弹性支承-裂纹转子动力学特性及故障特征提取方法研究.pdf

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1、硕士学位论文弹性支承-裂纹转子动力学特性及故障特征提取方法研究RESEARCHONDYNAMICCHARACTERISTICSANDFAULTFEATUREEXTRACTIONMETHODSOFACRACKEDROTORWITHELASTICSUPPORTS李豫哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH133.37学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文弹性支承-裂纹转子动力学特性及故障特征提取方法研究硕士研究生：李豫导师：何鹏讲师申请学位：工学硕士学科：动力机械及工程所在单位：能源科学与工

2、程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH133.37U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONDYNAMICCHARACTERISTICSANDFAULTFEATUREEXTRACTIONMETHODSOFACRACKEDROTORWITHELASTICSUPPORTSCandidate：LiYuSupervisor：Instr.HePengAcademicDegreeAppliedfor：

3、MasterofEngineeringSpeciality：PowerMachineryandEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：June，2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要航空发动机和燃气轮机是航空、大型水面舰船和清洁发电领域的核心动力装置，对可靠性和安全性的要求极高。在长期恶劣且多变的复杂载荷作用下，发动机转子易出现裂纹

4、，且伴随着裂纹的扩展又将对各型机组的正常稳定运行造成影响，成为潜在的巨大安全隐患。因此，基于振动信号对裂纹转子进行故障诊断具有重要现实意义。本文以断裂力学领域应力强度因子为出发点，给出各型应力强度因子的表达形式，建立应变能释放率与应力强度因子之间的关系，结合卡式定理以及局部-全局坐标系各矩阵变换关系，利用Dimarogonas法求解固定坐标系中对应的单元刚度。在转子旋转过程中，以张开型应力强度因子的正负来表述裂纹的周期性开合变化规律。以基于动力学相似设计的转子为研究对象，研究了不同裂纹相对深度、倾斜角度、裂纹前缘形状、不平衡

5、力以及转速对呼吸裂纹开合变化规律、单元刚度时变特性的影响。针对常开裂纹与呼吸裂纹两种模型，分别研究了上述各参数对各自振动响应特性、临界转速等的影响规律，并做了相互对比，分析二者的异同点。结果均表明：裂纹的出现在增大转子基频振动的同时，带来了明显的倍频成分，其中以2倍频最为明显；由于裂纹“弱化”了转子的刚度，引起了临界转速的下降，同时引起转子的亚临界共振，且当裂纹位于振型较大的位置时对该阶临界转速的影响就越大。根据计算获得的裂纹故障特征，以某机组实际裂纹转子为例，结合故障诊断理论及特征提取方法，进行裂纹转子故障实例分析。关键词

6、：裂纹转子；应力强度因子；时变刚度；动力学特性；故障特征提取-I-AbstractAbstractAeroenginesandgasturbinesasthecorepowerplantsinthefieldofaviation,largesurfacewarshipandcleanpowergeneration.Itsreliabilityandsafetyrequirementsareextremelyhigh.Theenginerotorsystemispronetocracksduetothecontinuousha

7、rshandvariableload.Withtheexpansionofthecrack,itwillaffectthenormalstableoperationofthepowerunit.Meanwhile,ithasbecomeapotentiallyhugesecurityrisk.Therefore,itisofgreatsignificancetodiagonosethecrackedrotorbasedonthevibrationsignal.Inthispaper,therelationshipbetwee

8、nstrainenergyreleaserateandstressintensityfactorisestablishedbasedontheexpressionofvarioustypesofstressintensityfactors.CombiningtheCastingliano’