裂紋轉子的振動控制與延緩裂紋擴展機理的研究.pdf

1、轉子系統(tǒng)是大功率，高轉速動力機械的重要組成部分，如直升機發(fā)動機、輪船汽輪機、電廠發(fā)電機組和重型機床等，一般其工作在相當惡劣環(huán)境條件下，受到高溫、高壓、高載荷作用。由于轉子材料的微缺陷和加工引起的微創(chuàng)傷，運行過程中在交變載荷的持續(xù)作用下，易誘發(fā)轉子裂紋的萌生以及裂紋擴展直至造成災難性的重大事故。因此，早期的轉子系統(tǒng)裂紋的檢測和監(jiān)測，進行裂紋轉子振動控制以及延緩裂紋擴展的研究，對于掌握轉子裂紋影響規(guī)律，提高轉子的壽命和抗故障能力，以及軍事、

2、航空航天領域支持設備持續(xù)運行，工業(yè)生產(chǎn)領域防止災難性事故的發(fā)生等有著突出貢獻。
　　本文以國內(nèi)外裂紋轉子的研究技術為基礎，選用了2自由度非線性轉子動力學模型、電磁執(zhí)行器（Electro-Magnetic Actuator EMA）作用力數(shù)學模型以及轉子裂紋開閉狀態(tài)描述函數(shù)，設計了控制電磁執(zhí)行器的參數(shù)自調(diào)整模糊PID控制器，并進行了數(shù)值仿真研究。本文研究的主要內(nèi)容和結論如下：首先，分析了同步狀態(tài)下參數(shù)（回轉速度、裂紋夾角、非線性參數(shù)

3、、裂紋位置與裂紋深度）變化對轉子系統(tǒng)的振動特性、裂紋開閉狀態(tài)和開閉周期等的影響。另外，探討了在非同步狀態(tài)下運行參數(shù)對轉子中裂紋開閉狀態(tài)的影響；其次，為了實現(xiàn)對非線性裂紋轉子振動控制和延緩裂紋擴展等目的，提出了利用電磁執(zhí)行器對裂紋轉子非線性振動和裂紋擴展的主動控制方法；最后，采用常規(guī)PID控制和模糊PID控制策略對EMA作用下轉子系統(tǒng)進行主動控制，并分析比較了兩種控制策略對于EMA作用下轉子系統(tǒng)控制效果的優(yōu)劣。本文通過比較不同參數(shù)變化對裂

4、紋開閉狀態(tài)的影響，總結出同步與非同步狀態(tài)下參數(shù)變化所引起裂紋開閉狀態(tài)的突變規(guī)律，驗證延緩裂紋擴展機理的可行性，以及相比于常規(guī)PID控制，模糊PID控制對轉子系統(tǒng)的優(yōu)點。
　　結果表明，在轉子運行過程中，EMA能夠?qū)α鸭y轉子在亞臨界，臨界以及超臨界轉速下的振動進行有效的控制，能夠使裂紋始終保持閉合狀態(tài)，有效的延緩了裂紋擴展?；谀：齈ID控制方法對非線性轉子進行振動控制相對與常規(guī)PID控制具有更小的位移響應，調(diào)節(jié)時間也相對較短。通過