直裂纹和45°斜裂纹转子系统动力特性对比

对于转子系统,转轴上带有斜裂纹或直裂纹,系统的响应会有一些不同,这些不同是由于直斜裂纹对转轴刚度的不同影响引起的.分析了裂纹深度对直斜裂纹转子的刚度和稳态响应的影响;同时还讨论了速度的变化对直斜裂纹转子的稳态响应的影响.最后实验研究了随速度增长直斜裂纹转子系统的稳态响应.研究结果表明,实验测得的工频分量与二倍频分量的变化趋势与计算结果相符.     

直斜裂纹转轴的时变刚度特性研究*

本文采用有限元方法建立了裂纹转子系统的动力学方程,利用应变能释放率方法得到了裂纹单元的刚度矩阵,采用应力强度因子为零法模拟裂纹的呼吸效应,详细研究了不同深度的直裂纹和45°斜裂纹转子,在一个稳态旋转周期内,裂纹开闭规律以及转轴刚度时变特性。研究表明裂纹深度的增大使裂纹转轴的刚度变化增大,直裂纹与斜裂纹转轴的刚度变化特性具有明显差异,斜裂纹引起更多与更强的耦合振动,使转子的动力学性能更复杂。     

开斜裂纹转子的动力特性

对于转子系统,转轴上斜裂纹的存在会产生与直裂纹不尽相同的动力特性,主要原因是斜裂纹和直裂纹会引起转子不同方向振动的耦合.用断裂力学中应力强度因子与应变能释放率间的关系推导了带有45°张开型斜裂纹转子的刚度;并进一步对有耦合刚度的运动方程用龙格-库塔法进行了数值分析,给出了裂纹深度、偏心量和转速对转子动力特性的影响.     

柔性支撑下裂纹转子振动的拟周期特性

柔性支撑下裂纹转子的振动是一种复杂的运动。本文经过研究发现：在重力占主导的前提下，柔性支撑的单盘裂纹转子其转盘与轴颈的稳态振动均呈拟周期振动特性，当转轴的静挠度远大于其振动时，裂纹引起的刚度变化可用交链模型来描述，而且，转子系统模型可被线性化，裂纹可以被转化为系统的外扰动，采用谐波平衡法可以求出系统振动的各谐波分量，从而得出裂纹转子系统的稳态振动响应。     

横向裂纹轴耦合刚度分析

基于断裂力学理论和局部柔度理论，推导了横向裂纹轴在轴力、剪力、弯矩及扭矩共同作用时的刚度矩阵，分析了裂纹深度比和转轴细长比等参数对转轴刚度的影响。结果表明：当裂纹深度小于转轴半径的一半时，可以仅考虑垂直裂纹方向的刚度变化；但当裂纹深度大于转轴半径的一半时，裂纹轴的轴向、剪切、弯曲及扭转刚度的影响都要考虑。同时在分析计算含裂纹转子系统动力特性时应对部分耦合刚度有所考虑。三点弯曲试验研究说明，所得的理论结果比以往的理论值更接近实验值，且转轴细长比越大、裂纹深度比越小,结果越精确。     

裂纹非线性呼吸行为对转子临界转速的影响

为了研究复杂涡动引起的裂纹非线性呼吸行为对转子临界转速的影响,构建了带横向裂纹Jeffcott转子的通用运动方程,利用新建运动方程对临界转速附近裂纹转子的稳态响应进行了数值研究。发现裂纹的非线性呼吸行为对转子不但具有增强稳定性的作用(与开裂纹转子相比),而且在一定条件下具有降低振动响应的作用(与无裂纹转子相比)。与无裂纹转子相似,稳定的裂纹转子的临界转速等于响应振幅最大且重心转向约90°对应的转速。裂纹转子的临界转速值随不平衡量方位角在开裂纹和闭裂纹转子固有频率之间变化。在转子实验台上进行了裂纹转子通过临界转速的实验验证,观察数据支持理论研究结果。     

含初始弯曲裂纹转子的振动分析

基于简单铰链裂纹模型,建立了含初始弯曲裂纹转子的无量纲动力学模型,可适用于稳态、瞬态、非线性等不同运动状态下、不同系统参数情形下裂纹转子的振动分析。经解析求解对比了含初始弯曲裂纹转子与无初始弯曲裂纹转子谐波频率成分的差异,计算得到了裂纹激励与初始弯曲激励的参与因子,研究了系统的亚临界共振特性。采用Floquet理论分析了含初始弯曲裂纹转子的稳定性,讨论了不同的刚度变化、阻尼比对系统稳定性的影响,可为裂纹转子识别提供依据     

含横向裂纹Jeffcott转子刚度及动力学特性研究

摘 要：以刚性支承的水平Jeffcott裂纹转子为研究对象,建立了不依赖于重力占优假设的动力学方程,在考虑裂纹张开区域对中性轴位置影响的基础上,利用中性轴理论研究裂纹的开闭规律,由截面惯性矩与惯性积得到开闭裂纹截面各方向刚度系数,详细讨论了不同裂纹深度和不同转速下系统的动力学行为。结果表明：裂纹的存在对截面的法向与切向刚度系数的影响较大,而耦合刚度系数则始终接近于零值;随着裂纹深度的增加,裂纹的开闭过渡过程越明显,系统响应的频谱图趋向复杂,高阶谐波分量更加明显;当转速等于一阶临界转速的分数倍时,系统的固有频率被激发,系统响应出现分数次共振现象。     

大型椭圆振动筛空心裂纹转轴非线性振动特性分析

裂纹产生对振动筛转轴振动特性有很大影响,对其展开研究至关重要。对振动筛空心裂纹转动力学特性进行研究,考虑振动筛振动形态,建立受非线性涡动影响的空心裂纹转轴弯扭耦合动力学模型,分析裂纹深度、振动筛振幅对转轴系统振动特性的影响,转轴转速引起的系统分叉与混沌特性,结果表明,裂纹存在不仅会导致响应中高倍频的产生,而且裂纹深度越大,各倍频幅值越大,增幅明显;振动筛振幅大小对系统主频分量影响最大;转轴系统随着转速增加,系统会出现比较复杂的非线性振动特性。     

双裂纹转子系统非线性动力学特性研究

从断裂力学理论出发,考虑了裂纹强度因子中剪力因素在裂纹截面处的影响,通过建立的裂纹转子精细有限元动力学模型,分析了不同裂纹位置对双裂纹转子系统亚临界、主共振区,及超临界转速下的非线性动力学响应,以及双裂纹转子系统不同裂纹方向角对双裂纹转子系统动力学响应的影响,结果为多裂纹转子系统故障识别提供了理论依据。     

空间任意斜裂纹引起的转子刚度变化机理研究

转子在不同方向上刚度的变化特性及其交叉耦合是导致转子耦合振动的根本原因。基于材料力学和断裂力学理论,采用六自由度Timoshenko梁单元模型推导了空间任意斜裂纹的柔度参数和刚度矩阵,据此对比分析了含有横裂纹、横-斜裂纹以及空间任意斜裂纹转子因为旋转过程中的裂纹非线性呼吸(开/合)行为所导致的变刚度特性。与横裂纹与横-斜裂纹相比,空间任意斜裂纹的刚度矩阵具有更加广泛、更加明显的外加交叉耦合项。此外,针对空间任意斜裂纹情况,系统研究了裂纹方位角以及裂纹深度等参数对转子刚度特性的影响。所得的研究结果可以为进一步研究裂纹转子的耦合振动行为以及诊断应用奠定基础。     

裂纹转子的弯扭耦合振动分析

以水平Jeffcott裂纹转子为研究对象,建立了弯扭耦合振动的运动方程,分析其动态特性。数值分析表明：使用三种不同的模型,裂纹转子弯曲振动响应中均出现1X、2X、3X…分量;并发生了数次共振现象,考虑变扭耦合振动后,转子弯曲振动响应中出现一些新的频率成分。U值的变化影响裂纹转子的中心轨迹形状,并且随着U的增大,裂纹转子的轴心轨迹变得不稳定。β的变化主要影响1X分量的大小,对别的分量影响不大,并且随着β从0到π增大时,1X分量越来越小。     

具有横向裂纹的转子系统耦合振动研究

利用数值方法研究了裂纹引起的转子耦合振动。采用有限元方法建立裂纹转子的模型 ,每个单元结点考虑 6个自由度 ,采用 Dimarogonas法推导了 12× 12阶裂纹轴段有限元刚度矩阵。采用数值积分方法和谱分析方法研究了开裂纹、开闭裂纹引起的转子横向、纵向、扭转耦合振动。得到了一些对转轴横向裂纹诊断有意义的结论     

呼吸性裂纹转子的瞬态振动特性分析

旋转机械转子轴萌生裂纹后,瞬态加速过程中转涡差角时变使裂纹周期性开合,系统发生不同于稳态情况的振动。本文基于中性轴法确定裂纹开合,数值计算了呼吸裂纹引起刚度时变的转子过临界转速的瞬态振动,分析了裂纹大小、方向角和重力对线性加速转子瞬态振动的影响,以及定功率加速瞬态过程中系统振动响应及稳定性。结果发现,瞬态条件下带呼吸裂纹转子系统亚谐波共振并不明显;裂纹越大,过临界转速时瞬态振幅越大;在临界转速附近裂纹瞬时张开会激起很大的振动;定功率加速过程下,若功率不足够提供转子顺利穿过临界转速,则会出现外界扭矩与瞬态振动的能量耦合,大裂纹还可能造成瞬态振动发展成混沌。     

单跨双盘裂纹转子-轴承的动力学特性研究

在考虑裂纹的时变刚度和综合模型的基础上,采用有限元法建立了左侧为弹性支承、右侧为非线性油膜力支承的单跨双盘裂纹转子系统的动力学模型和两端均为弹性支承的裂纹转子系统模型,并利用4阶Runge-Kutta方法进行求解,研究裂纹位置、裂纹深度、转速和裂纹轴刚度变化量对转子系统动力学响应的影响,并对2个模型的动力学特性进行对比分析。研究结果表明:在转速、裂纹深度和裂纹轴刚度变化量相同的条件下,裂纹位于转子左侧轴段的振动总是比裂纹位于转子中间轴段的振动剧烈;当转速较小时,无论裂纹位于转子左侧还是中间轴段,系统的振动响应主要是由裂纹引起的,频谱图上会出现高频分量;当转速较高时,系统的振动响应主要是由偏心量引起的。研究结果可为系统故障诊断提供依据。     

Jeffcott裂纹转子动力特性的研究

本文采用适当的裂纹开闭模型,导出了固定坐标系中裂纹轴的刚矩阵,建立了水平Jeffcott裂纹转子的振动微分方程,并对其进行了仿真计算。数值仿真表明：裂纹转子的响应中出现2x、3x等倍频分量,并产生分数次共振现象。在超临界转速区,倍频分量很小,但在响应的相频特性图中2x、3x处相位变化很大。参数β和e^-主要影响1x谐波分量,对2x、3x等倍频分量影响很小。由于裂纹的存在,转子轨迹的中心也发生偏移。在临界速附近,转子运行过程中裂纹处于常开或常闭状态。一般情况,当转子的偏心e^-小于1时,裂纹在转子运行过程中总是时开时闭的。这些结论将有助于转子裂纹故障的监测和诊断。     

滑动轴承-裂纹转子系统非线性动力学特性分析

在裂纹转子非线性动力学特性分析中考虑了非线性油膜力的影响,在此基础上建立了单盘Jeffcott裂纹转子的非线性动力学模型,裂纹模型采用非线性涡动模型,菲线性油膜力通过数据库方法获得.利用数值计算方法分析了裂纹转子系统随转速w/w0、相对刚度减小量△kε等参数变化的动力学特性和动力学行为.结果表明在非线性油膜力的作用下,△kε较小时,响应中出现不可公约的谐波分量导致系统在亚临界转速区出现概周期运动,△kε较大时,系统产生丰富的非线性动力学行为;在不同转速下,系统出现多种形式的周期运动、分岔、概周期运动和混沌运动.     

考虑摆振的裂纹转子的振动分析

以刚性支撑的水平Jeffcott裂纹转子为研究对象,在考虑了盘的摆振运动对裂纹转子运动的影响后,建立了裂纹转子运动微分方程,并采用数值计算及FFT等方法进行仿真模拟。模拟结果表明:在盘的摆振响应中具有与弯曲振动相同的频率成分,这些频率成分的相对幅值大小与弯曲振动的较为相似;摆振响应中还出现了弯曲振动响应所没有的高频分量,当转速增加时,尽管这种高频分量会有所减小,但仍会在频谱图中清晰可见;随着裂纹深度的增加,摆振响应中出现了更高倍频的频率成分。这对于裂纹转子的故障诊断具有参考价值。     

裂纹故障对斜齿轮时变啮合刚度及振动响应的影响分析

以含裂纹故障的斜齿轮传动系统为研究对象,结合轮齿接触、弯曲、剪切、轴向压缩及基体弹性变形,提出了含裂纹故障斜齿轮副时变啮合刚度修正算法,并通过有限元法验证了算法的正确性,而后分析了不同长度、深度、角度等裂纹参数对斜齿轮啮合刚度的影响规律。在此基础上,综合考虑齿轮时变啮合刚度、静态传动误差、轴承支撑刚度及齿轮转子陀螺力等因素,基于轴系单元法建立了单级裂纹故障斜齿轮传动系统耦合动力学模型,采用Newmark-β法对系统动态特性进行分析,研究了裂纹参数对系统振动响应的影响。结果表明,随着裂纹深度及长度的增加,齿轮副啮合刚度有较大幅度的减小,系统时域响应中存在周期性冲击现象,频域响应中出现了以啮合频率为中心的调制边频带,研究结果可为含裂纹齿轮传动故障诊断提供理论依据。     

飞行器内含横向裂纹的初始弯曲转子的动力学特性研究

以飞行器内等速运行的同时存在初始弯曲和横向裂纹的转子轴为研究对象,分析了飞行器机动飞行对转子系统振动响应的影响.数值研究结果表明转子系统的动力学特性与地面转子有很大的不同转子振幅会出现大幅变化;响应形态会出现变化.研究结果对飞行器内转子系统横向裂纹故障和初始弯曲故障的在线检测有一定的指导意义.