磁気軸受加振によるロータクラック検出と有限要素解析を併用したその位置・深さの推定

使用磁力轴承激励进行转子裂纹检测，并使用有限元分析估计其位置和深度

• 批准号: 17760182
• 负责人: 井上 剛志
• 金额: $ 2.3万
• 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: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760182/
• 关键词: ロータクラック; 周期的加振; 有限要素解析; クラック検出; 実験; スペクトル解析; 振動診断法; 磁気軸受; クラック位置と深さ推定; 非線形共振

ロータクラックの検出に関する有限要素モデルの開発と検証,計算の高速化と高精度化,それを用いた数値シミュレーションの検証,および実験を行った.有限要素モデルの開発においては,昨年度検討したクラックの開閉をシグモイド関数を用いた連続関数で表現し,そのパラメータの影響を検討した.従来の成果で明らかにしていたクラックロータを周期的に加振したときに発生する非線形共振現象を数値シミュレーションで調べた.数値シミュレーションにおいては,プログラム中のクラック開閉の判断に関する部分を改良し,計算時間の向上を得た.そして,数値シミュレーションにより,クラック位置やクラックの深さの影響を詳細に調べ,それらがクラックに起因する非線形共振の発生周波数や振動振幅に変化を与えることを示した.実験装置は,3円板を取り付けた弾性軸の両端を玉軸受で支持した回転軸装置を用い,クラックは微少なスリットを初期的に入れた回転軸に実際に疲労試験を行い作成した.加振装置として磁気アクチュエータを選択し,危険速度から離れた回転速度で運転中の回転軸に,磁気アクチュエータから微小な周期的外力を加え,その周波数を変化させ,その周波数の変化に対する回転軸の振動振幅を計測した.有限要素モデルを用いたシミュレーションであらかじめ求めたクラックによる非線形共振の発生予想周波数で加振時に,実験においても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も理論解析結果と一致することを確かめ,外力の周波数の印可によりクラックの有無が確かめられることを実験的にも明らかにした.さらに,数値シミュレーションでは,クラックに起因した非線形共振の発生周波数に着目し,第1次モードと第2次モードの非線形共振の周波数から,クラックの位置と深さを推定する方法を検討・開発した.そして,その有効性を,数値シミュレーションにより確認した.

我们开发并验证了一个有限元模型，用于转子裂纹检测，提高速度和精确计算，使用它们进行了验证的数值模拟，并进行了实验。在有限元模型的开发中，去年研究的裂纹的开口和闭合是使用sigmoid函数的连续函数表达的，并检查了参数的影响。我们使用数值模拟在常规结果中揭示了裂纹转子时发生的非线性共振现象。在模拟中，有关在程序期间确定裂纹打开和关闭的零件得到了改善，并改善了计算时间。数值模拟研究了裂纹位置和裂纹深度的影响，并表明这些变化在裂纹引起的非线性共振的频率和振动幅度上的变化。实验设备使用旋转轴设备，其中弹性轴的两端都由滚珠轴承支撑，裂缝最初充满小缝隙。进行了真正的疲劳测试以创建磁执行器。选择了磁执行器作为振动装置，并以远离危险速度的旋转速度施加了磁性执行器的少量周期性外力，并改变了频率，并改变了旋转轴的振动振幅，以响应频率的变化来测量。人们证实，当以裂纹引起的非线性共振频率进行激发时，共振现象发生在实验中，这是通过使用有限元模型模拟确定的。我们还证实，实验数据的光谱与理论分析结果一致，并通过实验表明，可以通过应用外力的频率来确认裂缝的存在或不存在。此外，在数值模拟中，我们专注于由裂纹引起的非线性共振的产生频率，以及一种估算裂纹位置和深度的方法，从一阶和二阶模式中非线性共振的频率进行了检查和开发。通过数值模拟证实了这一点的有效性。

项目成果

Detection of a Rotor Crack Using a Harmonic Excitation and Nonlinear Vibration Analysis

• DOI: 10.1115/1.2346693
• 发表时间: 2006-12
• 期刊: Journal of Vibration and Acoustics
• 作者: Y. Ishida;T. Inoue