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断裂学理论有限元动力模型研究
专栏：毕业论文
发布日期：2020-07-16
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第2导师提供在线1对1及在线班课的论文写作辅导培训。含1对1论文辅导课、写作录播课、学术启蒙课等，采用1对1真人在线互动教学形式，利用电脑、手机及ipad等移动终端。
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第1章绪论
1.1选题背景和课题研究的目的与意义
(1)从断裂力学理论出发,考虑了裂纹强度因子中剪力因素在裂纹截面处的影响,并给出了理论上的详细推导,采用局部柔度理论计算了裂纹深度对裂纹附加柔度的影响,从理论上证明了,若忽略裂纹截面剪力在截面产生弯矩的影响,将对裂纹单元刚度矩阵产生较大的误差。通过建立的复杂裂纹转子有限元动力学模型,对裂纹深度、位置对单一裂纹及双裂纹转子系统固有特性的影响进行了细致的分析,指出了单一裂纹、双裂纹转子系统的裂纹敏感位置。分析了不同裂纹位置对单一裂纹转子系统和双裂纹转子系统亚临界、主共振区及超临界转速下的非线性动力学响应,以及双裂纹转子系统不同裂纹方向角对双裂纹转子系统动力学响应的影响,相应的轴心轨迹与频谱分析为单(多)裂纹转子系统,尤其是为多裂纹转子系统的故障识别提供了理论依据。、
21概述
转子轴系是大型旋转机械设备如汽轮机、航空发动机等的重要部件,转子轴系通常工作在高温、高压和高速运转的环境中。它们不但受到机械载荷(如重力不严衡等)的作用,而且由于转子附近温度场的变化,还要承受交变热负荷。转子剧造和机械加工过程中形成的缺陷如非金属杂质、气孔、沙眼以及转子轴肩处过渡画弧太小、转子表面的刀痕等,容易使转子负荷变化等工况下受交变机械应力和应力的作用面产生应力集中,较快地发展为这这些劳裂纹如不及时发现,就会在交变载荷的作用下扩展、突变以致引起灾难性的断裂事故。本章在考虑裂纹界面剪力引起的弯矩情况下,从断裂力学理论出发,重新建立了裂纹深度与裂纹产生的局部柔度变化之间的关系,在此基础上研究了转子裂纹深度、位置及裂纹方向角等因素变化对单一裂纹和双裂纹转子系统固有特性造成的影响。系统研究了单一裂纹和双裂纹转子系统非线性动力学的响应
问题。此外,对单一裂纹及双裂纹转子系统刚度突变进行了研究。
本章小结
(1)裂纹转子系统的裂纹模型一直是裂纹转子系统建模和非线性动力学研究的重要基础,本章从断裂力学理论出发,考虑了裂纹强度因子中剪力因素在裂纹截面处的影响,从理论上给出了详细的推导,采用局部柔度理论计算了裂纹深度对裂纹附加柔度的影响,从理论上证明了,若忽略裂纹截面剪力在截面产生弯矩的影响,将对裂纹单元刚度矩阵产生较大的误差
(2)通过建立的复杂裂纹转子有限元动力学模型,对裂纹深度、位置对裂纹及双裂纹转子系统固有特性的影响进行了细致的分析,指出了单纹、双裂纹转子系统的裂纹敏感位置。
第3章基于模态分析的转子裂纹故障
人工神经网络智能识别方法研究
3.1概述
在转子重要故障中,裂纹故障发生概率不是很大,但一旦发生,随着裂纹的扩展、突变,轻者造成设备损坏,重者机毁人亡。因此,若对裂纹的发生及参数不及时做出诊断,会给生产安全带来极大的安全隐患。转子裂纹故障较其他转子故障如碰摩、松动、油膜振荡等具有一些固有的特点:
1)故障发生位置不确定。相对其他故障而言,碰摩故障多发生在叶轮与机壳之间、轴承与轴径之间等转子与定子间隙较小的位置;松动故障发生在旋转机械本体与基础之间的连接处;油膜振荡则确定性地发生于轴承处。对于此类故障,一旦发生,很容易判断故障的发生位置,可及时进行故障排除。而转轴裂纹故障,不仅常发生于应力集中处,如转子根部、阶梯轴过渡处等,也常因其他原因发生于转轴上任何不确定的位置,例如由材料原因、工作环境腐蚀造成的转轴局部裂纹等。即便通过时频分析得出裂纹故障的存在,对其定位也存在一定的困难。
3.7本章小结
(1)融合有限元、模态分析、人工神经网络等手段,创新性地提出基于模态振型分析的转子裂纹损伤故障参数神经网络识别方法。在方法的实现过程中采用了基于 Levenberg- Marquardt算法的BP神经网络,实现了裂纹故障重要参数,即位置和深度的定量诊断,为裂纹故障的在线检测提供了新的思路和方法。
(2)通过裂纹转子前三阶训练网络的误差分析对比知,对于一阶训练网络,裂纹深度比大于0.4时,训练样本数量对识别误差影响较小,只是随着裂纹深度的减小,较少的训练样本对识别误差的影响才体现出来;对于二阶训练网络,对较深裂纹,在较多训练样本的情况下,识别误差依然能够控制在较好的误差范围内;对于三阶训练网络,只有当裂纹深度较深时,可以得到较满意
的识别效果。上述表明一阶训练网络识别效果优于其他,即从理论上可以实现纹转子的启机(低转速)过程检测识别。
(3)结果分析表明,利用低阶模态可以实现少样本情况下裂纹故障的较精确识别。
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第1章绪论
1.1选题背景和课题研究的目的与意义
(1)从断裂力学理论出发,考虑了裂纹强度因子中剪力因素在裂纹截面处的影响,并给出了理论上的详细推导,采用局部柔度理论计算了裂纹深度对裂纹附加柔度的影响,从理论上证明了,若忽略裂纹截面剪力在截面产生弯矩的影响,将对裂纹单元刚度矩阵产生较大的误差。通过建立的复杂裂纹转子有限元动力学模型,对裂纹深度、位置对单一裂纹及双裂纹转子系统固有特性的影响进行了细致的分析,指出了单一裂纹、双裂纹转子系统的裂纹敏感位置。分析了不同裂纹位置对单一裂纹转子系统和双裂纹转子系统亚临界、主共振区及超临界转速下的非线性动力学响应,以及双裂纹转子系统不同裂纹方向角对双裂纹转子系统动力学响应的影响,相应的轴心轨迹与频谱分析为单(多)裂纹转子系统,尤其是为多裂纹转子系统的故障识别提供了理论依据。、
21概述
转子轴系是大型旋转机械设备如汽轮机、航空发动机等的重要部件,转子轴系通常工作在高温、高压和高速运转的环境中。它们不但受到机械载荷(如重力不严衡等)的作用,而且由于转子附近温度场的变化,还要承受交变热负荷。转子剧造和机械加工过程中形成的缺陷如非金属杂质、气孔、沙眼以及转子轴肩处过渡画弧太小、转子表面的刀痕等,容易使转子负荷变化等工况下受交变机械应力和应力的作用面产生应力集中,较快地发展为这这些劳裂纹如不及时发现,就会在交变载荷的作用下扩展、突变以致引起灾难性的断裂事故。本章在考虑裂纹界面剪力引起的弯矩情况下,从断裂力学理论出发,重新建立了裂纹深度与裂纹产生的局部柔度变化之间的关系,在此基础上研究了转子裂纹深度、位置及裂纹方向角等因素变化对单一裂纹和双裂纹转子系统固有特性造成的影响。系统研究了单一裂纹和双裂纹转子系统非线性动力学的响应
问题。此外,对单一裂纹及双裂纹转子系统刚度突变进行了研究。
本章小结
(1)裂纹转子系统的裂纹模型一直是裂纹转子系统建模和非线性动力学研究的重要基础,本章从断裂力学理论出发,考虑了裂纹强度因子中剪力因素在裂纹截面处的影响,从理论上给出了详细的推导,采用局部柔度理论计算了裂纹深度对裂纹附加柔度的影响,从理论上证明了,若忽略裂纹截面剪力在截面产生弯矩的影响,将对裂纹单元刚度矩阵产生较大的误差
(2)通过建立的复杂裂纹转子有限元动力学模型,对裂纹深度、位置对裂纹及双裂纹转子系统固有特性的影响进行了细致的分析,指出了单纹、双裂纹转子系统的裂纹敏感位置。
第3章基于模态分析的转子裂纹故障
人工神经网络智能识别方法研究
3.1概述
在转子重要故障中,裂纹故障发生概率不是很大,但一旦发生,随着裂纹的扩展、突变,轻者造成设备损坏,重者机毁人亡。因此,若对裂纹的发生及参数不及时做出诊断,会给生产安全带来极大的安全隐患。转子裂纹故障较其他转子故障如碰摩、松动、油膜振荡等具有一些固有的特点:
1)故障发生位置不确定。相对其他故障而言,碰摩故障多发生在叶轮与机壳之间、轴承与轴径之间等转子与定子间隙较小的位置;松动故障发生在旋转机械本体与基础之间的连接处;油膜振荡则确定性地发生于轴承处。对于此类故障,一旦发生,很容易判断故障的发生位置,可及时进行故障排除。而转轴裂纹故障,不仅常发生于应力集中处,如转子根部、阶梯轴过渡处等,也常因其他原因发生于转轴上任何不确定的位置,例如由材料原因、工作环境腐蚀造成的转轴局部裂纹等。即便通过时频分析得出裂纹故障的存在,对其定位也存在一定的困难。
3.7本章小结
(1)融合有限元、模态分析、人工神经网络等手段,创新性地提出基于模态振型分析的转子裂纹损伤故障参数神经网络识别方法。在方法的实现过程中采用了基于 Levenberg- Marquardt算法的BP神经网络,实现了裂纹故障重要参数,即位置和深度的定量诊断,为裂纹故障的在线检测提供了新的思路和方法。
(2)通过裂纹转子前三阶训练网络的误差分析对比知,对于一阶训练网络,裂纹深度比大于0.4时,训练样本数量对识别误差影响较小,只是随着裂纹深度的减小,较少的训练样本对识别误差的影响才体现出来;对于二阶训练网络,对较深裂纹,在较多训练样本的情况下,识别误差依然能够控制在较好的误差范围内;对于三阶训练网络,只有当裂纹深度较深时,可以得到较满意
的识别效果。上述表明一阶训练网络识别效果优于其他,即从理论上可以实现纹转子的启机(低转速)过程检测识别。
(3)结果分析表明,利用低阶模态可以实现少样本情况下裂纹故障的较精确识别。
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