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。

空间任意斜裂纹引起的转子刚度变化机理研究

转子在不同方向上刚度的变化特性及其交叉耦合是导致转子耦合振动的根本原因。基于材料力学和断裂力学理论,采用六自由度Timoshenko梁单元模型推导了空间任意斜裂纹的柔度参数和刚度矩阵,据此对比分析了含有横裂纹、横-斜裂纹以及空间任意斜裂纹转子因为旋转过程中的裂纹非线性呼吸(开/合)行为所导致的变刚度特性。与横裂纹与横-斜裂纹相比,空间任意斜裂纹的刚度矩阵具有更加广泛、更加明显的外加交叉耦合项。此外,针对空间任意斜裂纹情况,系统研究了裂纹方位角以及裂纹深度等参数对转子刚度特性的影响。所得的研究结果可以为进一步研究裂纹转子的耦合振动行为以及诊断应用奠定基础。

单盘含裂纹转子系统的非线性响应分析与实验研究

建立含裂纹Jeffcott转子的动力学运动方程。针对裂纹深度对转子系统动态响应的影响及转子盘摆振响应的特点进行仿真计算和试验研究。数值仿真表明 ,对于较浅的裂纹 ,系统响应为周期性运动 ,在某些转速下会出现倍周期运动 ,同时还出现各种倍频分量。此时的摆振运动常包含激振频率的倍频成分。当裂纹较深时 ,盘的摆振运动与横向振动都会出现各种非协调响应。试验结果表明 ,当轴上存在裂纹时 ,盘的横向振动响应和摆振响应中都会出现高次谐波分量 ,这些分量虽然从频率成分上讲是相同的 ,但各分量的大小有明显差异。这些结论对于转子裂纹故障的监测与诊断具有新的意义。

基于随动坐标系的开裂纹转子系统转动阻尼对振动稳定性影响的研究

区分固定阻尼和转动阻尼的情况下,建立了基于Lagrange方程的随动坐标系下开裂纹转子的运动方程。在此基础上采用了基于Routh-Hurwitz判据的根轨迹法,做出了裂纹转子非线性振动的坎贝尔图、衰变率图、根轨迹图;以此为依据分别研究了无阻尼开裂纹转子、具有一定比例的粘滞阻尼开裂纹转子运动稳定性。从而得出粘滞阻尼、粘滞阻尼中不同转动阻尼所占的比例以及对系统稳定性的影响,为裂纹转子故障诊断和不稳定振动控制提供了理论依据。

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。

汽轮机裂纹转子升速过程非线性振动数字仿真及分析

基于应力强度因子为零法,建立了汽轮机转子升速过程中开裂纹转子和呼吸型裂纹转子的振动模型,并采用Runge-Kutta法对模型进行数值积分,实现升速过程中2种转子的稳态响应数字仿真及稳定性量化分析。结果表明:开裂纹转子和呼吸型裂纹转子在升速过程中均存在明显的1/3阶和1/2阶超谐共振;在超临界转速区,开裂纹转子和呼吸型裂纹转子均在转速比p=ω/ω0=2.10、2.20、2.55处出现了亚谐共振,该现象可作为判断转子裂纹故障是否存在的依据;在不同转速区,呼吸型裂纹转子与开裂纹转子的表现各不相同,尤其在超临界转速区,质量偏心e进一步抵消裂纹引起的非线性失稳,呼吸型裂纹转子出现局部渐进稳定区域,特别是在0.8<e<1.6时,质量偏心会进一步抑制非线性失稳运动,这一现象可为裂纹转子非线性运动失稳控制提供理论依据。

滚动轴承-裂纹转子系统动力学特性分析

考虑呼吸型裂纹和非线性赫兹接触力,根据拉格朗日方程建立滚动轴承支承下含横向裂纹的转子系统模型,采用四阶Runge-Kutta方法对裂纹-碰摩耦合故障转子系统的非线性动力学行为进行研究,揭示转速、裂纹深度、裂纹角和定子刚度对系统动力学响应的影响机理。计算结果表明:该系统呈现出多周期、拟周期和混沌等丰富的非线性动力学特性;当裂纹深度增大时,超临界转速区间的拟周期运动转变为多周期和拟周期交替运动;裂纹角变化导致系统的分岔特性产生明显差异,这些差异可作为辅助判断裂纹大致位置的重要依据;定子刚度的增大会导致超临界转速区间分频附近存在伴随成分。

单跨双盘裂纹转子-轴承的动力学特性研究

在考虑裂纹的时变刚度和综合模型的基础上,采用有限元法建立了左侧为弹性支承、右侧为非线性油膜力 支承的单跨双盘裂纹转子系统的动力学模型和两端均为弹性支承的裂纹转子系统模型,并利用4阶Runge-Kutta方法 进行求解,研究裂纹位置、裂纹深度、转速和裂纹轴刚度变化量对转子系统动力学响应的影响,并对2个模型的动力学 特性进行对比分析。研究结果表明:在转速、裂纹深度和裂纹轴刚度变化量相同的条件下,裂纹位于转子左侧轴段的 振动总是比裂纹位于转子中间轴段的振动剧烈;当转速较小时,无论裂纹位于转子左侧还是中间轴段,系统的振动响 应主要是由裂纹引起的,频谱图上会出现高频分量;当转速较高时,系统的振动响应主要是由偏心量引起的。研究结 果可为系统故障诊断提供依据。

发动机转子系统碰摩-裂纹-松动耦合故障作用下动力学特性分析

建立了滚动轴承支承下的双跨转子系统非线性动力学模型,采用四阶-五阶定步长Runge-Kutta法分析比较了系统在无故障、碰摩故障、裂纹故障、一端松动故障以及碰摩-裂纹-松动耦合故障5种工况下随着转速变化的转子动力学响应。数值分析了在碰摩-裂纹-松动耦合故障工况下转子不平衡量、碰摩刚度、松动端轴承座质量对系统响应的影响。结果表明:当系统存在碰摩故障时,一阶临界转速有所提高,动力学行为更为复杂;存在裂纹故障时,一阶临界转速有所降低;存在松动故障时,响应混沌区域变大;存在三种耦合故障时,超一阶临界转速响应出现大面积混沌。随着转子不平衡量、碰摩刚度的增大,响应趋向于混沌,松动端轴承座质量在高速下响应具有敏感性。