裂纹转子的振动控制与延缓裂纹扩展机理的研究

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1、中图分类号TH133.2论文编号10060.54)060学科分类号4601520密级TIANJINUNIVERSITYOFTECHNOLOGY工程硕士学位论文•DISSERTATION裂纹转子的振动控制与延缓裂纹扩展机理的研究ResearchofCrackRotorVibration•“ControlandDelayingCrack••^^Propagation111MnliiimiSm工程领域:机械工程作者姓名:王亮富指导教iiS刘军教授天津理工大学研究生部二〇一五年一月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

2、的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，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:大津理.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己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年3月“曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津理工大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天逮珅1:大学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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有

3、关部门或机构送交论文的复本和电子文件。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明）夕r广学位论文作者签名：土1fed导师签名：^签字日期：如年；？月"日签字曰期：年）月“日分类号：TH133.2密级：天津理工大学研究生学位论文裂纹转子的振动控制与延缓裂纹扩展机理的研究（申请工程硕士学位）学科专业：机械工程研究方向：裂纹转子振动控制作者姓名：王亮富指导教师：刘军教授2015年1月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeResearchofCra

4、ckRotorVibrationControlandDelayingCrackPropagationByWangLiangfuSupervisorLiuJunJanuary2015i摘要转子系统是大功率，高转速动力机械的重要组成部分，如直升机发动机、轮船汽轮机、电厂发电机组和重型机床等，一般其工作在相当恶劣环境条件下，受到高温、高压、高载荷作用。由于转子材料的微缺陷和加工引起的微创伤，运行过程中在交变载荷的持续作用下，易诱发转子裂纹的萌生以及裂纹扩展直至造成灾难性的重大事故。因此，早期的转子系统裂纹的检测和监测，进行裂纹转子振动

5、控制以及延缓裂纹扩展的研究，对于掌握转子裂纹影响规律，提高转子的寿命和抗故障能力，以及军事、航空航天领域支持设备持续运行，工业生产领域防止灾难性事故的发生等有着突出贡献。本文以国内外裂纹转子的研究技术为基础，选用了2自由度非线性转子动力学模型、电磁执行器（Electro-MagneticActuatorEMA）作用力数学模型以及转子裂纹开闭状态描述函数，设计了控制电磁执行器的参数自调整模糊PID控制器，并进行了数值仿真研究。本文研究的主要内容和结论如下：首先，分析了同步状态下参数（回转速度、裂纹夹角、非线性参数、裂纹位置与裂纹深

6、度）变化对转子系统的振动特性、裂纹开闭状态和开闭周期等的影响。另外，探讨了在非同步状态下运行参数对转子中裂纹开闭状态的影响；其次，为了实现对非线性裂纹转子振动控制和延缓裂纹扩展等目的，提出了利用电磁执行器对裂纹转子非线性振动和裂纹扩展的主动控制方法；最后，采用常规PID控制和模糊PID控制策略对EMA作用下转子系统进行主动控制，并分析比较了两种控制策略对于EMA作用下转子系统控制效果的优劣。本文通过比较不同参数变化对裂纹开闭状态的影响，总结出同步与非同步状态下参数变化所引起裂纹开闭状态的突变规律，验证延缓裂纹扩展机理的可行性，以

7、及相比于常规PID控制，模糊PID控制对转子系统的优点。结果表明，在转子运行过程中，EMA能够对裂纹转子在亚临界，临界以及超临界转速下的振动进行有效的控制，能够使裂纹始终保持闭合状态，有效的延缓了裂纹扩展。基于模糊PID控制方法对非线性转子进行振动控制相对与常规PID控制具有更小的位移响应，调节时间也相对较短。通过对两种控制方法控制效果的比较，模糊PID控制器具有更强的鲁棒性和抗干扰能力。关键词：裂纹转子延缓裂纹扩展电磁执行器非线性振动控制模糊PID控制ivAbstractRotorsystemisanimportantpart

8、ofthehigh-powerandhighrotationspeedmotivepowermachinessuchasaero-engine,steamturbine,generatorsets,heavydutymachine,etc,whichusuall