基于机匣传递特性的航空发动机轴承故障数据模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种基于机匣传递特性的航空发动机轴承故障数据模拟方法，包括：基于轴承动力学特性模拟提取不同轴承故障模式下轴承外圈与轴承座间的接触力；基于轴承不同故障模式机理简化接触力，提取周期性冲击激励力并做简化处理；施加轴承故障等效简化单次激励力，基于机匣传递特性映射机理提取机匣测点振动响应；基于滚动轴承工作原理在时域内对测点振动响应进行重组叠加；基于故障机理及模拟时长，进行响应矩阵重构及信号调制，融合发动机实测背景噪声，形成故障案例；对数值仿真故障案例进行包络谱分析，提取包络谱中的峰值特征频率，比较包络谱中峰值频率与理论特征频率的误差，得出故障模拟方法的准确性。得出故障模拟方法的准确性。得出故障模拟方法的准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于机匣传递特性的航空发动机轴承故障数据模拟方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机轴承故障模拟
，具体地说，特别涉及一种基于机匣传递特性的航空发动机轴承故障数据模拟方法。

技术介绍

[0002]轴承作为航空发动机转子系统的支承部件，其动态特性对转子工作性能影响显著，甚至直接影响整个航空发动机的功能。由于轴承长期在高温、高速、高DN值及载荷变化复杂的条件下工作，使其故障频发。相关数据表明，以转子部件和轴承故障为主的失效，占发动机各重大机械失效的80％以上。近年来，以大数据为依托的深度学习方法为机械设备的智能故障诊断提供了重要途径。但在工程实际中，机械设备的监测数据存在可利用率低和价值密度低的情况，这是由于轴承故障特征微弱，传感器安装困难，信号采集难度大等因素限制，为每种轴承状态收集和标记的故障数据可能会出现信息不充分的情况。具体来说，当故障样本远少于正常样本，会产生数据分布不均衡现象；而当各类轴承数据的绝对数量都很少时，表现为小样本。严重阻碍了发动机轴承故障诊断技术的工程应用。
[0003]在轴承故障发生早期时，由于故障特征微弱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机匣传递特性的航空发动机轴承故障数据模拟方法，其特征在于，包括：步骤1)：基于轴承动力学特性模拟提取不同轴承故障模式下轴承外圈与轴承座间的接触力；步骤2)：基于轴承不同故障模式机理简化接触力，提取周期性冲击激励力并做简化处理；步骤3)：施加轴承故障等效简化单次激励力，基于机匣传递特性映射机理提取机匣测点振动响应；步骤4)：基于滚动轴承工作原理在时域内对测点振动响应进行重组叠加；步骤5)：基于故障机理及模拟时长，进行响应矩阵重构及信号调制，融合发动机实测背景噪声，形成故障案例；步骤6)：对数值仿真故障案例进行包络谱分析，提取包络谱中的峰值特征频率，比较包络谱中峰值频率与理论特征频率的误差，得出故障模拟方法的准确性。2.如权利要求1所述的一种基于机匣传递特性的航空发动机轴承故障数据模拟方法，其特征在于，在步骤1)中，所述基于轴承动力学特性模拟提取不同轴承故障模式下轴承外圈与轴承座间的接触力，具体为：利用有限元模型或多体动力学模型等设置轴承不同组件故障，参照工程实际添加约束及边界条件，进而完成不同模式下轴承故障动力学特性模拟；通过后处理提取不同轴承故障模式下轴承外圈与轴承座间的接触力。3.如权利要求2所述的一种基于机匣传递特性的航空发动机轴承故障数据模拟方法，其特征在于，在步骤2)中，所述基于轴承不同故障模式机理简化接触力，提取周期性冲击激励力并做简化处理，具体为：依据不同轴承故障模式动力学特性模拟数据特征频率计算轴承故障激励力周期，判定滚珠与缺陷产生第一次接触力的时刻，再提取对应周期内的接触力，即为不同轴承故障模式的故障激励力，再将轴承故障激励力简化处理为以故障激励力大小均值F1为幅值的等幅具有周期性时域冲击特性的激励矩阵M。4.如权利要求3所述的一种基于机匣传递特性的航空发动机轴承故障数据模拟方法，其特征在于，所述判定滚珠与缺陷产生第一次接触力的时刻，具体为：在轴承第一个故障激励力周期内，寻找轴承与轴承座间接触力绝对值最大的采样点，即此时记为滚珠与缺陷产生接触力的开始。5.如权利要求4所述的一种基于机匣传递特性的航空发动机轴承故障数据模拟方法，其特征在于，在步骤3)中，所述施加轴承故障等效简化单次激励力，基于机匣传递特性映射机理提取机匣测点振动响应，具体为：基于简化等幅周期性时域激励矩阵M提取单脉冲激励N，施加于航空发动机机匣轴承处或高保真机匣三维实体有限元模型进行瞬态动力学分...

【专利技术属性】
技术研发人员：左彦飞，吕东旭，范满意，孙泽茹，史守州，孔祥兴，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：