[发明专利]叶片动应力测点确定方法

说明书

本发明公开了一种叶片动应力测点确定方法，包括以下步骤：根据需测量的模态阶数n，确定每阶模态在叶片的可贴片区域中应力大的m个应力区；分别以每阶模态在各应力区的峰值应力点为坐标原点、峰值应力点的主应力方向在叶片表面的投影为坐标系X轴、峰值应力点的外法向为Z轴建立直角坐标系，则坐标原点为潜在动应力测点；对每个潜在测点，根据公式：计算其在所有需测量的模态下的应力比例系数；对得到的(m×n)×n个应力比例系数进行加权评分，并按照加权评分结果对所有潜在测点进行排序，得分从高到低即为潜在测点选用的优先级，再根据实际所需的测点数量确定最终的测点及其应变片的贴片方向。本发明的方法实现一个测点同时对多阶模态进行测量。

技术领域

本发明涉及叶片动应力测量领域，特别地，涉及一种叶片动应力测点确定方法。

背景技术

图1-图3依次为典型的轴流风扇叶片和轴流压气机叶片(轴流压气机叶片与轴流风扇叶片结构基本相同，均如图1所示)、离心叶片、轴流涡轮叶片的结构及可贴片区域示意图。叶片研制中通常需要对叶片进行动应力测量，以确定叶片的振动水平，从而进一步确定叶片的高周疲劳寿命。为了提高动应力测量试验的效率、降低试验周期，并减小贴片和引线对叶片本身振动特性的影响，希望通过尽可能少的测点来获得足够多的测试数据，即采用尽可能少的测点来测量足够多阶模态的频率、应变等测试数据。

现有技术中，通常是一个测点对应一阶模态进行测量，受叶片结构尺寸以及测试仪器的限制，并且考虑试验中应变片的存活率情况，一次试验只能对少数几阶模态进行测量，如果需要测量的模态阶数较多，则需要开展多次试验。

现有技术中，一个测点对应一阶模态进行测量，且一次试验只能对有限几阶模态进行测量，如果需要测量的模态阶数较多，则需要开展多次试验，试验周期很长，人力、物力和时间成本很高。

发明内容

本发明提供了一种叶片动应力测点确定方法，以解决现有的动应力测量试验存在的试验周期长、人力、物力及时间成本高的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种叶片动应力测点确定方法，包括以下步骤：S10：根据需测量的模态阶数n，确定每阶模态在叶片的可贴片区域中应力大的m个应力区；S20：分别以每阶模态在各应力区的峰值应力点为坐标原点、峰值应力点的主应力方向在叶片表面的投影为坐标系X轴、峰值应力点的外法向为Z轴建立直角坐标系，则共有m×n个局部的直角坐标系，且坐标原点为潜在动应力测点，X方向为潜在动应力测点的贴片方向；S30：对每个潜在动应力测点，根据公式：计算其在所有需测量的模态下的应力比例系数，则共有(m×n)×n个应力比例系数，其中：K_ni—第i个潜在动应力测点沿其贴片方向上在第n阶模态下的应力比例系数；σ_ni—第i个潜在动应力测点沿其贴片方向在第n阶模态下的应力分量；max(σ_n)—第n阶模态下叶片上的最大应力；S40：对得到的(m×n)×n个应力比例系数进行加权评分，并按照加权评分结果对所有潜在动应力测点进行排序，得分从高到低即为潜在动应力测点选用的优先级，再根据实际所需的测点数量确定最终的测点及其应变片的贴片方向。

进一步地，步骤S10具体包括以下步骤：S101：确定叶片所需测量的模态阶数n；S102：根据所选用应变片的尺寸规格，并结合叶片的具体结构形式，确定叶片上可贴应变片的可贴片区域；S103：分别在每阶模态的可贴片区域中，依据应力集中区域进行区域划分，确定应力大的m个应力区。

进一步地，在步骤S101中，通过有限元分析确定叶片所需测量的模态阶数n；在步骤S103中，通过有限元分析确定应力大的m个应力区。

进一步地，在步骤S103中，从m个应力区中确定应力最大的最大应力区及应力次大的次大应力区，并通过有限元分析得到每阶模态分别在最大应力区和次大应力区的峰值应力点。

进一步地，在步骤S103中，从m个应力区中确定应力最大的最大应力区，并通过有限元分析得到每阶模态在最大应力区的峰值应力点。