多跨转子系统耦合故障定量诊断方法,本论文可用于耦合论文范文参考下载，耦合相关论文写作参考研究。
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摘 要： 以有限元理论和谐波平衡理论为基础分析多跨转子系统的动态特性并提出多跨转子系统耦合故障定量诊断方法.利用故障前后转子系统的振动响应,各次谐波分量和系统剩余量方程的频率响应矩阵之间的关系推导诊断理论并获得诊断方程,以转定子碰摩和联轴器不对中耦合故障为例建立多跨转子系统和实验台转子系统的有限元模型,通过数值仿真和转子实验台实验准确地诊断出故障位置,验证方法的有效性和稳健性.通过同一转速下故障前后转子系统至少n+1个测点的振动响应数据可以在线确定具有n个耦合故障转子系统的故障位置.对于转子系统的主要振动故障,如碰摩、不对中、裂纹等,诊断方法具有良好的适用性.
关键词： 故障诊断； 多跨转子系统； 耦合故障； 谐波分量； 剩余量方程
中图分类号：TH165+.3； TK267； 文献标志码： A 文章编号： 10044523（2015）03049508
DOI：10.16385/j.cnki.issn.10044523.2015.03.021
引 言
转子系统作为旋转机械的核心部件,常常出现各种单一或耦合的振动故障,如质量不平衡、联轴器不对中、转定子碰摩、裂纹、轴承和支承故障等,不仅影响其正常工作,严重时会发生机毁人亡的事故,造成重大的损失[12].及时发现并掌握故障信息,对于处理这些故障有着重要的意义.
目前,学者对于转子系统的故障诊断做了大量的研究,主要分为两类方法：一类是非模型的故障诊断方法,另一类是数学模型的诊断方法.
非模型的诊断方法如振动信号分析方法、模态和信息处理方法,人工智能、专家系统的诊断方法,神经网络的诊断方法等.将测量的振动信号进行滤波和去噪,经过各种信号处理技术,如快速傅里叶变换（FFT）、小波变换（WT）、经验模态分解（EEMD）和HilbertHuang变换等,进行转子系统的各种故障诊断[3].如Hongkai Jiang等[4]提出多小波包改进的经验模态分解（EEMD）法的旋转机械多重故障诊断方法,提高了分解结果的精度和准确性；Jimeng Li等[5]利用随机共振（SR）法增强非线性系统中的微弱信号,诊断淹没在噪声中的微弱信号,提出了Morlet小波变换利用噪声控制的二阶增强随机共振法进行故障诊断；Long Zhang等[6]采用多尺度熵（MSE）和自适应的神经模糊推理系统（ANFIS）诊断轴承故障,此方法不仅能可靠地分离不同故障类别,而且能够识别故障严重程度；Yaguo Lei等[78]提出统计分析、改进的距离评估技术和自适应的神经模糊推理系统（ANFIS）的智能故障诊断方法,并应用在滚动轴承的故障诊断.
目前多数故障诊断方法是非模型的诊断方法,能够诊断出故障的存在、类型及估算出故障所在位置,在精度要求不高的前提下信号分析方法直接、有效,但需要精确诊断的时候,难以达到故障位置的定量诊断.
数学模型的诊断方法即利用转子系统动力学特性及振动信号相结合进行故障诊断的方法,能够诊断出故障的具体位置,以及时准确地处理严重故障[9].如Arun Kr Jalan等[10]提出一种基于模型的转子系统不对中和质量不平衡故障诊断方法,采用剩余量生成法结合振动信号,得到故障状态特性和故障位置；Mohit Lal等[11]提出受迫响应信息的频域最小二乘法拟合技术诊断算法估计汽轮发电机系统模型的多重故障参数,并具有一定的抗噪声影响能力；A S Sekhar[12]提出一种基于有限元模型的在线诊断转子裂纹故障的方法,采用等效力和剩余振动量的数学模型,结合信号分析方法快速傅里叶变换（FFT）得出裂纹的位置和特性；G N D S Sudhakar等[13]采用等效力最小化方法和振动最小化方法相结合诊断转子系统不平衡故障位置和严重程度,解决了多故障参数下较少振动测量值的问题；姚红良等[14]根据碰摩故障转子系统中任意两节点之间高次谐波分量之比等于无故障转子系统频率响应矩阵的相关元素之比的关系,利用广义等效力、剩余振动量和谐波平衡理论提出了诊断转子系统单碰摩故障的方法.
第3期 许 琦,等： 多跨转子系统耦合故障定量诊断方法振 动 工 程 学 报 第28卷 数学模型的诊断方法精度高,能够将转子系统的故障诊断具体到“点”上,同时可以得到一些故障的严重程度,但根据作者的了解,目前或仅对转子系统单故障进行诊断,或加速度、速度和位移响应均需测量,或仅利用工频响应而忽视二倍频、三倍频等高频响应等,有一定的缺陷和不足.
本文的目的是建立基于模型的多跨转子系统耦合故障定量诊断方法.首先,利用位移振动信号的振幅、频率和相位信息以提高诊断精度；其次,结合有限元理论和谐波平衡理论,利用故障转子系统的振动响应各次谐波分量和系统剩余量方程的频率响应矩阵之间的关系,推导并建立诊断方程；第三,利用有限元模型中一些节点的位移响应诊断出故障位置节点；最后,通过数值仿真和实验验证诊断方法的有效性和稳健性.
1 转子系统动力学模型
典型的转子系统由一些离散的叶轮、具有分布质量及弹性的轴段和轴承座等部件组成,将系统离散成由刚性圆盘、轴段等单元连接成的模型,各个单元间在节点处联接,忽略转子系统的轴向变形.弹性轴段单元的广义坐标分别为两端节点的位移的转角,如图1所示,其复数表示为u等于[xA-jyA θyA+jθxA xB-jyB
θyB+jθxB]T
（1）图1轴段单元的有限元模型Fig.1Finite element model of shaft unit将多跨转子系统离散成具有N个节点、N-1个单元组成的有限元动力学模型,其整体动力学方程为M+C+Ku等于F（2）式中M为整体质量矩阵；C等于D+ωG,D为整体阻尼矩阵,G为陀螺力矩矩阵,ω为转子转速；K为整体刚度矩阵,矩阵为2N×2N阶对角方阵,具体形式参见文献[15]；u为振动响应矢量；F为质量不平衡引起的外激励矢量.
结论：适合不知如何写耦合方面的相关专业大学硕士和本科毕业论文以及关于耦合方式有哪些论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料下载。
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