[发明专利]基于模态振型的叶片位移应变测量方法

权利要求书

1.一种基于模态振型的叶片位移应变测量方法，所述方法包括以下步骤：

第一步骤(S1)中，建立待测量叶片的三维有限元模型，基于所述三维有限元模型生成位移模态振型和应变模态振型，通过模态分析提取所述三维有限元模型前n_m阶模态振型，其包括大小为n_dof×1的位移模态振型φ_i和大小为2n_dof×1的应变模态振型ψ_i，构造叶片全场位移模态振型矩阵大小为n_dof×n_m；构造叶片全场应变模态振型矩阵大小为2n_dof×n_m；其中，n_m表示模态数目，i表示模态阶次，n_dof表示叶片有限元模型的自由度数目，每个叶片有限元模型节点的应变包含3个正应变ε_x、ε_y、ε_z与3个剪应变γ_xy、γ_yz、γ_xz共6个应变分量；

第二步骤(S2)中，在所述叶片预定的测点布置测量单元，测量叶片位移u(t)和/或应变s(t)，确定叶片振动模态阶次；

第三步骤(S3)中，建立测点的位移u(t)与全场应变及位移的映射关系和/或测点的应变s(t)与全场应变及位移的映射关系以得到应变-位移换算系数矩阵以测量叶片全场应变或位移。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，第二步骤(S2)中，测量单元包括叶端定时传感器、应变片、激光测振仪、高速摄像机、激光位移传感器或电涡流传感器，测量单元数目n_d大于等于模态数目n_m，其中，将传感器测点位置和方向与有限元模型中的节点自由度一一对应，从全场位移模态振型矩阵Φ或者全场应变模态振型矩阵ψ抽取，得到测点位移模态振型Φ_d或者测点应变模态振型ψ_d，大小均为n_d×n_m。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，第三步骤(S3)中，建立多模态激励下有限测点位移u(t)与全场所有节点应变S(t)的映射关系S(t)＝T_dsu(t)；其中，位移-应变换算系数矩阵计算公式为大小为2n_dof×n_d；表示测点位移模态振型矩阵Φ_d的逆。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，第三步骤(S3)中，建立多模态激励下有限测点位移u(t)与全场所有节点位移U(t)的映射关系U(t)＝T_ddu(t)；其中，位移-位移换算系数矩阵计算公式为大小为n_dof×n_d。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，第三步骤(S3)中，建立多模态激励下有限测点应变s(t)与全场所有节点位移U(t)的映射关系U(t)＝T_sds(t)；其中，应变-位移换算系数矩阵计算公式为大小为n_dof×n_d；表示测点位移模态振型矩阵的逆。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，第三步骤(S3)中，建立多模态激励下有限测点应变u(t)与全场所有节点应变U(t)的映射关系S(t)＝T_sss(t)；其中，应变-应变换算系数矩阵计算公式为大小为2n_dof×n_d。

7.根据权利要求3所述的方法，其中，第三步骤(S3)中，建立第i阶模态激励下测点j位移u_j(t)与全场所有节点应变S(t)的映射关系S(t)＝T_dsu_j(t)；其中，位移-应变换算系数矢量计算公式为大小为2n_dof×1；其中，φ_j，i表示测点j第i阶位移模态振型。