裂纹轴刚度模型及裂纹转子动力特性的研究

摘要

文中首先采用文献[27]提出的裂纹开闭模型,研究了Jeffcott裂纹转子的动力特性,探讨了转速、裂纹轴刚度变化、偏心方向与裂纹开口方向之间的夹角以及不平衡量等参数对其动力特性的影响.通过轴心位移矢量与裂纹开口方向之间夹角的计算,研究了在转子运行过程中裂纹的开闭状态.接着,论文基于开闭型裂纹同时引起时变弯曲刚度和时变扭转刚度的假定,详细讨论了裂纹转子的弯扭耦合振动.由于裂纹转子的非线性特性裂纹轴刚度模型的影响很大,因此该文利用边界元法和材料力学中的叠加法计算了裂纹和转盘处于轴上不同位置时裂纹处于16个不同开闭状态下裂纹轴刚度矩阵的10个刚度系数详细讨论了支承跨度、裂纹位置和深度、转盘位置等因素对裂纹轴刚度系数的影响,建立了裂纹轴刚度的数值模型. 为了研究弹性支承对裂纹转子动力特性的影响,论文导出了具有弹性支承偏置裂纹转子的运动微分方程.采用该论文建立的裂纹轴刚度模型,借助于谐波平衡法和四阶龙格-库塔数值积分方法,得到了具有弹性支承偏置裂纹转子的盘心位移响应、支承处加速度响应以及具有弹性支承偏置裂纹转子的分叉与混沌特性.研究了支承刚度以及其它诸因素对系统响应和稳定性的影响.

目录

文摘

英文文摘

声明及授权书

符号说明

第一章绪论

1.1课题研究的意义

1.2国内外研究现状

1.2.1裂纹轴刚度模型

1.2.2裂纹转子的动力学模型及其动态特性的研究

1.2.3小结

1.3本文的研究工作

第二章Jeffcott裂纹转子动力特性分析

2.1引言

2.2裂纹轴的刚度模型

2.3裂纹的开闭模型

2.4运动微分方程的建立

2.5数值仿真

2.5.1转速对转子响应的影响

2.5.2裂纹方向与偏心方向之间的夹角β和偏心量e-对转子响应的影响

2.5.3裂纹轴刚度变化△κ对转子响应的影响

2.5.4转子运行过程中裂纹的开闭情况

2.6本章小结

第三章裂纹转子的弯扭耦合振动分析

3.1引言

3.2运动方程的建立

3.2.1扭转刚性裂纹转子的弯曲振动

3.2.2具有恒定扭转刚度时裂纹转子的弯扭耦合振动

3.2.3具有时变弯曲刚度和时变扭转刚度裂纹转子的弯扭耦合振动

3.3数值分析与讨论

3.4本章小结

第四章具有横向裂纹转子的刚度研究

4.1引言

4.2裂纹轴段在单位弯矩作用下的位移

4.2.1裂纹轴段长度的选取及边界单元的划分

4.2.2旋转惯性力

4.2.3边界条件

4.2.4边界力不连续的处理

4.2.5裂纹前沿的处理

4.2.6程序框图

4.2.7不同开闭状态裂纹轴段在单位弯矩作用下的位移

4.3裂纹和转盘位于轴上不同位置时转轴的刚度

4.3.1简支的裂纹轴在单位载荷作用处的挠度和转角

4.3.2转盘和裂纹在轴上不同位置时简支裂纹轴的刚度矩阵

4.3.3裂纹轴在旋转坐标系oξη和ox'y’中的刚度曲线

4.4各因素对裂纹轴刚度的影响

4.4.1支承跨度对裂纹轴刚度的影响

4.4.2裂纹和转盘位置对裂纹轴刚度的影响

4.4.3裂纹深度对裂纹轴刚度的影响

4.5裂纹轴的刚度模型

4.6本章小结

第五章具有弹性支承的裂纹转子的动力特性分析

5.1引言

5.2运动微分方程

5.3裂纹轴的刚度

5.4应用谐波平衡法计算动力响应

5.4.1谐波平衡法

5.4.2计算结果分析

5.5数值积分法分析动态响应

5.6本章小结

第六章具有弹性支承的裂纹转子的分叉与混沌特性

6.1引言

6.2分叉与混沌特性分析

6.2.1裂纹深度对系统响应的影响

6.2.2转速对系统响应的影响

6.2.3支承刚度对系统响应的影响

6.2.4不平衡量和阻尼对系统响应的影响

6.3本章小结

第七章裂纹转子的实验研究

7.1实验目的和内容

7.2实验装置简介

7.3实验的准备工作

7.4实验结果分析

7.4.1刚支无裂纹转子的振动特性

7.4.2刚支裂纹转子的振动特性

7.4.3具有弹性支承无裂纹转子的振动特性

7.4.4具有弹性支承裂纹转子的动力特性

7.5本章小结

第八章总结与展望

8.1全文工作总结

8.1.1本文主要工作

8.1.2研究工作的主要结论

8.2本文的创新点

8.3研究展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文