裂纹转子的振动特性分析及参数识别

摘要

该文的主要研究内容为裂纹转子系统的振动特性,其中包括对线性条件下裂纹转子的进一步研究以及对非线性条件下裂纹转子的非线性分叉、混沌分析,并提出了裂纹识别方法.作为基础,同时对停机状态下裂纹转子的振动特性及裂纹参数的识别方法进行了系统研究.为了研究裂纹转子振动的固有特性,文中系统地研究了停机状态下裂纹转子的振动特性并以此为基础提出了裂纹参数的识别方法.首先,以Gundemoson的研究为基础,在小裂纹假设成立的情况下,建立了裂纹参数与转子横向振动固有频率的函数关系,从理论上证明了转子振动与裂纹之间的内在关系,通过这一关系可以从转子各阶固有频率与模态的变化中计算出裂纹的深度与位置.其次,采用有限元法对裂纹转子的固有频率与模态进行了计算,得出了裂纹产生对转子固有频率及模态振型的影响规律,即当裂纹的深度与裂纹位置发生变化时转子的固有频率与模态是如何相应地发生变化.同时,根据计算转子的刚度变化矩阵提出了停机状态下转子中多裂纹的识别方法,并采用有限元的计算结果对这一方法进行了论证与分析,从中得出:刚度变化阵可以有效地用于转子中多裂纹的识别.最后,以有限元法的计算结果作为训练参数,采用神经网络系统建立裂纹深度与裂纹位置的识别方法.在以往研究的基础上,该文进一步研究了在柔性支撑下线性裂纹转子的振动特性,经过理论证明发现:在重力占主导的情况下,柔性支撑下线性裂纹转子的振动具有拟周期特性.同以往建立在理想支撑下的线性裂纹转子模型不同,在该文所研究的线性裂纹转子的模型中对裂纹转子的支撑边界条件进行了扩展,引入了柔性支撑,使模型更加完善.裂纹转子振动的分叉、混沌特性是的该文研究的主要内容之一.与以往研究不同,文中提出了两维裂纹模型,充分考虑在非线性条件下裂纹对主方向、次方向刚度的共同影响,并以此为基础建立转子的动力学模型.以建立的两维裂纹模型为基础,该文研究了转子裂纹的关联维数识别方法,提出了一种新的处理方法用于识别旋转机械中的早期裂纹—不平衡消除法,从而使计算的关联维数对裂纹更加敏感.

目录

文摘

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符号说明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.2.1含裂纹结构的刚度特性

1.2.2结构中裂纹的识别方法

1.2.3裂纹的动态变化规律

1.2.4裂纹转子的振动响应

1.2.5转子中裂纹的识别方法

1.2.6裂纹转子的非线性分析

1.2.7关联维数方法用于系统特征提取

1.3本文的主要工作

第二章停机状态下转子中裂纹参数与振动特性的关系

2.1简述

2.2理论基础

2.3转子振动固有频率的理论计算

2.4固有频率与裂纹参数的关系

2.5裂纹参数的计算

2.6小结

第三章停机状态下转子中裂纹的识别与分析

3.1简述

3.2裂纹转子的有限元模型

3.3有限元计算的结果及分析

3.4神经网络方法用于裂纹参数的识别

3.4.1神经网络方法简述

3.4.2网络的构建

3.4.3网络的训练

3.4.4结果及分析

3.5小结

第四章柔性支撑下裂纹转子的振动特性

4.1简述

4.2裂纹模型

4.3转子—轴承系统

4.4结果分析

4.5实验验证

4.6小结

第五章裂纹转子的非线性特征分析

5.1简述

5.2裂纹转子的非线性模型

5.3裂纹力的重构

5.4结果分析

5.4.1一维裂纹模型下的仿真结果

5.4.2两维裂纹模型下的仿真结果

5.4.3由仿真序列重构的等效裂纹力

5.5仿真结果分析

5.6非线性系统的LYAPUNOV谱

5.6.1 Lyapunov系数的定义

5.6.2 Lyapunov谱的计算

5.7裂纹转子振动的频谱分析

5.8本章小结

第六章关联维数用于转子裂纹的识别

6.1几种吸引子维数的定义

6.1.1容积维数或capacity维数(box-counting dimension)

6.1.2 pointwise维数

6.1.3关联维数(Correlation Dimension)

6.1.4信息维数(Information Dimension)

6.1.5 Lyapunov维数

6.1.6几种吸引子维数的关系

6.2仿真系统的关联维数

6.2.1理论模型

6.2.2相空间重构

6.2.3关联维数的计算结果

6.3关联维数计算方法的改进

6.3.1关联维数算法的改进

6.3.2不平衡影响消除法

6.4由实验数据计算关联维数

6.4.2实验装置

6.4.3实验数据关联维数

6.5小结

第七章总结与展望

7.1总结

7.2本文的创新点

7.3展望

参考文献

致谢

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