基于模型的转子裂纹故障诊断方法研究

《基于模型的转子裂纹故障诊断方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号：V231.96论文编号：102870218-S122学科分类号：082502硕士学位论文基于模型的转子裂纹故障诊断方法研究研究生姓名于宁学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向结构强度与振动指导教师王晓伟南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一七年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringModel-basedrotorcrackfaultdiagnosismetho

2、dAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringByYuNingAdvisedbyLect.WangXiaoweiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2017承诺书本人声明所呈交的硕士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，也不包含为获得南京航空航天大

3、学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（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子是航空发动机的核心部件，运行过程中转轴容易萌生裂纹，易造成航空发动机转子振动过等问题。若裂纹故障发现不及时，转子在不健康状态下运行会影响发动机性能并可能导致严重的事故，因此裂纹转子的监测和故障识别对发动机的安全、可靠运行具有重要意义。准确建立裂纹转子数学模型，了解裂纹转子的动

4、力学特征是故障诊断的前提和基础。本文建立了裂纹转子的数学模型，采用基于模型的方法对转子裂纹故障进行诊断，并对实际裂纹转子进行了实验研究，分析了裂纹转子的动力学特性，验证了裂纹转子建模方法和裂纹识别方法的准确性。首先，基于材料力学和断裂力学理论，采用六自由度Timoshenko单元模型分别推导了不同类型裂纹（直裂纹、斜裂纹、半抛物线裂纹）单元的柔度和刚度矩阵。应用裂纹闭合线(CrackClosureLine，CCL)方法描述裂纹单元的呼吸效应，建立了呼吸裂纹转子系统的数学模型，分析不同类型的裂纹在不同参数下的单元刚度变化特征。应用Newm

5、ark_β积分方法和应力强度因子为零法对呼吸裂纹转子系统的动力学响应进行求解。其次，研究了裂纹转子系统的动力学响应特征。分析了在恒定的转速下，不同的裂纹深度、不同的裂纹倾斜角度以及不同不平衡的大小和相位对系统振动响应的影响，发现裂纹转子在亚临界转速下产生明显的谐波响应分量，在临界转速的1/2和1/3附近时出现次谐波共振现象。之后，采用一种基于模型的故障识别方法，对转子裂纹和不平衡故障进行识别。该方法将故障参数信息表述为谐波等效力，通过Huber-M估计法识别出了不平衡和裂纹故障。并研究了噪声对故障识别精度的影响，分析了Huber-M估计

6、法的鲁棒性。最后，建立转子实验台，获取转子系统旋转盘处的振动响应，分析实际裂纹转子系统的振动特征，并与仿真数据进行对比，验证了裂纹转子数学模型的准确性。并将故障识别方法用于识别实际测量数据，结果表明该方法可以较为准确地识别出转子系统的故障信息。关键词：呼吸裂纹，应力强度因子为零法，Newmark_β积分法，Huber-M估计法I基于模型的转子裂纹故障诊断方法研究ABSTRACTTherotoristhecorecomponentoftheaeroengine.Theshaftiseasytocrackduringoperation,wh

7、ichcaneasilycausetheaeroenginerotortovibratetoomuch.Ifthecrackfailureisnotfoundintime,therotorintheunhealthystatewillaffecttheengineperformanceandmayleadtoseriousaccidents,sothecrackrotormonitoringandfaultidentificationoftheenginesafeandreliableoperationofgreatsignifican

8、ce.Accuratelyestablishingthemathematicalmodelofcrackrotorandunderstandingthedynamiccharacteristicsofthe