移和軸心軌跡的變化規(guī)律，同時(shí)通過(guò)時(shí)頻分析方法對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，并將結(jié)果作為裂紋故障的典型特征，為裂紋故障的識(shí)別奠定了基礎(chǔ)。 然后，基于PXI總線技術(shù)，在虛擬開發(fā)環(huán)境LabVIEW中搭建了一套轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思路，可以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的采集、分析處理以及實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。接著在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)裂紋轉(zhuǎn)子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，利用此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集了裂紋轉(zhuǎn)子在亞臨界轉(zhuǎn)速附近運(yùn)行時(shí)水平和豎直方向上的振動(dòng)信號(hào)，并繪制了轉(zhuǎn)子的軸心軌跡和振動(dòng)信號(hào)頻譜圖，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與動(dòng)力學(xué)模型輸出一致，很好地驗(yàn)證了理論模型的準(zhǔn)確性。 接著，利用ANSYS軟件對(duì)裂紋轉(zhuǎn)子進(jìn)行了有限元分析，考慮了轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的呼吸效應(yīng)，并結(jié)合轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，對(duì)裂紋轉(zhuǎn)子在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的8個(gè)特殊狀態(tài)進(jìn)行了分析，計(jì)算得到裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子值，研究了其變化規(guī)律，為進(jìn)一步理解呼吸裂紋的力學(xué)特征和進(jìn)行疲勞裂紋壽命預(yù)測(cè)奠定了基礎(chǔ)。 最后，基于斷裂力學(xué)理論，利用Paris公式對(duì)裂紋轉(zhuǎn)子的剩余壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè)，研究了疲勞裂紋的深度對(duì)其擴(kuò)展速率的影響，為轉(zhuǎn)子性能的評(píng)價(jià)和維護(hù)決策的制定奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：裂紋轉(zhuǎn)子 動(dòng)力學(xué)模型 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 故障仿真 剩余壽命預(yù)測(cè)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH165.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 課題來(lái)源11
• 1.2 課題背景及研究的目的和意義11-12
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-19
• 1.3.1 含裂紋轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.2 轉(zhuǎn)子斷裂力學(xué)研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.3 測(cè)控技術(shù)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.4 國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述簡(jiǎn)析18-19
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容19-21
• 第2章 裂紋轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析21-44
• 2.1 引言21-22
• 2.2 裂紋轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)建模22-31
• 2.2.1 裂紋轉(zhuǎn)子剛度模型22-24
• 2.2.2 新的裂紋模型24-31
• 2.3 裂紋轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)行為研究31-42
• 2.3.1 裂紋轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)模型的建立31-32
• 2.3.2 動(dòng)力學(xué)響應(yīng)32-42
• 2.4 本章小結(jié)42-44
• 第3章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)44-63
• 3.1 引言44
• 3.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)44-53
• 3.2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)44-47
• 3.2.2 采樣參數(shù)的選擇47-48
• 3.2.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)48-53
• 3.3 裂紋轉(zhuǎn)子振動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)研究53-61
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>53
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象及器材53-55
• 3.3.3 實(shí)驗(yàn)方法55-56
• 3.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析56-61
• 3.4 本章小結(jié)61-63
• 第4章 裂紋轉(zhuǎn)子應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算63-91
• 4.1 引言63
• 4.2 斷裂力學(xué)分析基礎(chǔ)63-69
• 4.2.1 裂紋的分類與基本形式63-66
• 4.2.2 應(yīng)力強(qiáng)度因子66-68
• 4.2.3 斷裂準(zhǔn)則68-69
• 4.3 應(yīng)力強(qiáng)度因子的求解69-73
• 4.3.1 實(shí)測(cè)法69
• 4.3.2 解析法69-70
• 4.3.3 數(shù)值法70-73
• 4.4 裂紋轉(zhuǎn)子應(yīng)力強(qiáng)度因子的 ANSYS 解法73-82
• 4.4.1 ANSYS 簡(jiǎn)介73-75
• 4.4.2 參數(shù)定義及模型的建立75-80
• 4.4.3 計(jì)算斷裂參數(shù)80-82
• 4.5 裂紋轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)斷裂力學(xué)耦合分析82-89
• 4.5.1 研究方案82-83
• 4.5.2 旋轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響83-87
• 4.5.3 裂紋深度對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響87-89
• 4.6 本章小結(jié)89-91
• 第5章 含裂紋轉(zhuǎn)子剩余壽命分析計(jì)算91-97
• 5.1 引言91
• 5.2 疲勞裂紋擴(kuò)展基本理論91-94
• 5.2.1 疲勞裂紋擴(kuò)展速率91-94
• 5.2.2 剩余壽命預(yù)測(cè)94
• 5.3 裂紋轉(zhuǎn)子疲勞壽命計(jì)算94-96
• 5.4 本章小結(jié)96-97
• 結(jié)論97-99
• 參考文獻(xiàn)99-108
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果108-110
• 致謝110

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