整体叶轮的叶片振动位移应变关系标定试验方法与流程

本发明涉及航空发动机的叶片振动应变关系标定，特别地，涉及一种整体叶轮的叶片振动位移应变关系标定试验方法。

背景技术：

1、航空发动机的叶尖振幅测量和叶片振动应变监测是获取叶片振动特性和对其进行振动载荷评估的必要手段，得到叶片工作中的振动应变，对于评估叶片是否满足抗振设计、是否可以抗高周疲劳损伤等参数有重要意义，根据监测方式的不同，叶片振动监测技术主要分为叶片叶尖振幅测量和叶片振动应变监测。

2、叶片叶尖振幅测量使用的是叶尖定时技术，只需在机匣上加工几个传感器安装孔即可，通过安装在机匣上的传感器检测叶尖振动位移，传感器拆装方便，能够有效获取叶片的共振频率、激励阶次、振动幅值与相位等信息。其优点是叶尖振幅测量对航空发动机的改装少，前期准备周期短，并且可以同时测量所有叶片的振动情况，不会由于高转速的离心载荷等因素导致传感器失效。但该技术最主要的缺点是无法直接测量得到叶片的振动应变值，若想利用叶尖振幅测量数据进行叶片高周疲劳损伤评估与抗振设计，将测量的振动位移换算成能直观反映叶片所承受的振动载荷(振动应力水平)，需要获取叶片振动位移与最大应力点应变的对应关系。而由于叶片存在多阶共振频率，在不同的共振频率下振动时，叶片的振动应力分布不同，最大应力点位置不同。使用有限元方法进行叶片振动应变分布计算、最大振动应变测点确定、振动位移-应变关系标定的结果准确性难以保证，缺乏试验验证。

3、叶片振动应变监测是在叶片的最大应力点粘贴应变片，通过应变片在叶片高速旋转状态下直接进行叶片应变测量，其优点是可以直接获得叶片的共振频率、激励阶次、振动应变等信息，但由于叶片处于高速旋转状态下，需要配置滑环引电器或者遥测天线才能将振动应变信号传输出来，滑环引电器或者遥测天线安装需要对转子进行改装，增加了转子的附加质量，容易改变转子原有的动力学特性，并且滑环引电器需要配备额外的冷却系统，遥测天线需要配备专门的信号接收装置，适用性差，而且应变片的粘贴、引线、转子改装、滑环引电器或者遥测天线安装等步骤的周期长、工序复杂，成本高，还会受到滑环引电器的通道限制，无法对整体叶轮的所有叶片进行振动应变测量。同时由于应变片及其引线在高转速的离心载荷和气流冲刷下很容易失效，导致应变片存活率低，影响测试结果。

技术实现思路

1、本发明提供了一种整体叶轮的叶片振动位移应变关系标定试验方法，以解决整体叶轮的叶片叶尖振幅测量中振动位移与应变关系难以准确换算的技术问题。

2、一种整体叶轮的叶片振动位移应变关系标定试验方法，包括以下步骤：

3、s100：确定待试验叶片所需试验的多阶共振频率；

4、s200：将整体叶轮中的除待试验叶片之外的所有叶片设为非试验叶片，在非试验叶片上设置配重组件，以使非试验叶片的固有频率远离待试验叶片的共振频率；

5、s300：通过振动台分别以步骤s100中的多阶共振频率对整体叶轮进行激振，采用非接触式测量技术分别测量出待试验叶片在每阶共振频率下的振动位移和振动应变，拟合得到待试验叶片在每阶共振频率下的振动位移应变关系的标定系数。

6、优选地，步骤s300具体包括：

7、s301：通过振动台以步骤s100中的其中一阶共振频率对整体叶轮进行激振；

8、s302：通过激光位移传感器测量出待试验叶片的振动位移，通过全场三维扫描式激光测振仪或者dic数字图像相关法测量出待试验叶片的最大振动应力区域和最大振动应变值；

9、s303：拟合得到待试验叶片在该阶共振频率下的振动位移应变关系的标定系数；

10、s304：改变振动台的激振频率，重复步骤s301～s303。

11、优选地，所述激光位移传感器架设于所述待试验叶片的正上方，并且所述激光位移传感器的测量方向垂直于所述待试验叶片的叶身表面。

12、优选地，所述振动台的激振频率为0.1hz～20khz。

13、优选地，在步骤s300之后还包括：

14、s400：将已完成标定试验的待试验叶片转换为非试验叶片，将未进行标定试验的其中一个非试验叶片转换为新的待试验叶片，重复步骤s100～s300对新的待试验叶片进行标定试验。

15、优选地，所述配重组件包括固定夹和柔性配重块，所述柔性配重块用于垫设在所述固定夹与所述非试验叶片之间，所述固定夹用于将所述柔性配重块夹持固定于所述非试验叶片上。

16、优选地，不同非试验叶片上的柔性配重块的重量不同和/或所述配重组件在不同非试验叶片上的夹持位置不同。

17、进一步地，步骤s200具体包括：

18、s201：配置定位座，所述定位座用于卡接在非试验叶片上，所述定位座沿非试验叶片的侧边缘设有导向槽，所述导向槽用于插接所述配重组件并供所述配重组件导向滑动，所述定位座在所述导向槽的一侧设有刻度标识；

19、s202：将整体叶轮中的除待试验叶片之外的所有叶片设为非试验叶片，将定位座卡接于非试验叶片上，将配重组件插接于导向槽中并通过刻度标识调节配重组件的位置，然后将配重组件夹持固定于非试验叶片上，以使非试验叶片的固有频率远离待试验叶片的共振频率，并使配重组件在不同非试验叶片上的夹持位置不同。

20、优选地，在步骤s300之前还包括：

21、通过安装机构将整体叶轮安装至振动台上，所述安装机构包括底座、压环、锁紧组件和加速度传感器，所述底座用于与所述振动台连接，所述底座上设有用于穿设整体叶轮的定位柱，所述压环套设于所述定位柱上并用于抵接所述整体叶轮远离所述底座的一端，所述锁紧组件与所述压环连接并用于驱使所述压环将所述整体叶轮压紧于所述底座上，所述加速度传感器安装于所述压环上并用于监测所述振动台传输到所述整体叶轮上的振动加速度。

22、优选地，步骤s100具体包括：

23、s101：通过叶尖振幅测量获取待试验叶片在旋转状态下的振动特性及振动位移响应；

24、s102：确定待试验叶片在所关注的振动位移范围内的多阶共振频率。

25、本发明具有以下有益效果：

26、本发明提供的整体叶轮的叶片振动位移应变关系标定试验方法中，通过振动台对整体叶轮进行激振，即在待试验叶片的非旋转状态下进行激振，不需对叶片施加能使其发生高周疲劳破坏的大激励加速度，只需施加在振动台能力范围之内的中、小激励加速度，确保能够覆盖待试验叶片所需试验的多阶共振频率(最高共振频率高达10khz至20khz)，并且由于待试验叶片处于非旋转状态，采用非接触式测量技术测量待试验叶片的振动位移和振动应变，可精准扫描出待试验叶片表面的振动位移及应力分布，有效地克服了有限元计算法在振动应力分布计算、最大振动应变测点确定、振动位移应变关系换算时的不准确性缺陷，而且无需花费大量时间做表面磨平及粘贴应变片的工作，不限制应变测量点的数量，不会对待试验叶片产生附加质量影响，对试验环境要求和操作人员的技术要求较低，具备检测速度快、精度高、易操作的优势。其次，在激振之前先在非试验叶片上设置配重组件，使非试验叶片的固有频率远离待试验叶片的共振频率，有效避免非试验叶片与待试验叶片发生耦合共振而损耗振动台的激振能量，避免对试验结果产生不利影响，还能避免在试验过程中的非试验叶片发生共振而出现疲劳损伤，有效保护叶片。

27、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。