含内部裂纹的空心轴转子系统动力学分析

摘要

对含有内部裂纹的空心轴转子系统进行动力学建模,研究内部裂纹对转子系统的动力学行为的影响规律.基于空心轴Timoshenko梁-轴模型和中性轴理论,建立以截面惯性矩为变量的裂纹单元刚度矩阵,采用转子动力学有限元方法建立裂纹转子系统的动力学方程.使用谐波平衡法求解动力学方程得到各点的稳态响应,表明裂纹的出现不仅降低了转子系统的临界转速,还使转子在临界转速和亚临界转速附近均出现振动的峰值;分析了裂纹的深度、裂纹的位置对转子系统的影响,表明裂纹位于转轴中部时对转子系统的影响较大,而且随着裂纹的扩展,振动峰值会增大,同时在亚临界转速附近转子系统会发生超谐波共振.研究结论可以为空心轴裂纹的检测和识别提供一定的指导.