磁気軸受による加振とモード解析を用いたロータクラックの検出とその位置・深さの特定

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今年度は,クラックを有するロータの有限要素モデルを構築し,クラックロータの特性を明らかにした.また,振動データからクラック位置および深さを検出する1手法を提案し,シミュレーションと実験による検討を行った.FEMを用いたシミュレーション解析では,まず,これまでの集中定数モデルの場合のクラックロータの特性(非線形共振の発生の有無およびその発生周波数の特徴)と比較検討し,FEMモデルの妥当性を確認した.そして,このFEMモデルを用い,集中定数モデルでは不可能であった加振位置やクラック位置の影響を調べ,その特徴を明らかにした.さらに,FEM解析により得られる周期加振時の振動データに現れるロータクラックの位置の特徴をデータベース化し,実験振動データからクラック位置および深さを検出する方法を検討した.そして,シミュレーション的に模擬実験データを作成し,上記の検出方法を用いてクラックの位置および深さを検出することを検討し,方法の改良を繰り返し行った.実験装置は,メインロータ1つを取り付けた弾性軸を玉軸受で支持した回転軸装置を製作した.加振装置としてボイスコイルモータを作成し,危険速度から離れた回転速度で運転中の回転軸に,ボイスコイルモータから微小な周期的外力を加え,その加振周波数の変化に対する回転軸の振動振幅を計測した.本手法による実験をクラックロータとクラックの無い正常ロータについて行い,その結果をFEMモデルのシミュレーション結果と比較・検討し,FEM解析結果と同様に実験結果でもクラックに起因する非線形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分布もFEM解析結果と一致することを確かめ,周期外力印可によるクラック検出の有効性を確認した.また,FEM解析で構築したデータベースと実験振動データを比較検討し,クラックの位置および深さの検出を試みた.