非線性轉(zhuǎn)子裂紋檢測及延緩裂紋擴(kuò)展機(jī)理的研究.pdf

1、航空發(fā)動機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)作為發(fā)動機(jī)的核心部件，轉(zhuǎn)子在飛行器的起降、特技及常態(tài)飛行中時常處于非定常的運轉(zhuǎn)中,該轉(zhuǎn)子一般工作在高溫、高壓、高載荷和周期性交變載荷的惡劣環(huán)境下。由于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)存在材料性能、制造工藝等方面的問題，轉(zhuǎn)子內(nèi)部可能存在微裂紋和微缺陷，運行過程中轉(zhuǎn)子會在微缺陷附近產(chǎn)生應(yīng)力集中，長時間服役運行后容易使其內(nèi)部的微裂紋和微缺陷誘發(fā)成裂紋，裂紋的擴(kuò)展將嚴(yán)重的威脅轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，直至導(dǎo)致十分嚴(yán)重的安全事故。因此，盡早發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子系

2、統(tǒng)內(nèi)存在的裂紋并延緩裂紋擴(kuò)展對于保障機(jī)械設(shè)備的安全穩(wěn)定運行會產(chǎn)生十分重要的意義。
　　目前對轉(zhuǎn)子動力學(xué)的研究主要是基于定常狀態(tài)下的，而對非定常狀態(tài)下轉(zhuǎn)子動力學(xué)的研究較少，本文基于目前國內(nèi)外轉(zhuǎn)子動力學(xué)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，采用了裂紋轉(zhuǎn)子的剛度模型、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性模型并且基于Jeffcott轉(zhuǎn)子模型建立了非定常狀態(tài)下系統(tǒng)的動力學(xué)方程，并且利用傳遞矩陣法建立了將轉(zhuǎn)子系統(tǒng)等效成N個軸段模型的轉(zhuǎn)子動力學(xué)方程。針對轉(zhuǎn)子裂紋在運動過程當(dāng)中的開閉情況

3、，提出了一種全新的可以比較精確地描述轉(zhuǎn)子處于任意旋轉(zhuǎn)位置時的裂紋開閉程度的方法，對得到的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了數(shù)值仿真，并基于不同轉(zhuǎn)子參數(shù)大小的變化對裂紋開閉程度的影響，提出了延緩轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展的方法，采用希爾伯特黃邊際譜的方法對轉(zhuǎn)子的裂紋進(jìn)行檢測。本文主要研究內(nèi)容如下：首先分別研究了裂紋圓周角a、加速度、偏心量e、裂紋擴(kuò)展方向和偏心量的夾角，非線性項參數(shù)（(1)c、(1)s和(0)）對于Jeffcott轉(zhuǎn)子的振動特性與裂紋開閉程度的影響，研究了

4、延緩轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展的策略。此外，求出了利用傳遞矩陣法得到的轉(zhuǎn)子模型的固有頻率，證明了該模型的準(zhǔn)確性。利用希爾伯特黃邊際譜的方法對具有不同裂紋深度的轉(zhuǎn)子進(jìn)行了檢測，并通過與小波法檢測結(jié)果做比較，體現(xiàn)出了希爾伯特黃邊際譜在轉(zhuǎn)子裂紋檢測方面相較于其它的信號處理方法的優(yōu)越性。
　　研究結(jié)果表明基于希爾伯特黃邊際譜的信號處理方法可以有效的實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子裂紋的早期檢測，并且提出的延緩轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展的方法可以有效的減小轉(zhuǎn)子裂紋的開閉程度，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子裂紋