转静碰摩故障动力学建模及非线性特征提取技术研究.doc

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1、中图分类号:V231.96；O322论文编号102870710-0022学科分类号:082304硕士学位论文转静碰摩故障动力学建模及非线性特征提取技术研究研究生姓名王美令学科、专业载运工具运用工程研究方向航空器运行监测与故障诊断指导教师陈果教授南京航空航天大学研究生院民航学院2010年01月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofCollegeofCivilAviationThedynamicmodelingandnonlinear

2、characteristicsextractionforrotor-statorrubbingAThesisinVehicleOperationEngineeringEngineeringbyWangMeilingAdvisedbyProfessorNameChenGuoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2010承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成

3、果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,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，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要转静碰摩故障是旋转机械（如航空发动机、汽轮发电机组等）的一种常见重要故障，一旦发生严重碰摩，将使转静子间隙增大

4、、轴承磨损、叶片折断直至机械失效，由此可能引起灾难性事故、造成重大经济损失。因此深入研究转静碰摩机理和振动特性，准确诊断碰摩故障是迫切需要的。但是转静碰摩故障具有强非线性特性，如果采用线性化方法，将不可避免地过滤掉许多重要的非线性振动现象，其分析结果与系统的真实动力学行为之间必然存在不可忽视的差距。有鉴于此，本文基于非线性动力学理论研究了碰摩故障机理，并提取了碰摩故障非线性特征，进行了碰摩故障的智能诊断研究。第一、本文建立了更为真实的新型碰摩转子动力学模型，该模型将转子考虑为两端无约束的等截面自由欧拉梁模型，并对滚动轴承进行了详细建

5、模，考虑了滚动轴承的非线性接触力以及碰摩力，最后运用模态截断法，将系统偏微分方程转化为常微分方程组，并运用新型显式数值积分方法获取转子系统的响应。同时本文对该模型运用ZT-3多功能转子实验器进行了验证,相同参数条件下，实验临界转速值和计算临界转速均在5500r/min左右,验证了模型的正确有效性。最后基于该模型讨论了系统支承对碰摩转子系统响应的影响。第二、基于分形理论、熵理论及小波变换方法，本文提取了转静碰摩故障的关联维数和小波能量谱熵特征。基于已提出的转子碰摩动力学仿真模型，进行了关联维数和小波能量谱熵对碰摩故障的灵敏度分析，表明

6、了本文所提出的关联维数和小波能量谱熵特征对碰摩故障的严重程度具有很高的诊断能力，可作为判别碰摩故障的新依据。第三、构造了基于SVM的碰摩故障智能诊断模型，首先，以碰摩故障仿真样本为学习样本，利用SVM构造了碰摩故障分类器，得出了用于识别碰摩故障的SVM判别函数；然后，利用航空发动机转子故障实验器，通过实验得到碰摩故障实验样本；最后，对其进行降噪处理，计算其关联维数和能量谱熵后，代入SVM判别函数，直接判别是否出现碰摩故障。实验结果验证了本文方法的有效性。关键词：转静碰摩；连续梁模型；模态截断；关联维数；小波能量谱熵；支持向量机65南

7、京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTAsacommonandimportantfaultofrotatingmachinery(suchasaeroengine,turbinegenerator,etc.),seriousrubbingfaultwouldenlargetheclearancebetweenstatorandrotor,wearbearings,breakdownblades,whichmightcausemechanicalfailureevenfatalaccidentsandgreateconomiclo

8、sses.Soitisurgenttoresearchthemechanismandthevibrationcharacteristicsofrubbingrotordeeplyanddiagnosisrubbingfaultaccu