一种基于应变-应变传递比的转子叶片裂纹损伤识别方法技术

公开了一种基于应变‑应变传递比的转子叶片裂纹损伤识别方法，方法中，基于三维模型，在叶片最大应力区附近布置两个应变片作为测点，确定应变片安装方向；在不同转速工况下对三维模型进行模态分析，提取测点的应变振型，计算叶片共振状态下两测点的应变‑应变传递比，将其比值作为正常无损伤叶片应变‑应变传递比基准值K，建立不同转速工况下K值数据库；工作条件下，在真实转子叶片上布置两个应变片，安装位置与三维模型中的位置一致，并测量应变信号；对应变信号进行快速傅里叶变换，获得工作条件下应变‑应变传递比值；监测转子叶片在单模态共振状态下应变‑应变传递比值，并与K值数据库中基准值进行比较，判断叶片是否发生裂纹损伤。

【技术实现步骤摘要】
一种基于应变-应变传递比的转子叶片裂纹损伤识别方法
本专利技术属于转子叶片损伤检测的
，特别是一种基于应变-应变传递比的转子叶片裂纹损伤识别方法。
技术介绍
转子叶片是航空发动机结构中一个十分关键的零部件，其在航空发动机中数量十分庞大。由于转子叶片高速旋转，在实际工作时，转子叶片承受离心拉应力、离心弯矩等复杂应力和弯矩，更受到气动载荷等交变力的作用，复杂的受力和工作环境使转子叶片成为了发动机试验和使用中故障率最高的零部件。转子叶片的疲劳断裂会很大程度上影响整体发动机性能，有时甚至会引发严重飞行事故。而叶片早期萌生的微小裂纹很难被监测和诊断，这都严重地威胁着航空发动机的正常工作。因此，在航空发动机运行的过程中，对叶片振动参数进行实时监测，能有效掌握叶片的工作状况及损伤程度，为发动机的运行状态评估和维修提供数据支持，对于降低发动机维修成本，保证发动机的运行安全有着重要意义。当航空发动机叶片产生疲劳裂纹等损伤时，其振动状态会发生改变，某些振动参数也会变化，这些振动参数的变化便能作为叶片裂纹损伤的指标，一个典型的损伤监测指标是叶片固有频率。然而在实际应用中，固有频率变化对于叶片结构早期的损伤并不敏感，当固有频率有了明显变化时，叶片的裂纹损伤已经到了很严重的地步。因此，需要对损伤敏感指标进行提取，提出了应变-应变传递比，有效实现了叶片早期裂纹损伤的监测。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。专利技术内容针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种基于位移-应变传递比的叶片裂纹损伤识别方法，本专利技术通过提出了一种更为有效的叶片裂纹损伤监测指标一应变-应变传递比，解决了传统损伤监测指标例如固有频率对结构早期损伤不敏感的问题，通过测点的位移及应变信息与简单的计算便能识别转子叶片的早期裂纹损伤。当转子叶片发生某阶模态共振时，转子叶片任意两点应变响应存在恒定的关系，称其比值为应变-应变响应传递比，此传递比只与叶片的应变模态振型有关，而与激励的种类、分布和大小均无关。对于正常无损伤叶片而言，其发生某阶模态共振时，其振动参数例如固有频率、模态振型都是不会改变的，因而应变-应变响应传递比也不会改变；当叶片出现了裂纹损伤，其在相同阶次的共振状态下模态振型较正常无损伤叶片会发生变化，因而应变-应变响应传递比也会发生变化。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现，基于应变-应变传递比的转子叶片裂纹损伤识别方法包括以下步骤：第一步骤中，建立转子叶片的三维模型，有限元分析获得所述三维模型单模态共振状态下应变振型分布云图；第二步骤中，基于所述三维模型，在叶片最大应力区附近布置两个应变片作为测点，确定所述应变片安装方向；第三步骤中，在不同转速工况下对所述三维模型进行模态分析，提取所述两个测点在所述安装方向的应变振型，以计算叶片共振状态下两测点的应变-应变传递比，将其比值作为正常无损伤叶片应变-应变传递比基准值K，建立不同转速工况下K值数据库；第四步骤中，在真实转子叶片上布置两个应变片，安装位置与三维模型中的位置一致，并测量两个所述应变片在所述安装方向的应变信号；第五步骤中，对两个所述应变信号进行快速傅里叶变换，分别提取两个所述应变信号在转子叶片共振点处的应变振幅，利用获取的两个应变振幅做比，获得工作条件下应变-应变传递比值；第六步骤中，监测转子叶片在单模态共振状态下应变-应变传递比值，并与所述数据库中应变-应变传递比基准值进行比较，判断叶片是否发生裂纹损伤：若应变-应变传递比相较于基准值变化率绝对值超过0.2％，则认为叶片发生裂纹损伤；反之则认为未发生裂纹损伤。所述的方法中，第二步骤中，在所述三维模型靠近和远离最大应变位置各布置一个应变片，根据所述三维模型应变模态振型确定所述应变片方向。所述的方法中，第四步骤中，应变遥测系统或者滑环引电器获取两测点的应变信号，所述应变信号包括应变时域信号。所述的方法中，第六步骤中，通过遥测系统监测转子叶片在单模态共振状态下应变-应变传递比值。所述的方法中，预定阈值为0.2％。有益效果：本专利技术利用应变-应变传递比作为叶片裂纹损伤监测的新指标，比传统监测固有频率的变化效果更明显；利用较少的应变片实现叶片单模态共振状态下的裂纹损伤监测，节约了安装成本，也使监测过程更简便；利用应变-应变传递比作为叶片裂纹损伤监测的新指标，其对转速不敏感，能适应不同转速工况下的裂纹损伤监测，适应范围广。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使得本专利技术的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本专利技术的具体实施方式进行举例说明。附图说明通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本专利技术各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：图1是本专利技术方法流程图；图2(a)至图2(c)是叶片前三阶应变模态振型图。其中，图2(a)第一阶应变模态振型，图2(b)第二阶应变模态振型，图2(c)第三阶应变模态振型；图3是应变片粘贴位置示意图；图4是含裂纹的叶片结构图；图5是四种不同转速工况下，应变传递比随叶片裂纹长度变化情况示意图；图6是四种不同转速工况下，叶片一阶固有频率随叶片裂纹长度变化情况示意图。以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的解释。具体实施方式下面将参照附图1至图6更详细地描述本专利技术的具体实施例。虽然附图中显示了本专利技术的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本专利技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本专利技术的范围。本专利技术的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。为便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本专利技术实施例的限定。一种基于位移-应变传递比的叶片裂纹损伤识别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于应变-应变传递比的转子叶片裂纹损伤识别方法，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，有限元分析获得所述三维模型单模态共振状态下应变振型分布云图；/n第二步骤中，基于所述三维模型，在叶片最大应力区附近布置两个应变片作为测点，确定所述应变片安装方向；/n第三步骤中，在不同转速工况下对所述三维模型进行模态分析，提取所述两个测点在所述安装方向的应变振型，以计算叶片共振状态下两测点的应变-应变传递比，将其比值作为正常无损伤叶片应变-应变传递比基准值K，建立不同转速工况下K值数据库；/n第四步骤中，在真实转子叶片上布置两个应变片，安装位置与三维模型中的位置一致，并测量两个所述应变片在所述安装方向的应变信号；/n第五步骤中，对两个所述应变信号进行快速傅里叶变换，分别提取两个所述应变信号在转子叶片共振点处的应变振幅，利用获取的两个应变振幅做比，获得工作条件下应变-应变传递比值；/n第六步骤中，监测转子叶片在单模态共振状态下应变-应变传递比值，并与所述数据库中应变-应变传递比基准值进行比较，判断叶片是否发生裂纹损伤：若应变-应变传递比相较于基准值变化率绝对值超过预定阈值，则认为叶片发生裂纹损伤；反之则认为未发生裂纹损伤。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于应变-应变传递比的转子叶片裂纹损伤识别方法，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，有限元分析获得所述三维模型单模态共振状态下应变振型分布云图；
第二步骤中，基于所述三维模型，在叶片最大应力区附近布置两个应变片作为测点，确定所述应变片安装方向；
第三步骤中，在不同转速工况下对所述三维模型进行模态分析，提取所述两个测点在所述安装方向的应变振型，以计算叶片共振状态下两测点的应变-应变传递比，将其比值作为正常无损伤叶片应变-应变传递比基准值K，建立不同转速工况下K值数据库；
第四步骤中，在真实转子叶片上布置两个应变片，安装位置与三维模型中的位置一致，并测量两个所述应变片在所述安装方向的应变信号；
第五步骤中，对两个所述应变信号进行快速傅里叶变换，分别提取两个所述应变信号在转子叶片共振点处的应变振幅，利用获取的两个应变振幅做比，获得工作条件下应变...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔百杰，周凯，朱昱达，符顺国，陈雪峰，
申请(专利权)人：西安交通大学，中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61