考虑摆振的裂纹转子的振动分析

以刚性支撑的水平Jeffcott裂纹转子为研究对象,在考虑了盘的摆振运动对裂纹转子运动的影响后,建立了裂纹转子运动微分方程,并采用数值计算及FFT等方法进行仿真模拟。模拟结果表明:在盘的摆振响应中具有与弯曲振动相同的频率成分,这些频率成分的相对幅值大小与弯曲振动的较为相似;摆振响应中还出现了弯曲振动响应所没有的高频分量,当转速增加时,尽管这种高频分量会有所减小,但仍会在频谱图中清晰可见;随着裂纹深度的增加,摆振响应中出现了更高倍频的频率成分。这对于裂纹转子的故障诊断具有参考价值。     

裂纹转子的弯扭耦合振动分析

以水平Jeffcott裂纹转子为研究对象,建立了弯扭耦合振动的运动方程,分析其动态特性。数值分析表明：使用三种不同的模型,裂纹转子弯曲振动响应中均出现1X、2X、3X…分量;并发生了数次共振现象,考虑变扭耦合振动后,转子弯曲振动响应中出现一些新的频率成分。U值的变化影响裂纹转子的中心轨迹形状,并且随着U的增大,裂纹转子的轴心轨迹变得不稳定。β的变化主要影响1X分量的大小,对别的分量影响不大,并且随着β从0到π增大时,1X分量越来越小。     

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。     

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.     

含裂纹故障的航空发动机转子系统动力学特性分析

针对某含有呼吸裂纹故障的航空发动机高压转子系统,研究了系统的动力学特性。考虑裂纹转子的时变特性,推导了裂纹转子的刚度矩阵,考虑重力及不平衡激励,采用转子动力学有限元法建立了系统的动力学方程。采用谐波平衡法对方程进行近似求解,给出了不同裂纹深度下的三维幅频图,表明在临界转速和1/n(n=2,3,4)倍临界转速处均有峰值出现;分析了裂纹深度、裂纹位置对系统振动响应的影响,表明位于跨中的深裂纹影响最大;计算了系统在升速过程中的三维频谱图,结果表明二倍频、三倍频、四倍频成分明显。用Newmark-β数值方法验证了计算结果的正确性。提出的空心轴呼吸裂纹的建模方法为航空发动机转子系统裂纹故障的非线性动力学分析提供了理论指导。     

多轴系耦合作用下齿轮系统转子裂纹故障的振动特性研究

为了探究多轴系耦合齿轮系统中的转子裂纹故障与单轴系转子裂纹故障振动响应特性的异同点,基于Jones轴承建模理论,建立滚动轴承的拟静力学模型;利用Timoshenko梁单元建立传动轴的有限元模型;考虑时变啮合刚度、齿轮传递误差、陀螺效应等因素,利用集中参数法建立齿轮副的动力学模型。将轴承、传动轴与齿轮副模型进行集成,建立齿轮系统非线性动力学模型;利用能量释放率理论与应力强度因子为零法分析裂纹转子单元的呼吸效应,利用Newmark-?数值积分法对转子裂纹故障进行动力学仿真,研究转子裂纹故障的振动响应特征。结果表明：与单轴系转子裂纹故障不同,当齿轮系统发生转子裂纹故障时,由于齿轮啮合的引起的耦合效应及转子裂纹引起的呼吸效应,时域响应表现出明显的幅值调制现象,频域中转频及其2倍频幅值增加明显,在啮合频率处伴有明显的边频带。研究结果为齿轮系统转子裂纹故障的监测与诊断提供了理论基础。     

裂纹转子弯扭耦合瞬态振动影响因素研究

针对两端刚性支承的Jeffcott转子，推导了裂纹转子的弯扭耦合振动非线性微分方程，通过数值仿真手段，分析了升速过程中弯振和扭振的瞬态特性，并详细探讨了加速度、裂纹减小刚度、裂纹夹角、质量偏心以及阻尼系数等因素对弯扭耦合振动瞬态特性的影响。研究表明，升速过程中，随着加速度增大，弯振和扭振各共振峰值减小，而对应转速增加。各共振峰值均随着△kq的增加而增大，当△kq超过某值后，峰值急剧增加。β在0～2π范围内变化时，各共振峰值呈现不同周期的正余弦变化。质量偏心主要影响临界峰值，对其它各峰值影响很小。各峰值均随阻尼系数的增加而降低，阻尼系数较小时，峰值减小率更大。     

转子-不对中花键联轴器系统动力学特性研究

推导了花键联轴器不对中啮合力模型,基于有限元分析建立了考虑花键联轴器不对中效应的转子系统动力学方程,数值计算模拟出不对中啮合力对转子-花键联轴器系统动力学特性影响规律。理论分析和仿真结果表明：花键联轴器不对中啮合力与联轴器的结构参数、传递扭矩、静态不对中和动态振动位移等有关,且联轴器的刚度并非一个恒定的常数,其与动态振动位移有关,并依赖于静态不对中。系统动力学特性表现为：花键联轴器连接的转子系统没有不对中时,系统的响应以1倍频为主;存在不对中时,响应出现2倍频;不对中量增加时,响应的轴心轨迹偏离原点,且各频率成分的幅值增加,系统的振动变得复杂。研究结果可以为花键联轴器连接的转子系统的不对中故障诊断提供依据。     

带主动电磁阻尼器的裂纹转子系统动力学

从理论上分析了带主动电磁阻尼器的裂纹转子系统的动力特性,讨论了裂纹对带主动电磁阻尼器的转子系统稳定性及不平衡响应特性的影响。结果表明,带主动电磁阻尼器的裂纹转子系统的动力特性比无控制系统的传统裂纹转子系统的特性更为复杂。如果在主动电磁阻尼器控制系统的设计时没有考虑到裂纹的影响,那么在一定的条件下裂纹会导致带主动电磁阻尼器的转子系统失去稳定性。在转子系统中采用对转子振动高效的控制策略可能隐藏了转子系统中存在裂纹的特征,不利于裂纹的诊断。当转子系统的振动被主动电磁阻尼器完全控制时,在带主动电磁阻尼器的转子系统中只能够利用亚临界转速区响应中的2倍和3倍超谐波成份来作为诊断裂纹的指标。     

双跨转子-轴承系统裂纹-碰摩故障的非线性响应研究

分析了带有裂纹-碰摩故障的具有三轴承支承的双跨弹性转子系统的复杂非线性运动。在同时考虑轴承油膜力和碰摩发生时转静件间的相对速度对非线性摩擦力的影响基础上,构造了双跨裂纹-碰摩弹性转子-轴承系统动力学模型,并对系统裂纹、碰摩及其耦合故障对系统非线性动力学响应的影响进行了数值仿真研究。单一裂纹故障时系统响应在超临界转速区有短暂的混沌运动;单一碰摩故障时系统响应在亚临界转速区有拟周期运动出现;裂纹-碰摩耦合故障时在超临界转速区有较大范围的周期4运动区间,小裂纹对系统非线性特性的影响不明显。研究结果为转子-轴承系统故障诊断、动态设计和安全运行提供了一定的理论依据和参考。     

转轴上裂纹在通过临界转速过程中的呼吸特征

为了研究复杂涡动引起的裂纹非线性呼吸行为对转子临界转速的影响,在恒速裂纹转子运动方程的基础上构建带横向裂纹Jeffcott转子的通用运动方程,对裂纹转子加速通过临界转速的过程进行了数值研究。结果表明:不平衡量方位角对临界转速有较大影响;在临界转速附近,裂纹的呼吸减弱;在恒加速过程中裂纹转子的最大响应滞后于重心转向。在转子实验台上进行裂纹转子通过临界转速的实验验证,观察数据支持理论研究结果。     

俯冲拉起下裂纹转子的非线性

研究了裂纹转子在平飞和俯冲拉起状态下的非线性响应，建立了数学模型，推导了转子运动方程。由结果发现：响应进入混沌的道路有拟周期环面破裂、周期3运动失稳和阵发性混沌进入混沌三条。俯冲拉起一般会对系统的非线性响应起到抑制作用；但是系统响应的转角振幅明显增大，因此增大了转子失稳的可能性；深裂纹情形下，俯冲拉起的抑制作用不是很明显。     

裂纹非线性呼吸行为对转子临界转速的影响

为了研究复杂涡动引起的裂纹非线性呼吸行为对转子临界转速的影响,构建了带横向裂纹Jeffcott转子的通用运动方程,利用新建运动方程对临界转速附近裂纹转子的稳态响应进行了数值研究。发现裂纹的非线性呼吸行为对转子不但具有增强稳定性的作用(与开裂纹转子相比),而且在一定条件下具有降低振动响应的作用(与无裂纹转子相比)。与无裂纹转子相似,稳定的裂纹转子的临界转速等于响应振幅最大且重心转向约90°对应的转速。裂纹转子的临界转速值随不平衡量方位角在开裂纹和闭裂纹转子固有频率之间变化。在转子实验台上进行了裂纹转子通过临界转速的实验验证,观察数据支持理论研究结果。     

开闭裂纹挠性转子动特性研究

采用裂纹深度修正的非线性开闭裂纹模型 ,研究涡动影响下挠性裂纹转子的动力学行为。数值仿真表明 :裂纹深度与非线性响应之间有比较确定的关系。随着裂纹深度增加 ,裂纹转子会在 m/ n倍临界转速附近出现次谐波分叉现象和拟周期运动 ;在亚临界转速范围内 ,系统在 2 / 3倍临界转速处可通过倍周期分叉途径进入混沌状态 ;在超临界转速范围内 ,1、2倍临界转速的不稳定区不断扩大 ,非线性因素抑制作用使系统产生周期跳变、倍分叉和混沌等非线性力学行为 ;阻尼对系统响应有很大影响。     

裂纹拉杆转子连接界面非线性建模与多参数演变规律研究

针对含拉杆裂纹的转子非线性振动现象,基于Paris裂纹扩展规律,建立了裂纹拉杆刚度模型;以界面接触刚度表征拉杆预紧作用,建立了轮盘接触刚度模型;采用Capone短轴承模型,完成了含拉杆裂纹的转子连接界面非线性动力学建模。通过系统Poincare截面分析发现,在转速与偏心多因素影响下得到的e-n分岔集中,系统在倍周期分岔与拟周期分岔之间交替变化;在裂纹扩展与转速的η-n分岔集中,解的分岔点分布不连续;不同转速下,位移随裂纹扩展的分岔轨迹比较复杂,拉杆裂纹的存在会加速或减缓分岔点的出现。结果表明:拉杆裂纹对转子稳定性作用机理受系统参数集的影响。研究结论对拉杆转子的参数设计与故障识别有一定意义。     

含初始弯曲裂纹转子的振动分析

基于简单铰链裂纹模型,建立了含初始弯曲裂纹转子的无量纲动力学模型,可适用于稳态、瞬态、非线性等不同运动状态下、不同系统参数情形下裂纹转子的振动分析。经解析求解对比了含初始弯曲裂纹转子与无初始弯曲裂纹转子谐波频率成分的差异,计算得到了裂纹激励与初始弯曲激励的参与因子,研究了系统的亚临界共振特性。采用Floquet理论分析了含初始弯曲裂纹转子的稳定性,讨论了不同的刚度变化、阻尼比对系统稳定性的影响,可为裂纹转子识别提供依据     

考虑碰摩的裂纹转子非线性特性研究

建立了轴上出现横向裂纹并发生碰摩时转子系统的运动方程，采用数值仿真方法分析了转子系统的分叉与混沌现象。研究表明，转子在裂纹和碰摩两种非线性因素的作用下，具有非常丰富的非线性行为，为转子系统的故障诊断提供了一定依据。     

带横向裂纹的拉杆转子非线性动力学特性研究

以拉杆转子为对象,对具有横向裂纹的拉杆转子非线性动力学响应特性进行研究。基于达朗贝尔原理建立考虑轮盘之间非线性接触特性的裂纹拉杆转子系统运动方程。采用数值积分方法对运动方程进行求解,得到轮盘振幅随转速变化的曲线。分析裂纹刚度减小量、轮盘质量偏心矢量夹角、接触面阻尼系数、裂纹角等系统参数对轮盘幅频特性的影响。同整体转子相比,裂纹拉杆转子除在1/2阶、1/3阶临界转速附近发生1/2阶、1/3阶亚谐共振外,在超临界转速区域存在超谐共振。系统参数对裂纹拉杆转子幅频特性曲线影响较大。分析结果可为认识裂纹转子系统的响应特性、开展裂纹转子的故障诊断提供理论指导。     

转子裂纹的高阶谱分析

本文研究了具有不同的裂纹深度、裂纹位置的转子裂纹的高阶谱（主要是三阶谱）特性，利用高阶谱对转子裂纹的诊断具有良好的应用前景。     

直斜裂纹转轴的时变刚度特性研究*

本文采用有限元方法建立了裂纹转子系统的动力学方程,利用应变能释放率方法得到了裂纹单元的刚度矩阵,采用应力强度因子为零法模拟裂纹的呼吸效应,详细研究了不同深度的直裂纹和45°斜裂纹转子,在一个稳态旋转周期内,裂纹开闭规律以及转轴刚度时变特性。研究表明裂纹深度的增大使裂纹转轴的刚度变化增大,直裂纹与斜裂纹转轴的刚度变化特性具有明显差异,斜裂纹引起更多与更强的耦合振动,使转子的动力学性能更复杂。