基于非線性輸出頻率響應(yīng)函數(shù)的轉(zhuǎn)子裂紋故障診斷方法研究.pdf

1、本論文在國家自然科學基金(50775208、51075372)、湖南省機械設(shè)備健康維護重點實驗室開放基金(200904)和河南省教育廳自然科學基金(2008C460003)資助下,將非線性輸出頻率響應(yīng)函數(shù)(Nonlinear output frequency responsefunctions,簡稱為NOFRF)應(yīng)用到轉(zhuǎn)子裂紋的故障診斷中去,深入研究了基于NOFRF模型的轉(zhuǎn)子裂紋故障診斷方法,并進行了仿真研究,取得了一些創(chuàng)新性成果。本文

2、的主要內(nèi)容包括:
　　 第一章,論述了本課題的提出及研究意義,綜述了非線性系統(tǒng)辨識的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其在故障診斷中的應(yīng)用,并對轉(zhuǎn)子裂紋故障的檢測診斷方法及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀做了闡述。提出了本論文的主要內(nèi)容與創(chuàng)新之處。
　　 第二章,論述了系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)的定義和算法,在此基礎(chǔ)上,將線性系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)推廣到非線性系統(tǒng)中,詳細論述了非線性輸出頻率響應(yīng)函數(shù)的理論,給出了基于非線性頻率響應(yīng)函數(shù)模型的故障診斷過程。本章內(nèi)容是整篇論

3、文的理論基礎(chǔ)。
　　 第三章,詳細討論了裂紋軸的剛度計算,裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動表現(xiàn)出強烈的非線性,裂紋存在減小了轉(zhuǎn)子的剛度,斜裂紋還會引起轉(zhuǎn)軸剛度的相互耦合。本章首先介紹了常用的幾種裂紋模型,而后依據(jù)斷裂力學原理,詳細推導(dǎo)了裂紋軸剛度的計算方法,并分析了裂紋位置,裂紋深度等參數(shù)變化時,裂紋軸剛度的變化規(guī)律,特別對斜裂紋轉(zhuǎn)軸的剛度耦合進行了深入分析,合理解釋了斜裂紋轉(zhuǎn)子響應(yīng)中出現(xiàn)的多頻率耦合現(xiàn)象。
　　 第四章,非線性輸出頻

4、率響應(yīng)函數(shù)是在廣義頻率響應(yīng)函數(shù)的基礎(chǔ)上提出來的,是非線性系統(tǒng)Volterra級數(shù)模型的深入演化和擴展,它同樣能反映系統(tǒng)的本質(zhì)傳遞特征,也可以利用系統(tǒng)的輸入輸出辨識得到,最大優(yōu)點在于它的表示形式是一維的,更容易理解。基于此,本章將非線性輸出頻率響應(yīng)函數(shù)(NOFRF)應(yīng)用到裂紋轉(zhuǎn)子的故障診斷中,提出了基于NOFRF的轉(zhuǎn)子裂紋故障診斷方法。辨識得到裂紋轉(zhuǎn)子的NOFRF值,清楚的解釋了系統(tǒng)高階頻率的產(chǎn)生;通過對比不同位置,不同深度的系統(tǒng)各階NO

5、FRF值,得出了NOFRF值隨裂紋參數(shù)的變化關(guān)系,發(fā)現(xiàn)了對裂紋位置敏感的NOFRF值;通過檢測敏感參數(shù)的變化,結(jié)合頻域分析,可實現(xiàn)對裂紋故障的檢測診斷。實驗驗證了該方法的有效性。
　　 第五章,轉(zhuǎn)子上的斜裂紋引起了系統(tǒng)各方向的剛度耦合,振動特性更加復(fù)雜。本文對受水平,垂直,軸向,扭矩四個方向單位載荷情況的直斜裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng),進行了動力學方程求解,對比分析了直斜裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的軸向和橫向振動特征;辨識得到了斜裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的NOFRF模