一种行波激励作用下整体叶盘节径运动测试装置及方法制造方法及图纸

一种行波激励作用下整体叶盘节径运动测试装置，包括工控机、模拟输出板卡、板卡机箱、功率放大器、非接触式磁场激振器、模态力锤、加速度传感器、数据采集分析仪和上位机、整体叶盘，通过装置的配合，对整体叶盘进行模态振动测试；整个装置中工控机中行波信号控制程序自行开发，灵活可控，模拟输出板卡及板卡机箱高效集成，操作简单，通过加速度传感器采集的振动响应数据还可用于研究处于共振状态的整体叶盘振动响应特性，采用非接触式磁场激振器，与常规柔性杆激振器相比，该激振器不会向系统引入附加质量和附加刚度，提高了测试的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种行波激励作用下整体叶盘节径运动测试装置及方法
本专利技术涉及振动测试
，具体是一种行波激励作用下整体叶盘节径运动测试装置及方法。
技术介绍
航空发动机叶盘结构的轻量化和高速化，使得整体叶盘这种新型结构得到了广泛的应用，与传统榫接叶盘相比，整体叶盘的叶片和轮盘通过先进的制造工艺被制成一体，盘体结构简单，重量变轻，性能更加优越。整体叶盘处于旋转工作状态时受力情况非常复杂，因此通常将整体叶盘所受真实激励称为行波激励，行波激励通常定义为转子旋转通过具有相等间隔的压力扰动时所受到的激励，行波激励在实验室内可由对整体叶盘各个叶片顺序施加等相位差的正弦激励来模拟，同时获得行波激励下整体叶盘的模态振型及节径运动规律对于该类结构件的动力学设计以及振动抑制都有重要的意义。目前，辨识整体叶盘模态振型的方法主要是通过实验模态分析理论提供的方法，即通过测试各响应点的频响函数来辨识模态振型，其中采用力锤或电磁激振器激励测试是最常用的方法，然而，由于整体叶盘通常固有频率间隔密集、模态之间耦合严重，因而传统的测试模态振型的方法，测试精度不高，结果不可靠，同时，模态测试对实验人员的操作技能有着较高的要求，另外，模态测试实验只能单纯地给出模态振型图，并不能反映出节径的变化规律。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种行波激励作用下整体叶盘节径运动测试装置及方法，能够提高模态振型测辨识精度和效率，其技术方案：一种行波激励作用下整体叶盘节径运动测试装置，包括工控机、模拟输出板卡、板卡机箱、功率放大器、非接触式磁场激振器、模态力锤、加速度传感器、数据采集分析仪和上位机、整体叶盘；所述工控机的以太网输出端连接板卡机箱的以太网输入端，所述模拟输出板卡置于板卡机箱的插槽内，所述模拟输出板卡的输出端连接功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端连接非接触式磁场激振器的输入端，所述非接触式磁场激振器固定安装于整体叶盘下方，所述加速度传感器粘贴于整体叶盘的叶片上表面，所述加速度传感器的输出端连接数据采集分析仪的输入端，所述数据采集分析仪的以太网输出端连接上位机，所述模态力锤置于整体叶盘上方，所述模态力锤的冲击端接触整体叶盘上表面，所述模态力锤的电控输入端电连接数据采集分析仪。所述工控机内置LabVIEW程序编辑器，所述工控机自行开发程序用作行波信号发生器，产生并控制行波激励信号。所述模拟输出板卡与板卡机箱对工控机输出的行波激励信号转为模拟信号输出，所述板卡机箱输出的模拟信号传输出至功率放大器。所述功率放大器将输入的模拟信号进行放大为高电压激励信号，所述高电压激励信号加载到非接触式磁场激振器。所述非接触式磁场激振器根据高电压激励信号产生交变磁场，所述交变磁场激励整体叶盘使其发生稳态振动。所述模态力锤置于整体叶盘上方，所述模态力锤锤击整体叶盘进行模态测试。所述加速度传感器用于采集整体叶盘的振动响应信号。所述数据采集分析仪用于实时记录和分析加速度传感器获取整体叶盘的振动响应信号。所述上位机用于对整体叶盘的振动响应信号进行处理，辨识整体叶盘的模态振型和节径运动规律。采用前述的一种行波激励作用下整体叶盘节径运动测试装置对整体叶盘进行节径运动测试的方法，包括如下步骤：步骤1：工控机编写信号发生器程序，使其可以产生并控制多通道行波激励信号；步骤2：调节功率放大器使各通道增益相同，同时将非接触式磁场激振器通过专用夹具固定在整体叶盘叶尖测点下方一定距离；步骤3：在工控机编写的信号发生器程序中设置各通道激振信号参数；步骤4：对整体叶盘进行模态测试，获得整体叶盘各阶固有频率，而后上位机对整体叶盘进行有限元模态分析，根据模态测试结果修正有限元模型，直至模态测试结果和模态分析结果吻合；步骤5：根据整体叶盘各阶固有频率值确定扫频测试范围，对整体叶盘进行扫频激励测试，得到整体叶盘的各阶共振频率：步骤5.1：在工控机信号发生器中设置各通道信号参数和扫频激励参数；步骤5.2：启动功率放大器和非接触式磁场激振器对整体叶盘进行扫频激励测试；步骤5.3：加速度传感器实时采集整体叶盘的振动响应信号并输出至数据采集分析仪；步骤5.4：数据采集分析仪实时记录并处理整体叶盘的振动响应信号，并输出至上位机；步骤5.5：上位机根据整体叶盘的振动响应信号获取整体叶盘各阶共振频率；步骤6：根据步骤5获得的整体叶盘各阶共振频率，对整体叶盘进行定频阶次激励测试：步骤6.1：在工控机信号发生器中设置各通道激振信号参数，根据激励阶次设置各激振信号之间相位差；步骤6.2：启动功率放大器和非接触式磁场激振器对整体叶盘定频激励，使其处于稳态振动状态；步骤6.3：对叶片进行编号，从1号2号叶片叶尖两个测点开始测试，按照叶片编号依次进行12次测试，完成一周测点的振动响应测试，同时加速度传感器获得整体叶盘一周测点的振动响应信号并通过数据采集分析仪上传至上位机；步骤6.4：径向向内移动两个加速度传感器，从而完成多周测点振动响应信号拾取，同时加速度传感器获得整体叶盘多周测点的振动响应信号并通过数据采集分析仪实时传给上位机；步骤6.5：改变激励阶次，重复步骤6.1～步骤6.4，完成多个行波激励下整体叶盘多周测点振动响应信号拾取；步骤7：根据整体叶盘表面多周测点的振动响应数据，上位机绘制出整体叶盘在行波激励作用下的模态振型，并辨识节径运动规律；步骤7.1：上位机对整体叶盘表面多周测点的振动响应数据进行时域响应信号降噪处理和加窗处理；步骤7.2：上位机对时域响应信号降噪处理后的数据进行提取处理；步骤7.3：根据整体叶盘的尺寸参数、测点数量及测点布置情况，上位机绘制出整体叶盘测点的线框模型；步骤7.4：上位机将各测点振动响应数据加载到各自对应的线框模型测点坐标上，绘制出整体叶盘的模态振型，通过对比模态振型节径变化辨识节径运动规律。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)工控机中行波信号控制程序自行开发，灵活可控，模拟输出板卡及板卡机箱高效集成，操作简单；(2)通过加速度传感器采集的振动响应数据还可用于研究处于共振状态的整体叶盘振动响应特性；(3)采用非接触式磁场激振器，与常规柔性杆激振器相比，该激振器不会向系统引入附加质量和附加刚度，提高了测试的准确性。附图说明图1为本专利技术一种实施方式的行波激励作用下的电信号连接框图；图2为本专利技术一种实施方式的行波激励作用下的整体叶盘节径运动测试装置的装置组成图示意图；图3为本专利技术一种实施方式的行波激励作用下的整体叶盘节径运动测试流程图；图4为本专利技术一种实施方式的行波激励作用下的通过有限元分析获得的整体叶盘模态振型图；图5为本专利技术一种实施方式的行波激励作用下的信号发生器前面板；图6为本专利技术一种实施方式的行波激励作用下的信号发生器第一部分工作流程框图；图7为本专利技术一种实施方式的行波激励作用下的信号发生器第二部分工程流程框图；图8为本专利技术一种实施方式的行波激励作用下的信号发生器第三部分工程流程框图；图9为本专利技术一种实施方式的以192Hz为激振频率零阶次定频激励整体叶盘三维瀑布图；图10为本专利技术一种实施方式的以192Hz为激振频率零阶次定频激励整体叶盘振动时域信号图；图11为本专利技术一种实施方式的以192Hz为激振频率零阶次定频激励整体叶盘测试获得的模态振型图。图中：1、上位机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种行波激励作用下整体叶盘节径运动测试装置，包括工控机、模拟输出板卡、板卡机箱、功率放大器、非接触式磁场激振器、模态力锤、加速度传感器、数据采集分析仪和上位机、整体叶盘；所述工控机的以太网输出端连接板卡机箱的以太网输入端，所述模拟输出板卡置于板卡机箱的插槽内，所述模拟输出板卡的输出端连接功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端连接非接触式磁场激振器的输入端，所述非接触式磁场激振器固定安装于整体叶盘下方，所述加速度传感器粘贴于整体叶盘的叶片上表面，所述加速度传感器的输出端连接数据采集分析仪的输入端，所述数据采集分析仪的以太网输出端连接上位机，所述模态力锤置于整体叶盘内环上方，所述模态力锤的冲击端接触整体叶盘上表面，所述模态力锤的电控输入端电连接数据采集分析仪。

【技术特征摘要】
1.一种行波激励作用下整体叶盘节径运动测试装置，包括工控机、模拟输出板卡、板卡机箱、功率放大器、非接触式磁场激振器、模态力锤、加速度传感器、数据采集分析仪和上位机、整体叶盘；所述工控机的以太网输出端连接板卡机箱的以太网输入端，所述模拟输出板卡置于板卡机箱的插槽内，所述模拟输出板卡的输出端连接功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端连接非接触式磁场激振器的输入端，所述非接触式磁场激振器固定安装于整体叶盘下方，所述加速度传感器粘贴于整体叶盘的叶片上表面，所述加速度传感器的输出端连接数据采集分析仪的输入端，所述数据采集分析仪的以太网输出端连接上位机，所述模态力锤置于整体叶盘内环上方，所述模态力锤的冲击端接触整体叶盘上表面，所述模态力锤的电控输入端电连接数据采集分析仪。2.根据权利要求1所述的一种行波激励作用下整体叶盘节径运动测试装置，其特征在于，所述工控机内置LabVIEW程序编辑器，所述工控机自行开发程序用作行波信号发生器，产生并控制行波激励信号。3.根据权利要求1所述的一种行波激励作用下整体叶盘节径运动测试装置，其特征在于，所述模拟输出板卡与板卡机箱对工控机输出的行波激励信号转为模拟信号输出，所述板卡机箱输出的模拟信号传输出至功率放大器。4.根据权利要求1所述的一种行波激励作用下整体叶盘节径运动测试装置，其特征在于，所述功率放大器将输入的模拟信号进行放大为高电压激励信号，所述高电压激励信号加载到非接触式磁场激振器。5.根据权利要求1所述的一种行波激励作用下整体叶盘节径运动测试装置，其特征在于，所述非接触式磁场激振器根据高电压激励信号产生交变磁场，所述振动磁场激励整体叶盘使其发生稳态振动。6.根据权利要求1所述的一种行波激励作用下整体叶盘节径运动测试装置，其特征在于，所述模态力锤置于整体叶盘上方，所述模态力锤锤击整体叶盘进行模态测试。7.根据权利要求1所述的一种行波激励作用下整体叶盘节径运动测试装置，其特征在于，所述加速度传感器用于采集整体叶盘的振动响应信号。8.根据权利要求1所述的一种行波激励作用下整体叶盘节径运动测试装置，其特征在于，所述数据采集分析仪用于实时记录和分析加速度传感器获取整体叶盘的振动响应信号。9.根据权利要求1所述的一种行波激励作用下整体叶盘节径运动测试装置，其特征在于，所述上位机用于对整体叶盘的振动响应信号进行处理，辨识整体叶盘的模态振型和节径运动规律。10.权利要求1所述的一种行波激励作用下整体叶盘节径运动测试装置对整体叶盘进行节径运动测试的方法，包括如下步骤：步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王进，孙伟，徐昆鹏，闫宪飞，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21