裂纹作为转子轴系中最常见的故障之一,在转子运行过程中若未被及早检测,将会影响机组的正常运行,一旦转子轴系因裂纹出现产生断裂,对经济及人身安全将会造成极为严重的损害。因此需要对转子轴系进行实时监测,尽早发现转轴上的裂纹,防止轴系裂纹的萌生与扩展,并且及时采取有效防护措施,确保转子系统安全稳定运行。而要发现转轴上的裂纹,获取转子裂纹诊断与识别的方法是其中的重中之重,研究裂纹的呼吸特性及振动特性势在必行。本文基于转子动力学理论采用有限元法研究了直裂纹转子系统的呼吸效应与振动特性。首先采用了有限元参数化模型、模态试验结果与BP神经网络相结合的方法准确辨识了转子轴承结合部等效刚度,结果表明采用该方法识别转子轴承结合部等效刚度效果较好,转子轴承结合部径向等效刚度为4.48 × 10~5N/m,轴向等效刚度为5.05 × 10~5N/m,为裂纹转子系统有限元模型的建立提供了准确的刚度参数。基于已识别出的转子轴承结合部等效刚度,采用ABAQUS建立了直裂纹转子系统有限元模型,仿真模拟了重力占优下直裂纹的呼吸过程;对比了中性轴法、应力强度因子为零法和有限元法这三种方法确定的直裂纹呼吸行为结果,总结了直裂纹在转子运行中的呼吸规律,验证了直裂纹转子有限元模型的正确性。研究结果表明转子在运行过程中直裂纹更倾向于张开状态,裂纹开闭线近似为弧线,有限元模型确定的裂纹呼吸效应更为合理,更加符合裂纹真实的开闭情况。研究了转轴转速、裂纹位置、裂纹相对深度以及扭转激励对直裂纹转子系统横向振动特性的影响。研究结果表明直裂纹的存在确实改变了转子的振动特性,横向两个方向频谱图中均出现倍频幅值,包含较为明显的1X、2X和3X,其他高频成分幅值则较小;当转子转频小于一阶弯曲固有频率时,转子横向振动响应频谱图中二倍频幅值较明显,因此转子系统可根据频谱图2X等明显频率成分来诊断是否存在直裂纹;与改变转轴上直裂纹的位置相比,裂纹相对深度的变化更容易激起横向各倍频振动幅值改变;直裂纹转子系统的弯扭耦合振动现象不明显,通过弯扭耦合振动识别转子系统上直裂纹的方法不可取。本文研究工作不仅为机械结构结合部的参数识别提供了一种合理的方法,也为直裂纹转子系统有限元模型的建立提供了参考,同时为转子直裂纹的在线检测提供了依据。