非線性裂紋轉(zhuǎn)子的振動(dòng)與裂紋擴(kuò)展的控制研究.pdf

1、轉(zhuǎn)子作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械（如：大型汽輪發(fā)電機(jī),航空/航天發(fā)動(dòng)機(jī)及壓縮機(jī)）的核心，正向高速、大載荷和精密的方向發(fā)展，使得轉(zhuǎn)子承擔(dān)著越來越重要的作用。由于材料的差異，在鑄造轉(zhuǎn)子的過程中會(huì)存在細(xì)小的缺陷，在成形加工過程中易造成轉(zhuǎn)子表面的微裂痕。這些細(xì)小的突變會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，其長時(shí)間在循環(huán)應(yīng)力、高溫環(huán)境和外力沖擊的作用下，易誘發(fā)疲勞裂紋并有裂紋擴(kuò)展甚至引發(fā)重大財(cái)產(chǎn)損失和工程事故。因此快速的發(fā)現(xiàn)、診斷早期裂紋和研究影響轉(zhuǎn)子裂紋開閉的因素顯得十分重要

2、，但對(duì)轉(zhuǎn)子中出現(xiàn)的裂紋進(jìn)行控制及延緩裂紋的擴(kuò)展更具有實(shí)際意義，對(duì)保障機(jī)械系統(tǒng)安全的工作和穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而對(duì)我國工業(yè)、軍事、和航天領(lǐng)域等大型設(shè)備適應(yīng)戰(zhàn)場環(huán)境和戰(zhàn)場自救有著突出的貢獻(xiàn)。
　　本文基于現(xiàn)階段國內(nèi)外非線性裂紋轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究工作，采用了非線性的裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，裂紋剛度模型、支撐作用下的非線性模型和電磁作用器模型，設(shè)計(jì)變寬度與變形狀的隸屬度函數(shù)構(gòu)成的模糊規(guī)則的模糊PID控制的電磁作用器，并進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，最后通過采用實(shí)

3、驗(yàn)的方法驗(yàn)證仿真的結(jié)果。研究主要內(nèi)容包括：首先，研究轉(zhuǎn)子在非線性和線性條件下的振動(dòng)特征和裂紋開閉情況，然后分別分析阻尼c、偏心量e、剛度變化量k、非線性參數(shù)、軸非對(duì)稱性對(duì)非線性裂紋轉(zhuǎn)子振動(dòng)特性和裂紋周期性開閉的影響。綜合希爾伯特黃、高階譜方法和裂紋開閉函數(shù)優(yōu)勢(shì)，然后應(yīng)用于輕微非線性裂紋轉(zhuǎn)子的特征分析。針對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性恢復(fù)力和非線性振動(dòng)問題，采用電磁作用器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主諧波區(qū)域和分?jǐn)?shù)諧波區(qū)域的完全振動(dòng)控制及延緩裂紋的擴(kuò)展。其次，設(shè)計(jì)了

4、變寬度與變形狀的隸屬度函數(shù)構(gòu)成的模糊規(guī)則的模糊PID控制的電磁作用器對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行控制，同時(shí)與單一的隸屬度函數(shù)的PID控制和傳統(tǒng)PID控制對(duì)比其控制效果優(yōu)劣。最后采用實(shí)驗(yàn)的方法，制作電磁作用器，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性振動(dòng)的完全控制。本文總結(jié)了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不同參數(shù)對(duì)裂紋開閉規(guī)律的影響，研究了抑制裂紋擴(kuò)展機(jī)理。
　　研究結(jié)果證實(shí)使用基于電磁作用器的主動(dòng)控制系統(tǒng)能夠有效的控制非線性裂紋轉(zhuǎn)子振動(dòng)的振幅及延緩裂紋的擴(kuò)展。對(duì)模糊PID控制和傳統(tǒng)PID