Jeffcott裂纹转子弯扭耦合振动特性分析

以重力决定的开闭裂纹模型为研究对象 ,导出了固定坐标系下该模型的刚度矩阵 ,建立了裂纹转子弯扭耦合振动微分方程 ,并对转子裂纹的升速瞬态响应和影响因素进行了计算机仿真研究。结果表明 :升速过程中 ,弯振存在 1/ 3阶和 1/ 2阶亚谐共振现象 ,扭振出现 1/ 2阶亚谐共振 ;在弯扭左耦合区 ,出现弯扭耦合共振 ;在亚临界转速区 ,存在 1X,2 X和 3X等倍频分量的弯振和扭振 ;影响弯扭耦合振动特性的因素很多 ,包括裂纹刚度、裂纹夹角、质量偏心和阻尼等。

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度矩阵 ,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。在临界转速附近 ,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。

联合收割机裂纹转子与滚动轴承故障诊断系统研究--基于卷积神经网络

首先,介绍了传统神经网络,在其基础上引出了改进的卷积神经网络;然后,搭建了转子和滚动轴承的动力学模型,对转子和轴承的裂纹模型进行分析研究;最后,实现了联合收割机裂纹转子与滚动轴承故障诊断系统。实验结果表明:基于卷积神经网络的诊断模型达到稳定识别精度的迭代次数更少,且识别精度更高,效果更好,证明了系统的可行性和可靠性。

含呼吸裂纹的多盘双转子系统振动特性探究

由于材料、工作环境等因素影响,以航空发动机为代表的旋转机械在工作过程中可能会产生裂纹故障,常见的裂纹类型为呼吸裂纹。为分析该故障对轴系振动特性的影响,基于某型双转子涡扇航空发动机,建立了包含风扇和多个轮盘在内的双转子—支承动力学数值仿真模型,使用Newmark-β法分别对不同裂纹相对深度和不同转速下的系统工况进行了数值仿真求解。结果发现:随着裂纹逐渐加深,转子高频分量愈加明显,系统稳定性下降;随着转速升高,系统出现了2X,3X分量,工频分量在一阶临界转速前后先增大后减小,轴心轨迹由不规则形状逐渐转变为圆形。

滚动轴承支承下松动-裂纹耦合故障转子系统动力学特性分析

支座松动转子因两端刚度不对称而引发振动异常增大,进而可能导致转子出现裂纹故障,裂纹和松动故障耦合下的转子系统呈现强非线性特性.建立滚动轴承支承的支座松动-弓形裂纹转子动力学模型,研究转速、松动间隙、松动质量及裂纹角等对转子系统非线性动力学响应的影响.考虑非线性Hertz接触力,采用分段线性方程描述支座松动的刚度和阻尼,转子横向裂纹采用呼吸裂纹模型来研究,依据拉格朗日方程建立转子系统动力学方程,采用Runge-Kutta法求解方程获得转子振动响应的分岔图、频谱图、轴心轨迹图、Poincaré图等.计算结果表明,当系统转速达到2300rad/s时,松动-裂纹耦合故障系统较仅裂纹系统在1/3分频处有明显的间谐波成分,混沌区域更为宽泛;当裂纹参数恒定时系统随着松动间隙减小会更加稳定;当松动质量m_(s)>41.25kg时,系统振幅剧增,发生“跳跃”现象.研究工作对松动-裂纹转子系统的故障诊断和健康监测具有重要的工程应用价值.

X12转子钢蠕变-疲劳裂纹扩展行为的研究

在600℃条件下进行蠕变疲劳裂纹扩展速率实验,施加不同的载荷和保载时间,研究力值和保载时间对蠕变疲劳裂纹扩展速率的影响,并通过金相检测观察裂纹扩展路径。结果表明:在低应力条件下,蠕变疲劳裂纹扩展速率随着保载时间缩短而增大;在高应力条件下,蠕变疲劳裂纹扩展速率随保载时间延长而减小;相对含有疲劳成分裂纹而言,蠕变裂纹的扩展路径显得更加圆滑。

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。

主动磁轴承控制器对Jeffcott转子裂纹故障特征的影响

建立主动磁轴承(active magnetic bearing,AMB)系统中裂纹转子的动力学模型,从理论上分析主动磁轴承转子系统中裂纹转子的动力学特性,讨论主动磁轴承的控制方法及控制参数对转子裂纹故障动力特性的影响,以及裂纹对主动磁轴承转子系统的稳定性影响等问题。结果表明,主动磁轴承转子系统中转子的裂纹故障动力特性比传统的裂纹转子的动力特性更为复杂。控制器采用PID控制方式时,传统的用来诊断转子裂纹故障的特征参数在一定条件下能被继续用来检测裂纹的存在;同时,研究结果证明,控制器采用最优控制时,不能采用传统方法检测裂纹。

含横向裂纹Jeffcott转子刚度分析

基于断裂力学理论和应变能密度函数,在考虑转盘摆振的情形下,推导了含裂纹轴的刚度,合理地解释了不考虑摆振情形下理论计算刚度比试验刚度偏小的原因。通过对刚度进行数值计算发现:细长比越大,转轴在垂直裂纹方向和平行裂纹方向的刚度差也越大,并且随裂纹增大,两个方向的刚度差存在一个峰值,达到峰值的裂纹深度随细长比的增大而减小。

含横向裂纹的Jeffcott转子刚度分析

根据断裂力学理论和转子动力学理论,考虑沿3个坐标轴方向6个载荷的作用,推导出了含裂纹的转轴刚度。裂纹的开闭状态由裂纹面的应力决定。通过数值仿真计算发现:刚度在3个坐标轴方向上随着裂纹深度的变化幅度有很大差异,轴向刚度变化以及小裂纹情况下垂直于裂纹方向的刚度变化可以不考虑;随着细长比的增大,裂纹轴的刚度减小。

非线性呼吸行为对带横向裂纹Jeffcott转子稳定性的影响

在分析现有力学模型局限性的基础上,考虑转子在失稳转速附近复杂的涡动状态,构建了不依赖于重力占优假设的含横向裂纹的Jeffcott转子的通用运动方程和一种拟合的裂纹呼吸模型。根据Floquet稳定性理论,用打靶法分析了该裂纹转子模型运动的稳定性。结果表明,刚度相对变化量、系统阻尼、裂纹相位角等系统参数对模型的运动稳定性都有较大影响,特别是裂纹相位角对稳定性的影响很复杂;在临界转速附近,裂纹的非线性呼吸行为可以提高转子的稳定性,且改变了失稳发散的行为;在亚临界转速附近,裂纹的非线性呼吸行为会降低转子的稳定性,使周期运动发生结构失稳。

裂纹故障对盘式拉杆组合转子系统应力重组的影响研究

在含裂纹一般整体转子研究中,难以有效反映裂纹尖端奇异效应及其三维形态特征,同时一维方法难以反映复杂组合转子系统的裂纹故障应力影响范围、系统应力重组情况及对系统整体初始形态的影响。针对上述一些问题,以典型三盘拉杆组合转子系统为例,研究了三维裂纹故障对复杂拉杆组合转子系统应力重组及整体弯曲形态的影响,并进行了实验验证。首先,基于三维有限元方法,采用三维等参奇异裂纹有限元建模技术和三维有限软件,建立了三维裂纹子模型及系统有限元模型;然后,采用有限元仿真技术,分析了裂纹及其深度变化对此类组合转子系统的应力分布重组及整体弯曲特性的影响;最后,采用实验方法,验证了裂纹对此类系统整体初始弯曲特性的影响情况。研究结果表明:盘式拉杆组合转子系统裂纹故障的产生会使得裂纹位置区域局部柔性增强,系统的主要界面及系统应力分布发生变化且重组,系统应力分配不均匀,且呈现不对称性,转子整体弯曲形态发生变化;在裂纹深度较浅(0.5 mm)时,裂纹诱发的转子附加弯曲效应并不明显;随着裂纹深度的增加,系统应力分布重组和附加弯曲越趋于严峻,当裂纹深度较深(1.5 mm或2.5 mm)时,裂纹诱发的转子附加弯曲效应较为突出。该研究对此类复杂组合转子系统的静动力学特性的精确分析和裂纹引发的异常振动原因的探究具有一定的指导意义。

一种小裂纹转子系统的有限元建模方法

以自主搭建的转子裂纹故障模拟实验平台为对象,利用中性轴法确定转子裂纹单元的时变截面惯性矩,获得裂纹单元的刚度矩阵;基于有限元理论建立考虑裂纹故障的转子系统仿真模型,通过Newmark_β法数值求解系统的动态响应,研究了1/3和1/2临界转速下不同裂纹深度的振动特性;同时,采集平台的加速度振动信号,分析了1/3和1/2临界转速下不同裂纹深度的频率特征变化规律,验证了仿真模型的有效性。结果表明:相较于其他传统模型,中性轴法对小裂纹故障的表征具有较好的适用性;小裂纹故障发生时,在1/3临界转速下频域中3倍频特征明显;1/2临界转速下频域中2倍频和3倍频特征明显。分析结果可为小裂纹转子的故障诊断提供参考。

某水电站转子支架裂纹产生原因分析

某水电站3台机组的转子支架出现不同严重程度的裂纹,本文从应力、固有频率、疲劳、运行小时数、机组运行稳定性、振动等角度进行分析,以查找裂纹出现的原因。通过分析发现是推力瓦产生的频率为12倍转频的激振力引起转动部分产生较大的轴向振动,从而引起转子支架裂纹的产生,该频率与转子轴向固有频率接近,提高推力瓦的安装质量可以减缓裂纹的产生。本文为其他水电站转子支架裂纹产生的原因分析提供了一个思路。

基于Kriging组合模型和NSGA-Ⅲ算法的转子裂纹参数识别

针对转子裂纹参数定量识别精度不足的问题,提出一种基于Kriging组合模型和非支配解排序遗传算法Ⅲ型(NSGA-Ⅲ)的转子裂纹参数识别方法。首先,基于动力学模型响应建立不同相关函数的Kriging代理模型作为候选模型库;其次,通过逐步回归模型筛选策略剔除性能不佳的模型并依据启发式权重加权获得最佳Kriging组合模型;再次,应用所提Kriging组合模型建立裂纹参数与裂纹转子系统响应的关系;最后,通过Kriging组合模型预测的响应幅值与实际响应幅值的差异构成多目标函数,利用NSGA-Ⅲ得到识别结果。结果表明:采用该方法识别裂纹参数的最大相对误差为2.5%;相比于基于单个Kriging模型和指数函数-高斯函数组合模型的识别方法,所提方法具有较高的适用性和精确性。

吸振器与球平衡器并用控制转子不平衡振动的理论研究

球式自动平衡器(Automatic Ball Balancer,简称ABB)可以在临界转速以上区域完全消除转子未知不平衡量,但其缺点是在临界转速附近会引起大振幅的共振响应和不稳定振荡。为此增加动力吸振器(Dynamic Vibration Absorber,简称DVA)来克服其缺点,改善其抑振性能。以Jeffcott偏心转子模型为研究对象,根据拉格朗日方程建立了吸振器、球平衡器单独使用以及两者结合使用时控制转子不平衡振动的动力学方程,使用谐波平衡法理论求解新耦合系统的振幅表达式,并分析各参数对稳态幅频曲线的影响规律以获得较合适的参数,采用龙格-库塔数值方法计算得到稳态幅频特性图和瞬态振幅时域变化曲线。对比结果表明,两种手段并用的新方案有效降低了转子经过临界共振区时的振动水平,并使转子在临界转速以上区域衰减为零振幅,达到了融合两者优点的目的,具有更优良的抑振效果。

基于Jeffcott转子的裂纹扩展动态特性分析

针对于假设裂纹深度不变的裂纹转子模型,本文在现有Jeffcott转子模型基础上加入裂纹扩展变量,得到一个时变裂纹转子模型,对其进行动力学分析与断裂力学分析,采用数值计算方法得到其动态特性,并于固定裂纹深度相对比;数据结果表明,在亚临界转速下,裂纹转子响应中出现1X、2X、3X等频率分量,并出现分数次共振现象;在临界转速与超临界转速下裂纹转子响应基本只有1X分量构成;这些分析有助于裂纹转子的在线检测与寿命预测。

汽轮机低压转子末级叶片裂纹及叶根销钉断裂失效分析

本文对汽轮机低压转子末级叶片的裂纹和叶根销钉断裂失效问题进行了详细分析。通过对损坏叶片和销钉的外观观察、微观结构分析、材料成分检测以及运行环境的综合评估,揭示了失效的主要原因。研究发现,叶片裂纹主要是由于长期受高温、湿度变化和蒸汽侵蚀导致的材料疲劳累积,以及叶片设计中的应力集中现象所致;叶根销钉的断裂失效主要与运行过程中周期性的抗拉应力过大以及振动疲劳有关。研究结果表明,对汽轮机低压转子末级叶片裂纹和叶根销钉断裂失效机理的分析能够为汽轮机低压转子末级叶片和叶根销钉的设计、材料选择、加工制造和运行维护提供科学依据。

裂纹转子振动特性分析

以具有刚性支承的水平Jeffcott裂纹转子为研究对象 ,考虑涡动的影响 ,建立了裂纹转轴在固定坐标系中的刚度矩阵 ,推导了裂纹转子振动的运动方程 ,并通过数值方法分析了其动态特性。数值分析表明 :裂纹转子振动响应中出现 1X、2X、3X……分量 ,且当Ω =1 /2、1 /3…时 ,2X、3X…分量分别达到最大值 ;转子的中心轨迹形状随Ω变化而变化。当 β=0 ～π逐渐增大时 ,响应中 1X分量显著减小。考虑弯扭耦合振动时 ,振动响应中出现一些新的频率成分。同步激励的情况下 ,当ω =ωN/n(n =2 ,3 ,4,… )时 ,扭转振动响应中nX分量也达到最大值。

含半椭圆形裂纹轴的刚度特性研究

运用断裂力学理论,推导了含半椭圆形裂纹轴的刚度计算公式,研究了在全开的静态下半椭圆形前缘直裂纹和45°斜裂纹深度比、裂纹变形比等参数对轴刚度的影响。计算结果表明:裂纹深度的增大使半椭圆形前缘裂纹轴的刚度变化幅度较大,当裂纹深度较小时,刚度变化缓慢;但当裂纹深度大于轴半径一半时,裂纹轴全部载荷作用的影响都要考虑;随着裂纹变形比增大,半椭圆形前缘裂纹的刚度均减小;半椭圆形前缘裂纹垂直方向的位移随裂纹变形比增大而增大。计算结果与实验共同验证了半椭圆形前缘裂纹轴的动力特性。