轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩故障的混沌分形特征研究.pdf

1、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械最主要的組成部分,一旦發(fā)生故障,將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失.由各種非線性因素(非線性油膜力、非線性內(nèi)阻力、碰摩、裂紋等),導(dǎo)致轉(zhuǎn)子系統(tǒng)呈現(xiàn)出非線性動(dòng)力學(xué)特性.目前針對(duì)非線性因素耦合碰摩故障的研究還不成熟,其動(dòng)力學(xué)行為非常復(fù)雜,有時(shí)表現(xiàn)出混沌特征,所以對(duì)其混沌行為進(jìn)行理論研究可以為轉(zhuǎn)子故障診斷提供有力依據(jù).同時(shí)在設(shè)備故障診斷領(lǐng)域,出現(xiàn)了基于混沌時(shí)間序列信號(hào)相空間重構(gòu)的分形故障特征提取方法,為從全新角度更深刻地認(rèn)識(shí)復(fù)雜非線性動(dòng)力

2、系統(tǒng)的故障行為提供了新的手段,也為從混沌現(xiàn)象中揭示故障的本質(zhì)提供了基礎(chǔ),所以對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行混沌分形特征研究具有重要意義.對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性因素耦合碰摩故障機(jī)理進(jìn)行了研究,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)通常受到幾種非線性因素的耦合作用,不同激勵(lì)因素之間相互影響,使得轉(zhuǎn)子的碰摩故障更加復(fù)雜,非線性動(dòng)力學(xué)特性更加豐富.所以,本文針對(duì)非線性耦合碰摩故障,建立了具有非線性碰摩力和油膜力耦合的.Jeffcott轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型.對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性運(yùn)動(dòng)微分方程進(jìn)行了

3、數(shù)值分析.采用四階龍格庫(kù)塔法對(duì)非線性因素耦合的碰摩故障運(yùn)動(dòng)微分方程進(jìn)行求解,對(duì)徑向位移量為0.3時(shí)的混沌特性進(jìn)行了研究,分析了不同頻率比時(shí)的Poincare映射圖、相圖和軸心軌跡圖,可以有效地分析出系統(tǒng)的周期運(yùn)動(dòng)、擬周期運(yùn)動(dòng)和混沌狀態(tài).對(duì)不同徑向位移量和不同速度影響因數(shù)時(shí)轉(zhuǎn)子碰摩故障隨頻率比變化的動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行了研究,提取了混沌分形特征參數(shù),找出了混沌演化的固有規(guī)律,為進(jìn)一步開展轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)研究提供了理論基礎(chǔ).從相空間重構(gòu)角度

4、對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)典型故障進(jìn)行混沌分形特征提取的研究.首先對(duì)混沌吸引子進(jìn)行了相空間重構(gòu),對(duì)重要參數(shù)m和τ進(jìn)行了研究.對(duì)在本特利轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)上測(cè)得的正常、不平衡、碰摩、油膜渦動(dòng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,首先計(jì)算振動(dòng)信號(hào)的最大Lyapunov指數(shù),以判斷是否進(jìn)入混沌狀態(tài),之后進(jìn)行關(guān)聯(lián)維數(shù)特征提取,采用G-P算法計(jì)算動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)維數(shù).關(guān)聯(lián)維數(shù)是度量分形復(fù)雜性的重要指標(biāo),可刻畫混沌吸引子的"奇異"程度.通過(guò)大量的計(jì)算提取了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不同狀態(tài)的混沌分形特征指數(shù),