磁気軸受による加振とモード解析を用いたロータクラックの検出とその位置・深さの特定

使用磁力轴承和模态分析进行振动检测转子裂纹并识别其位置和深度

• 批准号: 14750159
• 负责人: 井上 剛志
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750159/
• 关键词: ロータクラック; 周期的加振; 非線形解析; 有限要素解析; 実験; スペクトル解析; 振動診断法; 磁気軸受

今年度は,クラックを有するロータの有限要素モデルを構築し,クラックロータの特性を明らかにした.また,振動データからクラック位置および深さを検出する1手法を提案し,シミュレーションと実験による検討を行った.FEMを用いたシミュレーション解析では,まず,これまでの集中定数モデルの場合のクラックロータの特性(非線形共振の発生の有無およびその発生周波数の特徴)と比較検討し,FEMモデルの妥当性を確認した.そして,このFEMモデルを用い,集中定数モデルでは不可能であった加振位置やクラック位置の影響を調べ,その特徴を明らかにした.さらに,FEM解析により得られる周期加振時の振動データに現れるロータクラックの位置の特徴をデータベース化し,実験振動データからクラック位置および深さを検出する方法を検討した.そして,シミュレーション的に模擬実験データを作成し,上記の検出方法を用いてクラックの位置および深さを検出することを検討し,方法の改良を繰り返し行った.実験装置は,メインロータ1つを取り付けた弾性軸を玉軸受で支持した回転軸装置を製作した.加振装置としてボイスコイルモータを作成し,危険速度から離れた回転速度で運転中の回転軸に,ボイスコイルモータから微小な周期的外力を加え,その加振周波数の変化に対する回転軸の振動振幅を計測した.本手法による実験をクラックロータとクラックの無い正常ロータについて行い,その結果をFEMモデルのシミュレーション結果と比較・検討し,FEM解析結果と同様に実験結果でもクラックに起因する非線形共振現象が発生することを確認した.そして,その実験データのスペクトル分布もFEM解析結果と一致することを確かめ,周期外力印可によるクラック検出の有効性を確認した.また,FEM解析で構築したデータベースと実験振動データを比較検討し,クラックの位置および深さの検出を試みた.

今年，我们构建了带有裂纹的转子的有限元模型，以阐明裂纹转子的特征。我们还提出了一种检测振动数据的裂纹位置和深度的方法，并进行了模拟和实验研究。在使用FEM的仿真分析中，我们首先比较了先前的恒定模型（存在或不存在非线性共振及其产生频率）的裂纹转子的特征，并确认了FEM模型的有效性。使用此FEM模型，我们研究了振动位置和裂纹位置的影响，而恒定模型不可能，并揭示了特性。此外，我们创建了一个数据库的数据库，这些数据库在通过FEM分析获得的周期性振动期间出现的转子裂纹的特征，以及一种检测实验振动数据的裂纹位置和深度的方法。然后，我们创建了一个模拟实验数据，并使用上面的检测方法创建模拟实验数据，以使用上述检测方法创建模拟实验数据，以使用上述检测方法来确定使用检测方法的裂纹位置和裂纹位置以及裂纹位置。我们研究了该方法的深度检测和反复改进。实验设备旨在提供旋转的轴装置，其中弹药轴由滚珠轴承支撑。将语音线圈电动机作为激发装置创建，并在旋转速度远离危险速度的旋转速度时，将较小的周期性外力应用于旋转轴，并且旋转轴的振动幅度是根据激发频率的变化来测量旋转轴的。使用这种方法进行了该实验，以解释裂纹转子和正常转子，而无需裂缝。比较了结果并与FEM模型的仿真结果进行了检查，并且与FEM分析结果一样，可以证实，在实验结果中发生了由裂缝引起的非线性共振现象。实验数据的光谱分布也与FEM分析结果一致，并且通过应用周期性外力进行裂纹检测的有效性。此外，将通过FEM分析构建的数据库与实验振动数据进行了比较，并尝试了裂纹位置和深度的检测。

项目成果

石田幸男, 井上剛志: "周期的加振によるロータクラックの検出"日本機械学会論文集 C編. 70巻・692号(掲載予定(4月号)). (2004)

Yukio Ishida、Tsuyoshi Inoue：“通过周期性励磁检测转子裂纹”，《日本机械工程学会会刊》，C 版，第 70 卷，第 692 期（预定出版（2004 年 4 月号））。