船用柴油机曲轴裂纹的模态分析与研究

论文摘要

曲轴是船用柴油机的重要组成部分,在工作的过程中受到各种冲击力、扭矩、磨损、应力等作用,并因此产生内部结构的变化和损伤,而曲轴的工作环境相对较封闭且不易靠近。因此,及时的发现损伤并对其进行处理及维护就显得尤其重要。早期利用超声波、X光,磁粉探伤等手段进行损伤检测,由于其需要预先知道损伤的大概位置,要求损伤部位容易接近,且它们都属于静态检测,需要船舶主机停车才能进行,从而使其在船舶中的应用受到了限制。因此,有必要寻找一种合理有效的科学方法,以保证柴油机的安全运行,防止曲轴断裂等灾难性事故的发生。本文在对国内外大量的有关裂纹检测的研究资料广泛收集、整理,吸收的基础上,提出研究思路:基于模态参数的变化来进行损伤识别。此识别法的前提是,结构模态参数的准确识别。模态参数的损伤识别就是根据结构损伤前后的模态参数的改变来确定其损伤的位置和程度。按照论文的顺序从以下几个方面开展了工作。1、回顾和总结工程结构的模态参数识别法的基本理论、研究现状和现有的模态参数检测方法,通过各种方法的优劣对比,指出利用结构损伤前后固有频率的变化识别结构损伤的可行性及优点。2、对有限元理论和模态分析理论作了一个全面的阐述,根据模态参数获取的不同,分别对计算模态分析和试验模态分析进行说明;并对基于频率的模态识别法进行理论证明和公式推导,最后证明“频率的变化比”仅是损伤位置函数,利用“频率的变化比”和“频率变化率”相结合的方法完成损伤位置及程度的识别。3、简单的介绍了本文所用软件:ANSYS并在此软件上对光轴和曲轴的损伤情况进行模拟,分别模拟出5个位置、6个深度的30个不同损伤并计算出相应的固有频率,然后对计算结果进行分析和总结,从而找到识别损伤的方法。得出:曲轴的损伤识别方法的研究可以用光轴来代替,这就节约了建模时间,提高了工作效率。4、以光轴为试验对象,利用现有的试验设备和条件,从试验的方法证明可以用“频率变化比”和“频率变化率”相结合的方法来完成对结构的损伤识别,并验证了此方法在实际工程中的有效性。5、对本文的研究工作进行总结,并对该课题提出进一步的研究思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外对结构损伤的研究现状及发展
• 1.2.1 基于固有频率变化的损伤识别方法
• 1.2.2 基于振型变化的损伤识别方法
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第二章 有限元模态分析理论及损伤识别原理
• 2.1 有限元理论
• 2.2 模态分析概述
• 2.2.1 计算模态分析
• 2.2.2 试验模态分析
• 2.3 结构损伤识别的基本原理及方法
• 2.3.1 固有频率对裂纹的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于ANSYS 软件平台的光轴、曲轴损伤识别研究
• 3.1 ANSYS 软件介绍
• 3.1.1 ANSYS 分析类型及其特点
• 3.1.2 ANSYS 模态分析步骤
• 3.2 光轴的损伤模拟仿真识别
• 3.2.1 光轴模态分析
• 3.2.2 光轴裂纹的位置识别
• 3.2.3 光轴裂纹的程度识别
• 3.3 曲轴的损伤识别
• 3.3.1 曲轴的损伤位置研究
• 3.3.2 曲轴损伤程度识别
• 3.4 本章小结
• 第四章 试验模态分析验证
• 4.1 试验模态分析的理论基础
• 4.2 试验仪器及介绍
• 4.2.1 力锤及其它仪器介绍
• 4.2.2 DASP 系统介绍
• 4.3 光轴试验
• 4.4 误差分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 在学期间发表的学术论文