轴向力作用下转轴中弹性波传播特性研究

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1、ZSTUZhejiangSci-TechUniversity硕士学位论文Master’sThesis中文论文题目：轴向力作用下转轴中弹性波传播特性研究英文论文题目：AStudyaboutthePropagationCharacteristicsoftheElasticWaveinashaftunderAxialForce学科专业：机械工程作者姓名：赵志伟指导教师：陈文华教授完成日期：2017年12月17日浙江理工大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢

2、的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。鴦学位论文作者签名：签字日期：＞／《年月日歹，学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解浙江理工女举有叔保留林向、国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘允许论文被查，阅和借阅。本人授权逝江藍玉太曼可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制

3、手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：私身？签字日期：ｙ／《年月７日多导师签名：签字日期：年；月？日浙江理工大学硕士学位论文轴向力作用下转轴中弹性波传播特性研究摘要本文依托于国家自然科学基金项目“基于弹性波传播特性的大型旋转机械主轴裂纹检测方法研究”批准号（51505430），采用传递矩阵方法，分析了轴向力、轴端面面积比以及转速对转轴中弹性波传播特性的影响。转轴中弹性波的传播特性受到轴受力情况、本身几何尺寸、形状等因素的影响，同时转速也可能对弹性波在转轴中的传播特性产生影响。

4、针对数值分析的结果，进行了有限元仿真分析，设计并搭建了实验系统，利用实验、有限元仿真分析对理论分析进行验证。研究结果有助于解决变截面转轴等机械构件在承受轴向载荷时弹性波的传播机理问题，可为利用弹性波传播特性识别构件上的载荷状况以及对转轴的动力学特性分析提供参考。论文的主要研究工作以及章节安排如下：第一章阐述了有关弹性波传播的研究背景与意义。对转轴等介质中弹性波传播相关的国内外研究现状、研究方法和应用前景进行了综述，对目前研究仍未解决的转轴中弹性波传播特性等一些问题进行了归纳，进而提出了本文的研究目标和研究内容。第二章首先对弹性波的概念、弹性

5、波在转轴中的传播特性及传递矩阵进行了介绍，推导出了轴向力对弹性波传递矩阵的影响关系式，然后以不存在轴向力作用时的传递矩阵为基础，利用叠加原理，推导得出了轴向力作用下变截面转轴的传递矩阵。第三章首先利用了数值分析方法，对弹性波传递矩阵的特征值进行了求解分析，研究了轴向力、转轴端面面积比以及转速对弹性波传播特性的影响。针对数值分析的结果，进行了有限元仿真分析，仿真结果与理论分析结果一致，证明了理论分析的正确性，即：当变截面转轴承受轴向力作用时，弹性波在转轴中传播时将会出现一个新阻带，随着轴向力的增大，该阻带中心频率降低；当变截面转轴承受恒定轴向

6、力作用时，随着转轴端面面积比增大，该阻带中心频率变高。为了对理论和仿真分析结果进行进一步验证，第四章搭建了实验系统并进行了相关实验。对搭建的整个实验系统以及实验方案进行了介绍，对轴向力和端面面积比的实验数据进行了分析说明，实验结果与理论分析及有限元仿真结果接近。第五章，总结全文，并对全文研究工作进行展望。关键词：轴向力；传播特性；弹性波；变截面转轴；传递矩阵；实验系统I浙江理工大学硕士学位论文轴向力作用下转轴中弹性波传播特性研究ABSTRACTThisdissertationissupportedbytheNationalNaturalFu

7、ndproject‘Researchonmethodofcrackdetectionforshaftsoflargerotatingmachinerybasedonpropagationcharacteristicsofelasticwave’(No.51505430).Basedonthemethodoftransfermatrix,theaxialforces,axialcross-sectionalareaandtherotationalspeedhavebeeninvestigated.Thepropagationcharacter

8、isticsoftheelasticwaveinfluencedbythosefactorshavebeenconfirmed.Thepropagationcharacteris