شناسايي آسيب در محورهاي دوار داراي ترك عرضي با استفاده از تحليل ارتعاشي مدل ترك تنفس كننده

Damage detection in rotating shafts possessing transverse crack through vibration analysis of breathing crack model

اين مقاله به شناسايي ترك‌هاي عرضي در شافت‌هاي دوار مي‌پردازد. در اين تحقيق پس از استخراج روابط حاكم، عمق‌ها و موقعيت‌هاي متفاوت براي ترك عرضي در يك محور دوار يك كمپرسور با استفاده از مدل ترك تنفس‌كننده بررسي شد. مدل ترك تنفس كننده نسبت به ساير مدل ها، انطباق بهتري با رفتار ترك واقعي دارد. ترك براساس اصول مكانيك شكست مدل شده و معادلات حركت سيستم استخراج شد. براي مدلسازي رفتار واقعي ترك در باز و بسته شدن ، از ضريب شدت تنش استفاده شده است. اين مدل مي تواند مقدار استحكام محور ترك‌دار را در هر محدوده سرعت بر حسب زاويه مشخص كند. نتايج نشان مي دهند كه در نقاطي كه ترك كاملاً بسته است سختي محور داراي مقدار بيشينه خود مي‌باشد. با افزايش عمق ترك، سختي محور كاهش مي‌يابد. هارمونيك اول در طيف فركانسي مربوط به اثر نابالانسي مي باشد و هارمونيك دوم مربوط به اثر ترك است كه با افزايش عمق ترك، دامنه آن افزايش مي يابد. از كاهش فركانس دوم و افزايش دامنه هارمونيك دوم مي توان براي شناسايي ترك در محورهاي دوار استفاده كرد.

This paper deals with transverse crack identification in rotating shafts. In this research, after presenting the equations governing the problem, different depths and positions of crack in a rotating axis of an industrial compressor unit is investigated using a breathing crack model. Crack is modeled based on the principles of fracture mechanics and the system's motion equations are extracted. Stress intensity coefficients are implemented to model the actual crack behavior in gradual opening and closeing situations. The results showed that in the points where the cracks are closed, the stiffness has its maximum value. Also, with increasing crack depth, the total stiffness of the shaft decreases. The first harmonic in the frequency corresponds to imnbalance and the second harmonic associated with the crack effect. By changing the position of the crack from the ends to the center of the shaft, the frequency of the second harmonic decreases while its amplitude decreases. Inverse analysis can be carried out based on the second frequency along with its amplitude in order to crack identification.