含横向裂纹Jeffcott转子刚度及动力学特性研究

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。

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。

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。