【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生的转子叶片健康监测方法和监测系统
本专利技术属于机械故障诊断领域，涉及基于数字孪生的转子叶片健康监测方法和监测系统。
技术介绍
转子叶片是航空发动机中的重要零部件。航空发动机工作时的高温、高压、高转速等恶劣工作条件容易使叶片产生振动，进而引起叶片的高周疲劳，导致叶片产生裂纹等损伤。而航空发动机叶片的损伤故障，通常会导致叶片的一些振动参数，如振动频率、振幅等发生改变。在叶片运行过程中，通过对其振动参数进行准确监测，对叶片损伤位置进行定位，评估叶片损伤情况对于减少发动机运行维护成本，保障航空发动机的运行安全有着重要作用。在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出基于数字孪生的转子叶片健康监测方法和监测系统，通过在有限元基准模型与实际传感器测得的叶片振动参数间进行数据交换，实现叶片损伤定位以及损伤程度评估。本专利技术建立与物理实体模型对应的...
【技术保护点】
1.一种基于数字孪生的转子叶片健康监测方法，所述方法包括以下步骤：/n第一步骤中，建立转子叶片的三维模型，通过有限元计算叶片不同转速下的各阶模态固有频率f
【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的转子叶片健康监测方法，所述方法包括以下步骤：
第一步骤中，建立转子叶片的三维模型，通过有限元计算叶片不同转速下的各阶模态固有频率fFE，根据转子叶片初始无裂纹状态下测得的模态信息对有限元模型进行修正得到用于数字孪生的有限元基准模型，其中，将有限元计算的各阶模态固有频率fFE与传感器测得的实际叶片振动频率fm的差值作为目标函数，以转子叶片的材料参数M＝[Eρμ]和几何参数G＝[lwhα]为设计变量，以材料参数和几何参数的上确界VHB和下确界VLB为约束条件，构建有限元模型修正方程：
其中，E为材料弹性模量，ρ为密度，μ为泊松比，l为叶片长度，w为叶片宽度，h为叶片厚度，α为叶片攻角，基于进化算法不断调整有限元模型修正方程中的材料参数和几何参数，使得目标函数的值达到最小，得到用于数字孪生的有限元基准模型；
第二步骤中，构造灵敏度矩阵：其中，ψj为转子叶片的有限元模型第j阶质量归一化模态振型，为所述的有限元基准模型中第i个单元的单元刚度矩阵，Qi为有限元基准模型中单元刚度矩阵与总体刚度矩阵之间的关系矩阵，上标T表示矩阵或矢量的转置；
第三步骤中，建立服役状态下数字孪生实时更新模型，其中，基于转子叶片有限元基准模型的总体刚度矩阵和单元刚度矩阵建立参数化的刚度损伤模型：其中，K(ts)表示转子叶片有限元模型第ts时刻对应的总体刚度矩阵，nele表示有限元模型中的单元数量，i表示第i个单元，θi(ts)表示第ts时刻，转子叶片第i个单元的损伤因子，Qi为有限元基准模型中，单元刚度矩阵与总体刚度矩阵之间的关系矩阵,为有限元基准模型中第i个单元的单元刚度矩阵，
基于灵敏度矩阵建立服役状态下数字孪生实时更新模型：Δf＝Sθ+ε，其中，表示转子叶片损伤前后的模态频率变化量；fd和fu分别表示转子叶片损伤前后传感器测得的实际叶片模态频率，S为灵敏度矩阵，是待求的单元刚度损伤因子矢量，ε为噪声矢量，nf是传感器测得的实际叶片模态频率数量，nele是有限元模型中的单元数量；
第四步骤中，建立基于lp(0≤p≤1)范数的稀疏优化模型：其中，表示二范数的平方，||·||p表示p范数，λ表示正则化参数，利用凸优化方法求解基于lp范数的稀疏优化模型，得到唯一确定的单元刚度损伤因子矢量根据θ中非零元素所在位置，对应转子叶片有限元模型中的损伤单元位置，非零元素的大小对应损伤单元的损伤严重程度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，优选的，第一步骤包括：
S101、依据的转子叶片形状等比例三维建模得到转子叶片三维模型，并基于有限元计算建立转子叶片有限元模型，
S102、确定转子叶片实际运行过程中到达的最高转速Rm，利用有限元计算转子叶片三维模型在0至Rm转速下的各阶模态固有频率，
S103、在转子叶片运行前对其进行检测，确保实...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔百杰，许敬晖，敖春燕，曹宏瑞，陈雪峰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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