(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210947979.8 (22)申请日 2022.08.09 (71)申请人 昆明理工大 学 地址 650093 云南省昆明市五华区学府路 253号 (72)发明人 马军　胡楷　熊新　王晓东　 (74)专利代理 机构 昆明合盛知识产权代理事务 所(普通合伙) 53210 专利代理师 康智明 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 17/14(2006.01) G06F 119/10(2020.01) (54)发明名称 一种转子横向裂纹系统的有限元仿真与故 障诊断方法 (57)摘要 本发明公开了一种转子横向裂纹系统的有 限元仿真与故障诊断方法， 包括以下步骤： 建立 转子横向裂纹系统的有限元模型， 获得系统的运 动方程； 利用数值积分方法计算系统的动态响 应， 模拟实际运行工况的振动信号； 对系统振动 响应信号加入白噪声模拟实 际信号， 利用CYCBD 对信号进行降噪处理， 对降噪后的信号进行 Teager能量包络谱分析， 实现转子裂纹的故障诊 断。 本发明能够更有效、 更准确的模拟转子裂纹 故障， 解决了搭建实验平台成本高、 不能准确的 模拟实际运行工况以及实验采集故障样本数据 少等问题， 同时， 提供了一种结合CYCBD与Teager 能量包络谱分析的转子横向裂纹故障诊断方法， 能较好的实现裂纹故障的诊断。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115270577 A 2022.11.01 CN 115270577 A 1.一种转子横向裂纹系统的有限元仿真与故障诊断方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： Step1： 建立转子横 向裂纹系 统的有限元模型， 获得系 统的运动方程， 根据系统方程利 用数值积分方法计算系统的振动响应信号； Step2： 对系统的振动响应加入白噪声模拟实际信号， 并对强噪声背景下的信号进行 CYCBD(最大2阶循环 平稳盲解卷积)降噪处 理， 得到降噪后的信号； Step3： 对降噪后的信号进行Teager能量解调， 通过包络谱图提取裂纹故障信息， 实现 转子裂纹故障的诊断。 2.根据权利要求1所述的一种转子横向裂纹系统的有限元仿真与故障诊断方法， 其特 征在于： 所述Step1 中的转子横向裂纹系统有限元模 型包括圆盘负载、 转子、 轴承三个部件， 该转子横向裂纹系统所产生的裂纹位于转子轴与圆盘负载交界附近处的转子轴上； 将整个转子裂纹系统分为N个子单元， 每个单元分为两个节点， 每个节点有8个自由度， 为X和Y方向的平动和转动位移， 则转子横向裂纹系统的有限元运动方程： 其中， M、 C和 G分别为系统的整体质量、 阻尼矩阵和陀螺矩阵， F为总的外力向量， K为无 裂纹转子系统 的整体刚度矩阵； 为了便于分析计算， 此处矩阵M、 C和K均保持不变， K1和K2为 转子裂纹故障运行 过程时的时变刚度矩阵， 从而模拟转子裂纹故障； 建立裂纹单元截面的坐标系， XOY坐标系为通过转子中心O的固定坐标系， X轴为水平方 向， Y轴为竖直方向， xoy为转动坐标系， 随转子一起同步旋转， 为通过截面形心并切平 行与XOY的坐标系， 由如下公式可计算刚度矩阵K1和K2为： 其中， I为完好转子的截面惯性矩， 为裂纹单元横截面 面积A1在X轴对应的截面惯性矩， 为裂纹单 元横截面 面积A1在X轴对应的截面惯性矩；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115270577 A 2采用傅里叶级数余 弦展开式对整体面积惯性矩进行逼近， f1(t)和f2(t)为傅里叶级数， 其计算公式如下： 其中， Ω为角速度， n、 p为 正偶数。 3.根据权利要求1所述的一种转子横向裂纹系统的有限元仿真与故障诊断方法， 其特 征在于， 所述Step2中具体步骤为： Step2.1： 对转子裂纹系统的振动响应加入白噪声干扰成分模拟实际信号， 得到带噪声 的信号X； Step2.2： 从含噪声的振动信号X中提取故障冲击信号y， 即 y＝Xf 式中， f为滤波器系数矩阵， N 为滤波器的长度， L 为振动响应信号X的采样点数； Step2.3： 求取2阶循环 平稳性(ICS2)， 其 一般表达式为 式中， α 为循环频率， 与故障冲击的周期T 有关； Step2.4： 通过迭代过程， 选取一个最优的滤波器f， 使2阶循环 平稳性最大。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115270577 A 3