含横向裂纹转子的动力学特性分析

基于断裂理论确定含裂纹结构的柔度,采用裂纹开闭模型,推导了固定坐标系中含裂纹轴的运动微分方程,分析研究了含横向裂纹Jeffcott转子在裂纹深度发生变化时的动力学行为,并进行了数值计算.分析结果表明:当裂纹深度很小时振动响应中就出现了2倍及3倍等倍频分量,并产生分频共振现象;裂纹转子在临界转速以上运行时,其转轴频响应和涡动幅值对裂纹深度变化不甚敏感,但高频分量还会出现.     

转速对偏心裂纹转子时变刚度的影响

以刚性支撑含横向裂纹的水平Jeffcott转子为研究对象,基于应变能释放率理论和断裂力学线弹性范围内裂纹尖端塑性区K因子修正理论,采用应力强度因子为零法模拟裂纹的呼吸效应,研究不同转速时横向偏心裂纹转子在稳定旋转一周内裂纹开闭规律和刚度时变特性.结果表明:转速较高时,裂纹前缘塑性区的存在使裂纹轴纵向刚度在裂纹全开时有小幅度的下降,水平向刚度和耦合向刚度无明显差异;裂纹转轴时变刚度整体波动范围随转速变化,使转子产生复杂的动力学特性.     

双圆盘含裂纹转子系统振动特性探究

初始缺陷、工作环境会导致转轴出现不同程度的裂纹。为分析裂纹对转子系统的影响,通过Jeffcott转子动力学模型和断裂力学理论建立了裂纹转子系统的有限元模型。对不同裂纹深度、裂纹角度和不同转速进行了仿真分析,并采用机械综合故障台对部分裂纹转子进行了实验研究。结果表明,裂纹的出现使系统振动响应中出现2X等高阶倍频分量,轴心轨迹出现凹陷甚至套圈现象,振动幅值也随之变大;随着裂纹的加深,系统的不稳定性逐渐增强;裂纹倾斜角度的改变也影响系统的振动特性,45°裂纹对系统的影响最大,当转速开始加快时,系统受裂纹的影响慢慢减小,时域波形趋于平稳,轴心轨迹逐渐变回椭圆形。对实验结果与仿真数据进行对比,验证了仿真及建模的结论。     

横向裂纹多盘柔性转子系统的动力学特性

采用Rayleigh方法计算横向裂纹轴单元的刚度模型,基于有限元法建立具有横向裂纹的多盘柔性转子-轴承系统的数学模型.分析裂纹对多盘柔性转子-轴承系统的动力特性的影响,研究由于裂纹的存在而产生的超谐波共振和亚谐波共振,讨论了这些共振的特点,特别是系统的2倍频和3倍频谐波分量的特性,分析了靠近1/2和1/3倍第一临界转速时的轨迹变化以及裂纹的位置和深度对非线性特性的影响.结果表明,与两端刚性支承的简单Jeff-cott转子相比,利用在次临界转速处2倍频和3倍频超谐波成分作为检测多盘转子系统中的裂纹指标是可行的.     

考虑耦合刚度时含裂纹转子的非线性响应

以开闭裂纹模型为基础，考虑了轴主刚度与耦合刚度的影响，建立了含裂纹转子的非线性运动微分方程。采用Newmark-p法对方程进行数值计算，分析了转速比、裂纹大小和不平衡量等因素对裂纹转子系统响应的影响。针对裂纹转子非线性响应的特点，从有利于故障诊断的角度出发，提出了周期采样峰-峰值(PSP)图，为提取响应的周期、拟周期和混沌运动的特征量提供了一种新方法。结果表明，随着参数变化，响应中存在拟周期、混沌运动和分岔现象；当不平衡量较大时，系统在8／3倍临界转速附近存在大量的拟周期运动。     

裂纹转子的动力特性研究

本文通过对裂纹转子参数共振及其分数倍频分量的理论分析及数值研究,指出:通过监视转子在2ω_c/3、2ω_c转速附近的分数倍频分量可用以诊断裂纹存在与否;而且监视这些分数倍频分量的变化在实际系统中是可能的。本文还通过对不同共振情况下,分数,整数倍频分量对裂纹的敏感性研究,指出了最易获取裂纹扩展信息的途径。     

一类初弯曲转子的裂纹-碰摩故障响应分析

摘要: 为了研究裂纹-碰摩耦合故障的一类初弯曲转子系统响应特性,在考虑转轴变形、非线性油膜力与碰摩力作用的基础上,结合由中性轴理论确定的裂纹开闭规律,建立该类故障转子的动力学方程,利用Poincaré截面和分岔图的变化分析初始弯曲程度与裂纹深度对系统振动响应特性的影响.结果表明：含初弯曲时系统振动响应在临界转速附近的混沌区域比无初弯曲时大,随着裂纹深度的增加,混沌区域逐渐缩小;初始弯曲的运动特性在浅裂纹情况下起主导作用,当裂纹深度较大时,系统振动响应随着初始弯曲程度的增大交替出现由周期演变为混沌状态的过程,混沌响应特性也可发生较大变化.     

双滚珠自动抑制转子主共振的机理（线性支承刚度）

通过理论分析和数值计算,研究了在Jeffcott转子的回转体中加入双滚珠的转子系统的周期解及其稳定性.研究表明,转子系统在临界转速以下运行时,滚珠使转子的不平衡加剧,不平衡响应增大;而在临界转速以上运行时,滚珠能使转子自动达到平衡,不平衡响应稳定为零.另外,由于滚珠运动的影响,在转速刚过临界转速附近,由于不存在稳定的周期解,系统发生概周期运动.     

裂纹转子振动特性的研究

基于所建立的开闭裂纹转子系统的非线性动力学模型，对裂纹转子在不同裂纹深度下的振动特性进行了研究，在同时考虑转轴在平行裂纹方向与垂直裂纹方向的刚度随裂纹深度的变化的情况下，用数值方法计算了开闭裂纹转子系统在不同裂纹深度时的频谱和幅频图。结果表明，随裂纹深度的加深，转子的振动特性出现 了较大的变化，由于裂纹的存在使其显示特殊的动力学特性，为工程上转子裂纹的诊断提供了依据。     

裂纹转子的动力持性研究

本文通过对裂纹转子参数共振及其分数倍频分量的理论分析及数值研究，指出：通过监视转子在2ωc/3、2ωc转速附近的分数倍频分量可用以诊断裂纹存在与否；而且监视这些分数倍频分量的变化在实际系统中是可能的。本文还通过对不同共振情况下，分数，整数倍频分量对裂纹的敏感性研究，指出了最易获取裂纹扩展信息的途径。     

基于有限元法的转轴裂纹故障诊断研究

采用有限元方法建立转轴的模型,并求解不同裂纹位置和不同深度的裂纹转子前三阶固有频率值.将裂纹位置、深度、前三阶固有频率作为BP神经网络的学习样本,训练出定量诊断裂纹的神经网络.以不同工况固有频率作为输入,用训练好的神经网络即可预测裂纹的位置、深度.研究表明:该裂纹诊断方法精度较高,稳定性较强,易于在工程实践中进行转子裂纹定量诊断.     

A 3D nonlinear finite element method for the dynamic analysis of rotating rotor with a transverse crack

A general and efficient method is presented in this paper for studying the effects of unbalance on the breathing mechanism of crack. Based on 3D finite element models combined with a nonlinear contact approach for crack modeling, the method is free from the assumption of weight-dominance and can be used to gain deep insights into the breathing mechanism of crack. In order to greatly reduce the computational time, a complex free-interface component mode synthesis (CMS) method is employed to reduce the order of the model. Based on the proposed method, the effects of unbalance on the breathing mechanism of crack are discussed. Numerical results show that the unbalance can lead to significant changes in the breathing of crack, even when the unbalance force is about an order of magnitude smaller than the self-weight. Moreover, the level and orientation of the unbalance have also remarkable effects on the breathing behaviors of crack. Besides, a new universal non-steady breathing phenomenon of crack is first found in this paper, which denotes that the breathing speed of a crack is fluctuated over one revolution when there exists residual unbalance in the cracked rotor.     

基于热效应的涉水混凝土工程裂缝监测方法

相比于常规混凝土结构，水下混凝土结构开裂对结构安全具有更加恶劣的影响，准确、及时地监测裂缝的发生发展过程，对保障涉水工程安全、防止事故具有重要意义。本文基于流体-热源-裂缝的热效应耦合作用，提出水下混凝土结构裂缝监测的温度示踪法，并设计3种裂缝监测方案，分别采用监测管-多孔套管组件、监测管-空心套管组件和监测管-灌水管组件实现开裂信息与开裂部位热力学信息的转换。其中：前两种监测方案主要利用热传导原理，使开裂后裂缝周围介质的热力学参数发生改变，从而改变热量传递规律；第3种方案主要利用对流传热原理，通过灌水使裂缝截面产生对流传热效应，从而提高传热速度。针对上述3种监测方案，分别制作了混凝土梁试件，采用光纤光栅温度传感器和陶瓷加热管组成的传感加热单元开展了瞬态传热模型试验，根据热源降温曲线的分段特征，定义了反映热源降温速度的判别指标，利用该指标进行裂缝的识别，并对3种方案的裂缝识别效果进行分析和对比。结果表明：3种监测方案均能很好地判断是否有裂缝产生；在裂缝定位方面，方案3效果更好；在裂缝宽度定量识别方面，方案1无法识别裂缝宽度，方案2仅可在流动水环境中识别裂缝宽度，方案3可根据渗漏流量识别裂缝宽度。     

A new visco-elastic contact model of traveling wave ultrasonic motor with stator frictional layer

A new contact model of traveling wave ultrasonic motor (TWUSM) with a visco-elastic stator frictional layer was presented. In this model, the initial boundaries were revised, and the rotor revolution speed could be calculated iteratively. This model was compared with compliant slider and rigid stator model. The results of motor characteristics simulations showed that the motors based on this model would gain bigger stall torque. Then the friction and wear characteristics of two models were analyzed. The motors based on this model had lower coefficient of friction and better wear resistance.     

钢筋混凝土板裂缝对声发射波传播特征影响

目前利用声发射技术对混凝土结构进行裂缝定位或损伤检测时,并没有考虑已存在裂缝对声发射波传播特征的影响,这往往会使检测结果产生较大的偏差.为了探究裂缝参数对声发射波传播特征的影响,对3个不同保护层厚度的钢筋混凝土板试件进行了四点静力加载破坏试验和声发射测试,研究了裂缝深度、宽度、数量对钢筋混凝土板声发射波速和振幅衰减等传播特征的影响规律.试验和分析结果表明:裂缝深度对声发射传播特征的影响显著,声发射振幅衰减随裂缝深度增大而增大,声发射波速随裂缝深度增大而减小;声发射波速和振幅衰减几乎不随裂缝数量、宽度两参数变化而变化.在此基础上,提出考虑裂缝影响的修正波速时差定位法,进一步探讨了与采用传统时差定位法相比对钢筋混凝土损伤定位的影响,结果显示,基于修正波速的时差定位法对钢筋混凝土板进行损伤定位精度更高.     

飞机水平盘旋下弹性支承转子的特性研究

为研究转子系统在一定的外激励下的特性,使得研究与实际状况更加吻合,采用Jeffcott转子弹性支承模型,建立飞机处于水平盘旋状态下弹性支承转子系统的运动微分方程.运用Runge-Kutta数值法研究了飞机水平盘旋下处于一定角速度的刚性和弹性不同支承情况下的瞬态响应,并对仿真结果进行对比分析.结果表明,由于弹性支承使其转轴刚度降低,其临界转速随之降低;处于同一角速度下的弹性支承比刚性支承进入稳定振动的时间长,比刚性支承振动幅度大;弹性支承和刚性支承在同样的情况下转动都会产生稳定的周期解;因此可以通过对转子系统支承刚度的适当调节,可以达到优化系统性能的目的.     

开裂混凝土中氯离子扩散行为的细观数值模拟

为了研究氯离子在开裂混凝土中的扩散性能,考虑混凝土细观结构的非均质性,将含有裂纹的混凝土试件视为由砂浆基质、骨料、界面过渡区以及裂纹组成的四相复合材料,建立了带有单条裂纹的二维细观有限元模型.数值模型中,骨料不具有渗透能力,砂浆基质和界面中的氯离子扩散性能由水灰比确定,裂纹相中氯离子扩散系数与裂纹宽度的定量关系由文献中已有试验数据的拟合获得.研究了骨料分布形式对氯离子扩散行为的影响,分析并探讨了不同裂纹宽度下混凝土中的氯离子扩散行为.数值结果与试验数据的良好吻合说明了该方法的准确性.研究结果表明:骨料的随机分布形式基本不影响混凝土中氯离子的扩散行为;裂纹宽度小于50μm时,混凝土中氯离子的扩散行为基本不受裂纹的影响;裂纹宽度介于50~170μm时,氯离子的扩散随裂纹宽度增大而明显加剧;裂纹宽度大于170μm时,氯离子在裂纹附近的扩散趋于二维扩散形态.     

4WS、4WH 和6WI转子密炼机流固耦合特性对比分析

以4WS、4WH 和6WI型转子为研究对象,依据流固耦合理论,建立密炼机流固耦合有限元分析模型,求解密炼机内部物料流体与转子固体的耦合方程,研究不恒定功率情况下,转速对转子的应力与变形以及混合效果的影响规律。结果表明,转子的变形与应力是扭矩与流体载荷耦合作用引起的,其中扭矩是产生变形与应力的主要因素;随着转速的提高,物料的混合效率有明显提高;随着转速变化引起的扭矩与流体载荷的变化导致转子间隙的变化,转子间隙对混合效率有显著影响,6WI转子有更高的混合效率。研究结果为密炼机转子的合理设计与性能预测提供了理论依据。     

通流式气波转子性能试验研究

气波转子是利用气波来传递能量的一种压力交换装置,已成功应用于内燃机及燃气轮机上.为研究通流式(through-flow,TF)气波转子特性,重新设计了定子,搭建了试验台架,并完成了TF气波转子的性能台架试验.进行了不同转速、不同温度、不同压力工况下的性能试验.结果表明,提高气波转子能量入口处的压力和温度有利于提高其性能,TF气波转子的最佳转速为13 000 r/min左右.试验结果表明该TF气波转子结构基本合理,能提高进气压力,最大压比可达2.0.