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故障旋转机械动力学及诊断技术中若干问题的研究

作　者: 姚红良
导　师: 闻邦椿
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 非线性动力学转子-轴承系统单一故障耦合故障碰摩裂纹支撑松动周期解随机灵敏度可靠度小波 kalman滤波基于模型的定量诊断
分类号: TH113.1
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
下　载: 1298次
引　用: 7次
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内容摘要

随着科学技术的进步和现代工业的发展，旋转机械在电力、能源、交通、国防和化工等领域中得到广泛应用并发挥着越来越重要的作用，对旋转机械动力特性的研究也逐渐得到了人们的重视。对于复杂的旋转机械系统，由于各种非线性因素及各种故障的影响，在振动剧烈时会发生机毁人亡的重大事故。因此，研究转子系统故障机理和诊断技术有着十分重要的意义，目前国内外研究学者在这些方面进行了大量的研究，已取得了丰硕的成果。深入分析某一型号旋转机械力学模型的动力学特性，有助于该种旋转机械的设计和使用，但是许多情况下，力学模型的建立要考虑参数的随机特性。实际的转子系统结构参数的随机性是由于工程材料特性、加工制造的原因以及使用环境的影响造成的，因此，即使是同一批生产的同一型号的转子系统，其实际结构参数仍具有一定的差异。分析各随机参数对旋转机械运行的灵敏度问题，可以得知哪些参数在设计、制造时需要严格控制，避免设计的盲目性；分析各随机参数对旋转机械故障特征的影响，可以得知在故障发生时，需要首先修改哪些参数，从而可以减小或根治该类故障。分析旋转机械运行的可靠性，可得知旋转机械各部件的安全程度，而对设计进行修正，避免意外故障的发生，此外还可以通过可靠性指标来评价整机的设计水平。因此，转子系统的灵敏度和可靠性分析在旋转机械的设计、生产、使用、故障维修处理等方面均有重要的应用价值。旋转机械的故障诊断对于旋转机械的安全运行和维护保养具有重要的意义，国内外的许多科技工作者致力于故障诊断的研究，在故障机理的分析、故障特征的提取、故障预测及推理、故障诊断等多个方面取得了显著的成果，并取得了重大的经济效益和社会效益。目前工业生产的发展要求故障诊断技术能够迅速地定量诊断出故障的具体位置以及故障的严重程度，因此国际上已兴起了旋转机械定量诊断技术的研究，并在单一故障的诊断中取得了成功。本论文的工作主要集中对旋转机械故障机理和定量故障诊断的研究，具体内容如下：

全文目录

独创性声明  3
学位论文版权使用授权书  3-4
摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章绪论  12-30
  1.1 课题研究的目的和意义  12-13
  1.2 非线性转子动力学问题研究方法  13-17
  1.3 故障转子动力学机理的研究现状  17-23
    1.3.1 单一故障转子系统动力学机理的研究现状  17-21
    1.3.2 耦合故障转子系统动力学机理的研究现状  21
    1.3.3 转子系统稳定性的研究现状  21-23
  1.4 故障转子系统诊断技术的研究现状  23-28
    1.4.1 故障诊断技术的研究现状  23-26
    1.4.2 转子系统常见故障的诊断技术研究现状  26-28
  1.5 论文的主要研究内容  28-30
第二章随机参数非线性故障转子系统的动力学分析  30-50
  2.1 概述  30-31
  2.2 随机参数非线性系统周期响应分析方法  31-33
    2.2.1 随机参数非线性系统响应分析  31-32
    2.2.2 打靶法  32-33
    2.2.3 随机参数非线性系统周期响应分析  33
  2.3 随机参数非线性系统可靠性和可靠性灵敏度分析  33-35
    2.3.1 可靠性分析  33-35
    2.3.2 可靠性灵敏度分析  35
  2.4 故障转子系统可靠性和可靠性灵敏度分析  35-49
    2.4.1 无故障转子系统可靠性和可靠性灵敏度分析  35-40
    2.4.2 裂纹故障转子系统可靠性和可靠性灵敏度分析  40-43
    2.4.3 碰摩故障转子系统可靠性和可靠性灵敏度分析  43-46
    2.4.4 耦合故障转子系统可靠性和可靠性灵敏度分析  46-47
    2.4.5 讨论  47-49
  2.5 本章小结  49-50
第三章随机参数非线性转子系统稳定性分析  50-58
  3.1 概述  50
  3.2 非线性系统周期解稳定性问题  50-54
    3.2.1 基于Floquet理论的非线性系统周期解稳定性  50-51
    3.2.2 周期解稳定性的灵敏度分析  51-53
    3.2.3 Floquet乘子随机特征分析  53
    3.2.4 可靠性分析  53
    3.2.5 算例  53-54
  3.3 随机参数转子系统周期解稳定性问题  54-56
  3.4 结论  56-58
第四章质量慢变复杂转子系统动力学分析及诊断研究  58-74
  4.1 概述  58
  4.2 复杂转子系统有限元分析  58-66
    4.2.1 质量变化引起的冲击力  60
    4.2.2 各种故障力模型  60-62
    4.2.3 故障慢变质量转子系统动态特性仿真  62-66
  4.3 EMD方法在慢变转子故障诊断中的应用  66-73
    4.3.1 Hilbert-Huang变换的主要内容  66-68
    4.3.2 EMD方法存在的问题  68-69
    4.3.3 小波去噪  69-70
    4.3.4 基于EMD分析的慢变转子系统故障诊断  70-73
  4.4 结论  73-74
第五章小波时频方法在耦合故障转子系统诊断中的应用  74-84
  5.1 概述  74-75
  5.2 小波基本原理  75-78
    5.2.1 连续小波变换  76-77
    5.2.2 小波时频定位特性分析  77-78
    5.2.3 小波时频等高图  78
  5.3 小波时频方法在耦合故障转子系统诊断中的应用  78-83
    5.3.1 耦合故障转子模型  78-79
    5.3.2 裂纹—碰摩耦合故障转子系统起机过程分析  79-83
  5.4 结论  83-84
第六章基于模型的故障转子系统定量诊断研究  84-102
  6.1 概述  84
  6.2 基于模型的故障诊断方法  84-93
    6.2.1 模态扩展理论  85
    6.2.2 根据等效力判断故障类型及严重程度  85-86
    6.2.3 周期故障力的判别  86-91
    6.2.4 基于Kalman滤波器的转子系统信号滤波及参数估计  91-93
  6.3 单一故障转子系统定量诊断方法的研究  93-96
    6.3.1 碰摩故障转子系统定量诊断的数值仿真  93-94
    6.3.2 碰摩故障转子系统定量诊断的实验研究  94-96
  6.4 耦合故障转子系统的定量诊断  96-100
    6.4.1 裂纹碰摩耦合故障的定量诊断  96-99
    6.4.2 裂纹支撑松动耦合故障的定量诊断  99
    6.4.2 裂纹碰摩耦合故障研究的实验分析  99-100
  6.5 结论  100-102
第七章结论与展望  102-104
  7.1 结论  102-103
  7.2 展望  103-104
参考文献  104-118
致谢  118-119
附录A 作者简介  119-120
附录B 攻读博士期间发表的学术论文  120-122
附录C 攻读博士期间参加的科研项目  122

故障旋转机械动力学及诊断技术中若干问题的研究

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