基于非线性输出频率响应函数的转子裂纹故障诊断新方法研究

Nonlinear output frequency response function (NOFRF) is a new detection method for nonlinear vibration. Here, NOFRF is introduced into the fault diagnosis of rotor crack, a new fault diagnosis method of rotor crack based on the NOFRF. The unique characteristics of the proposed method are as follows: (1) NOFRF can reflect the sentivility from the different crack location and different crack depth. Each order NOFRF value of crack axis can clearly reflect the correspondence relation of higher-order frequency and amplitude in the cracked rotor system. (2)The NOFRF characteristics of transvers crack, slant crack and multiple crack in rotor system is given, However this knowledge in fault diagnosis of rotor crack is still in the blank. The strong evidence is provede to diagnosis the rotor crack fault effectively. (3) The proposed method can determine the crack location and crack serverity, so the quantitative diagnosis of rotor crack is obtained. (4) The proposed method can avoid the deficiencies existed in the fault diagnosis method based on the generalized frequency response function (GFRF), i.e. how to explain the complex nonnlinear phenomenon, higher-order GFRF identification difficult and dimension expansion etc. The research of this project has very much importantant value of theory and actual application, The research outcomes obtained in this project must cause some profound significance on the condition monitoring and fault diagnosis of rotor crack.

非线性输出频率响应函数(NOFRF)是一种新的、针对振动的非线性检测方法。将NOFRF引入到转子裂纹故障诊断中，提出了一种基于NOFRF的转子裂纹故障诊断新方法，该方法具有以下独特的特色：(1)NOFRF可以反映不同裂纹位置、不同裂纹深度的敏感性，裂纹轴的各阶NOFRF的值可以清楚地反映裂纹转子系统高阶频率产生及幅值对应关系。(2)提供了横向裂纹、斜裂纹、多裂纹转子系统的NOFRF特性，而这方面的知识在旋转机械故障诊断中还是空白，为准确地诊断转子裂纹提供了强有力的证据。(3)提出的方法可以有效确定裂纹的位置和裂纹的严重程度，从而可实现转子裂纹的定量诊断。(4)提出的方法避免了广义频率响应(GFRF)在故障诊断中存在的不足，例如，如何用GFRF解释复杂的非线性现象，高阶的GFRF辨识困难且具有维数灾难等。其研究成果具有重要的理论价值和实际应用价值，其研究成果对转子裂纹故障诊断将产生深远影响。

非线性输出频率响应函数(NOFRF)是一种新的、针对振动的非线性检测方法，法，可用一维函数的形式来描述系统的频域特性，且模型描述具有唯一性，能够正确地反映系统的动态特性，更容易理解和应用。将NOFRF 引入到转子裂纹故障诊断中，提出了一种基于NOFRF 的转子裂纹故障诊断方法，在非线性输出频率响应函数的基本理论和算法、直裂纹转子系统的非线性输出频率响应函数特性、斜裂纹转子系统的非线性输出频率响应函数特性、多裂纹转子系统的非线性输出频率响应函数特性、转子裂纹的开闭规律和直裂纹、斜裂纹和两条裂纹之间的NOFRF特性的对比分析等方面展开了深入研究，并进行了仿真和实验验证，取得非常有价值的研究成果。研究结果表明：(1)提出的方法能有效地反映不同的裂纹位置、裂纹倾角和裂纹深度的敏感性，裂纹轴的各阶NOFRF 的值可以清楚地反映裂纹转子系统高阶频率产生及幅值对应关系。(2)给出的横向裂纹、斜裂纹、多裂纹转子系统的NOFRF 特性填补了转子裂纹故障诊断的一个空白，为准确地诊断转子裂纹提供了强有力的证据。(3)提出的方法可以有效地反映转子裂纹的严重程度，从而可实现转子裂纹的定量诊断。(4)不论是直裂纹、斜裂纹，还是两条裂纹，NOFRF都能够反映转子裂纹的开闭变化情况。(5)通过直裂纹、斜裂纹和两条裂纹的对比研究，利用NOFRF特性能反映它们之间变化的差异以及能找到它们不同的敏感频率特性。其研究成果具有重要的理论价值和实际应用价值，为常发性、潜在危害大、诊断困难、又十分隐蔽的转子裂纹故障诊断提供了一种有效方法，丰富和发展了转子裂纹故障的内容，其研究成果对转子裂纹故障诊断将产生深远影响。