基于非线性动力学的含裂纹叶片转子振动特性研究

论文摘要

本文基于非线性动力学理论,利用有限元分析软件对含裂纹叶片转子的实体模型进行振动特征研究,藉此探索含裂纹叶片转子的故障特征,对最终实现叶片裂纹故障的在线诊断具有重要意义。研究工作中,考虑叶片根部(叶片与轴的焊接处)出现裂纹,并由此而引起转子的非常规振动及其它非正常现象,展开研究工作。建立了含裂纹叶片转子非线性动力控制方程,由此分析了含裂纹叶片转子的振动基频;建立了转子裂纹叶片的运动微分方程,并进行了非线性动力响应分析。用有限元分析软件对含裂纹叶片转子进行动力学分析,分析表明,叶片裂纹导致转子的固有频率下降,从而影响了转子的振形,并且裂纹的存在使得转子4,5阶振形发生变化,随着裂纹不断地扩展,转子振形的变形量不断变大;转子在1,2阶固有频率处发生共振时,其破坏性非常大,裂纹的存在导致转子发生共振的可能性增大,并且使振动加剧,使共振的破坏性变大。对裂纹叶片进行动力学分析,分析表明,深度相同时,裂纹位于叶根对固有频率的影响最大,叶根是叶片最易发生断裂的部位;裂纹的存在使叶片发生了非线性振动响应,裂纹叶片的振动信号中,除基频成份外,还含有高频振动分量。最后,对含裂纹叶片转子进行了实验研究,实验表明,仿真计算得出的结论如:含裂纹叶片转子的振动响应中带有高频成分等一些非线性振动特性是可靠的。这就为转子叶片裂纹故障的监测与诊断提供了依据和参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的目的与意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 转子系统动力特性计算方法
• 1.3.1 传递矩阵法
• 1.3.2 模态综合法
• 1.3.3 有限元法
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 转子非线性动力学理论与有限元动力学分析技术
• 2.1 转子非线性动力系统的一般描述
• 2.2 刚体运动的状态描述
• 2.2.1 卡尔丹角
• 2.2.2 角速度的矩阵求解公式
• 2.2.3 投影角
• 2.3 盘的运动状态描述
• 2.4 有限元法思想及ANSYS结构动力学分析模块
• 2.4.1 有限元法思想
• 2.4.2 ANSYS结构动力学分析模块
• 2.4.2.1 ANSYS模态分析
• 2.4.2.2 ANSYS谐响应分析
• 2.4.2.3 ANSYS瞬态动力学分析
• 第三章 含裂纹叶片转子振动特性分析
• 3.1 含裂纹叶片转子非线性动力控制方程
• 3.2 含裂纹叶片转子的振动基频理论分析
• 3.3 含裂纹叶片转子有限元动力学分析
• 3.3.1 含裂纹叶片转子有限元模型建立
• 3.3.2 有限元动力学分析
• 3.3.2.1 转子有限元实体载荷的施加原理
• 3.3.2.2 含裂纹叶片转子模态分析
• 3.3.2.3 含裂纹叶片转子谐响应分析
• 3.3.2.4 含裂纹叶片转子瞬态响应分析
• 第四章 转子叶片裂纹的故障特征分析
• 4.1 转子裂纹叶片的运动微分方程
• 4.2 转子裂纹叶片非线性动力响应
• 4.2.1 转子裂纹叶片固有频率及振型
• 4.2.2 裂纹叶片非线性动力响应
• 4.3 转子裂纹叶片的有限元分析
• 4.3.1 转子叶片的有限元分析模型
• 4.3.2 动力学分析
• 第五章 含裂纹叶片转子振动特性实验研究
• 5.1 工程应用中小波分析的基本理论
• 5.1.1 连续小波变换
• 5.1.2 离散小波变换
• 5.1.3 小波包分解
• 5.2 含裂纹叶片转子振动特性实验设计
• 5.2.1 实验装置设计
• 5.2.2 实验方案设计
• 5.3 含裂纹叶片转子振动特性实验及分析
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历