[发明专利]一种裂纹转子刚度系数测量方法

摘要

本发明公开一种裂纹转子刚度系数测量方法。围绕裂纹损伤沿轴向布置四个测量位置，在每个测量位置沿周向均匀粘贴四个应变片，并在与转子材料相同的非承载结构上粘贴应变片，用于消除应变片的温度效应。根据梁弯曲情况下应变与曲率半径间的关系，计算转子的弯曲曲率半径，采用三次函数对曲率半径进行拟合，得到转子在裂纹位置处的曲率半径，根据截面弯矩与曲率半径和抗弯刚度的关系，计算裂纹转子的刚度系数，进而可测得转子在不同转动角度下的刚度系数。本发明可为验证裂纹模型的准确性提供依据，也可为裂纹转子的动力学建模提供有效手段。

主权项

1.一种裂纹转子刚度系数测量方法，其特征在于：在裂纹转子上，沿裂纹转子轴向布置四个轴向测量位置，所述四个轴向测量位置两两分布在转子裂纹的两侧边；在每个轴向测量位置上沿周向均匀分布四个测点，在各测点上粘贴有应变片；在与转子材料相同的非承载结构上粘贴一个温度补偿应变片；在所述裂纹转子上，位于转子裂纹的任一侧沿径向施加一个恒定的静态作用力；测量获得各测点上应变片应变值，利用温度补偿应变片应变值对于各测点应变片应变值进行补偿，获得各测点上消除温度效应后的测点应变值；利用各测点应变值，根据纯弯曲梁的应变与曲率半径的关系，分别计算获得每个轴向测量位置上沿裂纹开口方向和垂直于裂纹开口方向上的曲率半径；采用三次多项式对四个轴向测量位置在沿裂纹开口方向和垂直于裂纹开口方向上的曲率半径分别进行拟合；利用所述三次多项式计算获得转子裂纹所在的轴向位置处的曲率半径；对于所述裂纹转子进行静力分析，获得转子裂纹所在轴向位置处的弯矩；依据弯矩、曲率半径以及抗弯刚度的关系，计算获得裂纹转子的刚度系数；保持所述静态作用力的大小和方向，转动裂纹转子，获得裂纹转子在转动一周的刚度系数，所述裂纹转子的刚度系数按如下方法计算获得：步骤1、通过静力测试，分别获得温度补偿应变片应变值ε_c和各测点应变片应变值，将所述各测点应变片应变值减去所述温度补偿应变片应变值ε_c，得到消除温度效应后的测点应变值，即：ε_ij为第i个轴向测量位置中第j个应变片所在测点消除温度效应后的测点应变值，为第i个轴向测量位置中第j个应变片应变值，i＝1,2,3,4；j＝1,2,3,4；步骤2、根据纯弯曲梁的应变与曲率半径的关系，按式(1)计算获得各测点处的曲率半径：ρ_ij为第i个轴向测量位置中第j个应变片所在测点处的曲率半径，R为转子的半径；按式(2)计算获得第i个轴向测量位置中沿裂纹开口方向的弯曲曲率半径ρ_ip：按式(3)计算获得第i个轴向测量位置上垂直于裂纹开口方向的弯曲曲率半径ρ_iv：ρ_i2和ρ_i4为第i个轴向测量位置上、同处在沿裂纹开口方向上的一对测量点处的曲率半径；ρ_i1和ρ_i3为第i个轴向测量位置上、同处在垂直于裂纹开口方向上的一对测量点处的曲率半径；步骤3、以裂纹转子的轴向方向为z轴方向，转子裂纹所在截面为z轴的坐标原点，将四个轴向测量位置上沿裂纹开口方向的曲率半径按式(4)进行拟合，获得式(4)中a_p、b_p、c_p和d_p各系数值，以f_p(z)表示裂纹转子上坐标为z的截面在沿裂纹开口方向的曲率半径：f_p(z)＝a_pz³+b_pz²+c_pz+d_p     (4)；将四个轴向测量位置上垂直于裂纹开口方向的曲率半径按式(5)进行拟合，获得式(5)中的a_v、b_v、c_v和d_v各系数值，以f_v(z)表示裂纹转子上坐标为z的截面在垂直于裂纹开口方向的曲率半径：f_v(z)＝a_vz³+b_vz²+c_vz+d_v      (5)；令z＝0，根据式(4)计算获得f_p(0)，根据式(5)计算获得f_v(0)；则：裂纹位置处沿裂纹开口方向的曲率半径ρ_cp为：ρ_cp＝f_p(0)；裂纹位置处垂直于裂纹开口方向的曲率半径ρ_cv为：ρ_cv＝f_v(0)；步骤4、对裂纹转子进行静力分析，得到裂纹转子在裂纹截面处沿裂纹开口方向的弯矩M_cp，以及垂直于裂纹开口方向的弯矩M_cv；由式(6)计算获得裂纹转子在沿裂纹开口方向的刚度系数K_cp：K_cp＝M_cpρ_cp      (6)；由式(7)计算得到裂纹转子在垂直于裂纹开口方向的刚度系数K_cv：K_cv＝M_cvρ_cv     (7)。