基于LabVIEW和ANSYS的轉子監(jiān)測及故障仿真研究.pdf

1、旋轉機械是現(xiàn)代工礦企業(yè)及航空航天等領域中非常普遍、非常關鍵的一類設備，對國民經(jīng)濟的重要行業(yè)和國防重點領域有極其重要的影響。旋轉設備一旦發(fā)生故障，往往會導致災難性事故的發(fā)生，造成嚴重的人員傷亡及財產(chǎn)損失。裂紋故障是旋轉機械中常見的故障之一，因此對裂紋轉子的故障性質和發(fā)展過程進行深入研究，并對其剩余壽命進行預測，同時采取相應的措施進行維護，從而降低事故發(fā)生率，這對保證系統(tǒng)實現(xiàn)平穩(wěn)高效的運行具有重要的經(jīng)濟價值及社會意義。
　　本文針對一

2、個具有橫向呼吸裂紋的Jeffcott轉子系統(tǒng)進行動力學建模，研究了疲勞裂紋的存在對轉子動力學行為的影響，并通過實驗對理論模型的準確性進行驗證。然后基于斷裂力學理論，對裂紋轉子進行有限元分析，完成了裂紋轉子剩余壽命的預測。本文的主要內(nèi)容包括如下幾個部分：
　　首先，基于中性軸理論，考慮中性軸在裂紋旋轉過程中的位置變化，對疲勞裂紋的呼吸過程進行了深入研究，完善了疲勞裂紋的呼吸函數(shù)模型。然后利用建立的呼吸函數(shù)模型對重力占主要作用的裂紋轉

3、子系統(tǒng)進行了動力學建模。研究了轉子在1/2、1/3等亞臨界轉速附近運行時其振動位移和軸心軌跡的變化規(guī)律，同時通過時頻分析方法對轉子振動信號進行頻譜分析，并將結果作為裂紋故障的典型特征，為裂紋故障的識別奠定了基礎。
　　然后，基于PXI總線技術，在虛擬開發(fā)環(huán)境LabVIEW中搭建了一套轉子振動信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用模塊化設計思路，可以實現(xiàn)振動信號的采集、分析處理以及實時存儲。接著在標準轉子試驗臺上對裂紋轉子進行實驗，利用此數(shù)據(jù)

4、采集系統(tǒng)采集了裂紋轉子在亞臨界轉速附近運行時水平和豎直方向上的振動信號，并繪制了轉子的軸心軌跡和振動信號頻譜圖，實驗結果與動力學模型輸出一致，很好地驗證了理論模型的準確性。
　　接著，利用ANSYS軟件對裂紋轉子進行了有限元分析，考慮了轉子旋轉過程中的呼吸效應，并結合轉子的動力學響應，對裂紋轉子在一個旋轉周期內(nèi)的8個特殊狀態(tài)進行了分析，計算得到裂紋前緣應力強度因子值，研究了其變化規(guī)律，為進一步理解呼吸裂紋的力學特征和進行疲勞裂紋壽