本發(fā)明屬于延緩轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種延緩非定常狀態(tài)下轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展的方法。
背景技術(shù)：
：由于轉(zhuǎn)子材料的缺陷或微裂紋的存在，以及轉(zhuǎn)子通常工作在多耦合場(chǎng)(高溫、高壓、高負(fù)荷)和周期性交變載荷共同作用的惡劣環(huán)境下，并伴隨著高速旋轉(zhuǎn)，因此轉(zhuǎn)子系統(tǒng)易誘發(fā)裂紋萌生與擴(kuò)展，該問(wèn)題所引起的故障對(duì)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是極其危險(xiǎn)的。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者研究了裂紋轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特性，尋找轉(zhuǎn)子裂紋的在線診斷方法，通過(guò)監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，在轉(zhuǎn)子發(fā)生災(zāi)難性事故之前及早發(fā)現(xiàn)裂紋，監(jiān)測(cè)裂紋的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)合理維修，防患于未然,在過(guò)去的許多年中，對(duì)轉(zhuǎn)子裂紋的在線診斷研究已經(jīng)取得了一些成果。這些研究主要圍繞著裂紋模型、裂紋轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)模型、裂紋轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)特性分析和裂紋診斷方法等進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究?，F(xiàn)有的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)方法只能夠發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子裂紋的存在，防止災(zāi)難性事故的發(fā)生，但是無(wú)法延緩轉(zhuǎn)子裂紋的擴(kuò)展。此外，現(xiàn)有的延緩轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展的方法基本上都是基于定常狀態(tài)下(加速度等于零)的，而沒(méi)有考慮非定常狀態(tài)下延緩轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展的方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種延緩非定常狀態(tài)下轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展的方法。為此，本發(fā)明技術(shù)方案如下：一種延緩非定常狀態(tài)下轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展的方法，包括按順序進(jìn)行的下列步驟：1)搭建用來(lái)測(cè)試延緩轉(zhuǎn)子裂紋的模型，首先將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸通過(guò)軸承固定在兩個(gè)軸承支架上，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的一端通過(guò)聯(lián)軸器與電機(jī)的輸出軸相連；2)調(diào)整兩個(gè)軸承支架的垂直傾斜角度，通過(guò)軸承壓緊轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸來(lái)增大轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的非對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值，通過(guò)減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中偏離軸承中心的位移來(lái)減小轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值；3)給電機(jī)通電，使電機(jī)以固定的加速度大小帶動(dòng)轉(zhuǎn)子增大轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)到工作轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子做勻速運(yùn)動(dòng)；4)轉(zhuǎn)子勻速運(yùn)行一段時(shí)間需要停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，控制電機(jī)以固定的加速度做勻減速運(yùn)動(dòng)，最終電機(jī)與轉(zhuǎn)子均停止轉(zhuǎn)動(dòng)。所述的步驟1)中的電機(jī)的輸出軸與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸在同一高度。所述的轉(zhuǎn)子為jeffcott轉(zhuǎn)子。所述的轉(zhuǎn)子為帶有微裂紋的轉(zhuǎn)子。所述的步驟3)與步驟4)中加速度值均小于0.1。所述的步驟1)中的兩個(gè)軸承支架設(shè)置在關(guān)于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸中心對(duì)稱(chēng)的位置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該延緩非定常狀態(tài)下轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展的方法可以有效地控制裂紋的開(kāi)閉程度，從而延緩轉(zhuǎn)子裂紋的擴(kuò)展。附圖說(shuō)明圖1為轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為轉(zhuǎn)子裂紋開(kāi)閉程度大小示意圖。圖3為裂紋轉(zhuǎn)子坐標(biāo)及參數(shù)示意圖。圖4(a)為加速度為0.01時(shí)的裂紋開(kāi)閉程度大小仿真圖。圖4(b)為加速度為0.02時(shí)的裂紋開(kāi)閉程度大小仿真圖。圖4(c)為加速度為0.05時(shí)的裂紋開(kāi)閉程度大小仿真圖。圖5(a)為對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值為0.1時(shí)的裂紋開(kāi)閉程度大小仿真圖。圖5(b)為對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值為0.2時(shí)的裂紋開(kāi)閉程度大小仿真圖。圖5(c)為對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值為0.25時(shí)的裂紋開(kāi)閉程度大小仿真圖。圖6(a)為非對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值為0.05時(shí)的裂紋開(kāi)閉程度大小仿真圖。圖6(b)為非對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值為0.15時(shí)的裂紋開(kāi)閉程度大小仿真圖。圖6(c)為非對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值為0.25時(shí)的裂紋開(kāi)閉程度大小仿真圖。圖7(a)為加速度0.01，對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值0.25，非對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值0.05時(shí)的裂紋開(kāi)閉程度大小仿真圖。圖7(b)為加速度0.02，對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值0.2，非對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值0.15時(shí)的裂紋開(kāi)閉程度大小仿真圖。圖7(c)為加速度0.05，對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值0.1，非對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值0.25時(shí)的裂紋開(kāi)閉程度大小仿真圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，但下述實(shí)施例絕非對(duì)本發(fā)明有任何限制。如圖1所示，該一種延緩非定常狀態(tài)下轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展的方法，包括按順序進(jìn)行的下列步驟：1)搭建用來(lái)測(cè)試延緩轉(zhuǎn)子裂紋的模型，首先將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸通過(guò)軸承固定在兩個(gè)軸承支架上，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的一端通過(guò)聯(lián)軸器與電機(jī)的輸出軸相連；2)調(diào)整兩個(gè)軸承支架的垂直傾斜角度，通過(guò)軸承壓緊轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸來(lái)增大轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的非對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值，通過(guò)減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中偏離軸承中心的位移來(lái)減小轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值；3)給電機(jī)通電，使電機(jī)以固定的加速度大小帶動(dòng)轉(zhuǎn)子增大轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)到工作轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子做勻速運(yùn)動(dòng)；4)轉(zhuǎn)子勻速運(yùn)行一段時(shí)間需要停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，控制電機(jī)以固定的加速度做勻減速運(yùn)動(dòng)，最終電機(jī)與轉(zhuǎn)子均停止轉(zhuǎn)動(dòng)。所述的步驟1)中的電機(jī)的輸出軸與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸在同一高度。所述的轉(zhuǎn)子為jeffcott轉(zhuǎn)子。所述的轉(zhuǎn)子為帶有微裂紋的轉(zhuǎn)子。所述的步驟3)與步驟4)中加速度值均小于0.1。所述的步驟1)中的兩個(gè)軸承支架設(shè)置在關(guān)于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸中心對(duì)稱(chēng)的位置。本發(fā)明提供的延緩非定常狀態(tài)下轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展的方法的實(shí)施過(guò)程如下：帶有裂紋的轉(zhuǎn)子一端由單列深溝球軸承支承，另一端由雙列自動(dòng)調(diào)心球軸承支承時(shí)，轉(zhuǎn)子受單列深溝球軸承結(jié)構(gòu)限制恢復(fù)力會(huì)出現(xiàn)不同類(lèi)型的非線性因素，首先，得到轉(zhuǎn)子極坐標(biāo)下對(duì)應(yīng)的勢(shì)能V；V=12(x2+y2)+ϵ30x3+ϵ21x2y+ϵ12xy2+ϵ03y3+β40x4+β31x3y+β22x2y2+β13xy3+β04y4---(1)]]>對(duì)公式(1)在x和y方向上做偏導(dǎo)可以求得支承處x方向與y方向的非線性恢復(fù)力Nx和Ny分別為：Nx=ϵc(1)(3x2+y2)+2ϵs(1)xy+4β(0)x(x2+y2)---(2)]]>Ny=ϵs(1)(x2+3y2)+2ϵc(1)xy+4β(0)y(x2+y2)---(3)]]>其中β(0)為對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)，ε(1)c和ε(1)s為非對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)；其次，根據(jù)圖2將轉(zhuǎn)子裂紋的開(kāi)閉程度表示出來(lái)，從圖2中的幾何關(guān)系可知：tanγ＝R/0.5L(4)tanη=0.5τ/a2-(0.5τ)2---(5)]]>又因?yàn)閠anγ＝tanη(6)其中，a為裂紋深度，L為轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度，R為轉(zhuǎn)子的振動(dòng)幅值，τ為轉(zhuǎn)子在圖2位置時(shí)的裂紋開(kāi)閉程度；由公式(4)、公式(5)、公式(6)可得：轉(zhuǎn)子在圖2位置時(shí)的裂紋開(kāi)閉程度τ的表達(dá)式為：τ=4aR/L2+4R2---(7)]]>當(dāng)圖3中的轉(zhuǎn)渦差角為零時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)子正處于圖2中轉(zhuǎn)子所處的位置，即裂紋處于完全打開(kāi)的狀態(tài)，轉(zhuǎn)渦差角為π/2時(shí)，轉(zhuǎn)子裂紋處于半開(kāi)半閉狀態(tài)，由于此時(shí)裂紋根部受到的由裂紋開(kāi)閉引起的撕扯已經(jīng)很小，認(rèn)為裂紋的開(kāi)閉程度為零，值由0到π/2的過(guò)程用余弦函數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子裂紋開(kāi)閉程度做近似處理，得到該過(guò)程中的裂紋開(kāi)閉程度當(dāng)繼續(xù)增加，轉(zhuǎn)子裂紋經(jīng)歷由半開(kāi)半閉到全閉的過(guò)程，此時(shí)p＝0；轉(zhuǎn)子x，y方向運(yùn)動(dòng)方程的一般表達(dá)式為：{mx··+ξx·+kx+Nx=mreω2cos(ω0t+12ct2+φ0)+mrecsin(ω0t+12ct2+φ0)+mgmy··+ζy·+ky+Ny=mreω2sin(ω0t+12ct2+φ0)+mreccos(ω0t+12ct2+φ0)---(8)]]>其中m為質(zhì)量，ξ為阻尼，k為剛度，c為加速度；圖3中轉(zhuǎn)子在η方向的剛度模型為：圖3中轉(zhuǎn)子在方向的剛度模型為：圖3中轉(zhuǎn)子在η與耦合方向的剛度模型為：通過(guò)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程與轉(zhuǎn)子剛度模型的結(jié)合將轉(zhuǎn)子啟停階段加速度c與轉(zhuǎn)子裂紋開(kāi)閉程度p建立聯(lián)系，并采用MATLAB仿真軟件對(duì)該方法進(jìn)行驗(yàn)證：實(shí)施例一：當(dāng)僅在轉(zhuǎn)子的啟停過(guò)程中對(duì)轉(zhuǎn)子的啟停加速度大小進(jìn)行調(diào)整時(shí)，采用MATLAB軟件繪制轉(zhuǎn)子在啟停過(guò)程中加速度大小與轉(zhuǎn)子裂紋開(kāi)閉程度大小的仿真圖，如圖4所示，通過(guò)觀察可知，隨著轉(zhuǎn)子啟停加速度大小的增加，裂紋開(kāi)閉程度顯著減小，并且縮短了裂紋開(kāi)閉的作用時(shí)間，大大減小了裂紋的開(kāi)閉次數(shù)；因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子已經(jīng)存在裂紋時(shí)，在轉(zhuǎn)子的起始和停車(chē)階段可以通過(guò)適當(dāng)增大加速度值的方式，減小裂紋的開(kāi)閉程度和開(kāi)閉次數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展的延緩。實(shí)施例二：當(dāng)僅對(duì)轉(zhuǎn)子的對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值進(jìn)行調(diào)整時(shí)，采用MATLAB軟件繪制轉(zhuǎn)子的對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值與轉(zhuǎn)子裂紋開(kāi)閉程度大小的仿真圖，如圖5所示，通過(guò)觀察可知，當(dāng)值由0.1增加到0.2時(shí)對(duì)應(yīng)相同時(shí)刻的裂紋開(kāi)閉程度前部有所減小，后部反而增加，并且裂紋開(kāi)閉次數(shù)顯著增加，當(dāng)值由0.2增加到0.25時(shí)對(duì)應(yīng)相同時(shí)刻的裂紋開(kāi)閉程度前部有增有減，后部顯著增加，并且裂紋開(kāi)閉的次數(shù)顯著增加，即當(dāng)對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值較大時(shí)不利于轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展的延緩，因此可以通過(guò)調(diào)整對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值的減小，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展的延緩。實(shí)施例三：當(dāng)僅對(duì)轉(zhuǎn)子的非對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值進(jìn)行調(diào)整時(shí)，采用MATLAB軟件繪制轉(zhuǎn)子的非對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值與轉(zhuǎn)子裂紋開(kāi)閉程度大小的仿真圖，如圖6所示，隨著非對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值的增加對(duì)應(yīng)相同時(shí)刻的裂紋開(kāi)閉程度有減小，開(kāi)閉次數(shù)也同樣減少，因此可以通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)子支撐非對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值的增大，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展的延緩控制。實(shí)施例四：當(dāng)同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子啟停時(shí)的加速度大小、轉(zhuǎn)子對(duì)稱(chēng)性非線性項(xiàng)值、轉(zhuǎn)子非對(duì)稱(chēng)性非線性項(xiàng)值進(jìn)行調(diào)整時(shí)，采用MATLAB軟件繪制轉(zhuǎn)子裂紋開(kāi)閉程度仿真圖，如圖7所示，隨著轉(zhuǎn)子啟停過(guò)程中加速度值的增加，對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值的減小和非對(duì)稱(chēng)非線性項(xiàng)值的增加，轉(zhuǎn)子裂紋開(kāi)閉程度大小顯著減小且開(kāi)閉次數(shù)也顯著減小。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3