一种面向模型修正的燃气轮机机匣模态试验方法技术

本发明专利技术公开了一种面向模型修正的燃气轮机机匣模态试验方法，属于结构动力学测试及分析技术领域，包括：对燃气轮机机匣进行径向自由模态试验，得到实数化的试验模态参数；建立燃气轮机机匣的初始有限元模型，通过模态分析得到计算模态参数，并将计算模态振型向量向试验模态振型向量方向投影；根据频率相对误差FRE、模态置信因子MAC和巡回群旋转MAC，完成计算模态和试验模态的相关性匹配。本发明专利技术规范了燃气轮机机匣径向自由模态试验的流程，明确给出了机匣的悬吊方式、测试敲击点及振动传感器的布置原则、遍历敲击的注意事项和复模态实数化的实施方法，保证了试验模态参数的准确获取。取。取。

【技术实现步骤摘要】
一种面向模型修正的燃气轮机机匣模态试验方法


[0001]本专利技术属于结构动力学测试及分析
，具体地说，特别涉及一种面向模型修正的燃气轮机机匣模态试验方法，用于对燃气轮机机匣结构动力学有限元模型进行修正。

技术介绍

[0002]有限元分析可以大幅降低试验成本、避免不安全因素、缩短研制周期，在燃气轮机设计、生产、使用及维护等全寿命周期内发挥着越来越重要的作用。由于燃气轮机的结构形式及振动响应复杂，尤其是带有若干个复杂支板及轴承座的多层薄壁机匣系统，加之建模过程中存在许多简化、等效及不确定参数，想要“一步到位”建立其准确的有限元模型几乎不可能。因此，通过选择恰当的修正参数，基于实测数据改善有限元模型计算精度的模型修正技术应运而生。
[0003]综合考虑燃气轮机机匣的结构特点，选择恰当的悬吊方式，合理布置测试敲击点及传感器安装位置，建立兼顾精度与可行性的测试模型，准确获取关心频率范围内的各阶试验模态参数，是开展燃气轮机机匣结构动力学测试、分析及模型修正的基石。通过适当简化和合理等效，建立燃气轮机机匣的初始有限元模型，通过模态分析获得关心频率范围内的各阶计算模态参数。
[0004]但由于测试敲击点数目有限及机匣结构自身的非比例阻尼特性，导致试验模态结果为不完备的复模态，而计算模态往往为节点数目更多的实模态。如何有效开展计算模态和试验模态的相关性匹配，进而合理确定后续模型修正的模态阶次，需要在模态试验和模态分析阶段着手准备。因此，统筹燃气轮机机匣模态试验和模态分析的流程及技术要点，切实解决复杂机匣结构计算模态和试验模态的振型辨识和相关性匹配难题，高效开展有限元模型修正，提出一种面向模型修正的燃气轮机机匣模态试验方法。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的问题，本专利技术实施例提供了一种面向模型修正的燃气轮机机匣模态试验方法。所述技术方案如下：
[0006]一方面，提供了一种面向模型修正的燃气轮机机匣模态试验方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一，对燃气轮机机匣进行径向自由模态试验，得到实数化的试验模态参数；
[0008]步骤二，建立燃气轮机机匣的初始有限元模型，通过模态分析得到计算模态参数，并将计算模态振型向量向试验模态振型向量方向投影；
[0009]步骤三，根据频率相对误差FRE、模态置信因子MAC和巡回群旋转MAC，完成计算模态和试验模态的相关性匹配。
[0010]进一步地，步骤一的具体步骤如下：
[0011]挑选满足力锤可敲击的安装边、机匣回转面及支板横截面作为测试截面，标记好测试截面的圆周编号；
[0012]借助机匣最外层一侧安装边上的螺栓孔，均匀布置三到四组钢丝绳，向靠近悬吊侧将机匣沿轴向水平悬吊，模拟径向自由约束；
[0013]借助测试截面上的可用螺栓孔，通过螺栓连接固定传感器支架，在机匣径向平面内安装振动加速度传感器，记录各传感器所在测点的编号及测量响应方向向量；
[0014]将布置好的加速度传感器接入数据采集器，采用固定传感器位置的移动力锤法，对测试模型中的各个测点逐一进行5次相干性较好的敲击激励，同时记录各个传感器的响应；
[0015]通过多参考点最小二乘复指数法，结合模态指示函数从稳态图中拾取测试频率范围内的各阶径向模态，得到各阶径向模态的固有频率、阻尼比，结合所建测试模型计算得到相应的各阶复模态振型；
[0016]计算各阶试验模态振型的幅值和相位，将幅值与相位余弦的符号函数值的乘积作为实数化后的试验模态振型。
[0017]进一步地，所述挑选满足力锤可敲击的安装边、机匣回转面及支板的横截面作为测试截面，标记好测试截面的圆周编号，还包括
[0018]安装边和机匣回转面上支板对称线及其夹角平分线所对应的各点作为测试敲击点，支板横截面上内外连接处及中间位置的各点作为测试敲击点；在圆柱坐标系下确定各个敲击点的编号、坐标位置和敲击方向单位向量，并通过点线面连接建立线框形式的测试模型。
[0019]进一步地，所述借助机匣最外层一侧安装边上的螺栓孔，均匀布置三到四组钢丝绳，向靠近悬吊侧将机匣沿轴向水平悬吊，模拟径向自由约束，还包括：
[0020]每组钢丝绳均采用单孔自上而下穿过、临孔自下而上穿出的绕线方式，并将自由端固定在正上方的悬挂装置上，且自由端绳长度不小于安装边的直径。
[0021]进一步地，所述借助测试截面上的可用螺栓孔，通过螺栓连接固定传感器支架，在机匣径向平面内安装振动加速度传感器，记录各传感器所在测点的编号及测量响应方向向量，还包括：
[0022]在同一测试截面圆周上布置两个及以上传感器时，相邻两个传感器呈近似90
°
分布。
[0023]进一步地，步骤二的具体步骤如下：
[0024]建立机匣的初始有限元模型；
[0025]通过仿真模型节点与测试模型敲击点的坐标匹配，筛选出与敲击点对应的节点；
[0026]自由模态分析得到计算模态的固有频率及对应节点的模态振型向量；
[0027]在径向平面内合成计算模态振型向量的幅值和相位，得到计算模态振型向量和敲击方向的夹角，将计算模态振型向量的幅值向敲击方向投影，结合敲击方向单位向量在敲击点径向和周向上的投影，得到与试验模态振型向量同方向的计算模态振型。
[0028]进一步地，步骤三的具体步骤如下：
[0029]以试验模态结果为基准，计算各阶计算模态和试验模态之间的FRE和MAC；
[0030]按照测试圆周，对计算模态振型向量进行巡回群变换，使计算模态振型向量逐一旋转到临近支板位置，并计算旋转后的MAC，共计得到支板数个巡回群旋转MAC；
[0031]根据巡回群旋转MAC矩阵中计算模态振型和试验模态振型的相关性匹配情况，确
定各阶模态的振动类型，统筹机匣结构的复杂程度、试验模型的测点数目和测试结果的准确度，给定相关性匹配的FRE和MAC阈值；
[0032]在给定的FRE和MAC阈值下，完成虑及频率及模态振型的计算模态和试验模态的相关性匹配，开展后续有限元模型修正。
[0033]本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
[0034](1)本专利技术规范了燃气轮机机匣径向自由模态试验的流程，明确给出了机匣的悬吊方式、测试敲击点及振动传感器的布置原则、遍历敲击的注意事项和复模态实数化的实施方法，保证了试验模态参数的准确获取；
[0035](2)通过坐标匹配实现仿真模型节点与测试模型敲击点的对应，并将计算模态振型向量向试验模态振型向量方向投影；
[0036](3)根据频率相对误差、模态置信因子MAC和巡回群旋转MAC，解决机匣复杂模态振型辨识及相关性匹配的难题，保证有限元模型修正的高效顺利开展。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向模型修正的燃气轮机机匣模态试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，对燃气轮机机匣进行径向自由模态试验，得到实数化的试验模态参数；步骤二，建立燃气轮机机匣的初始有限元模型，通过模态分析得到计算模态参数，并将计算模态振型向量向试验模态振型向量方向投影；步骤三，根据频率相对误差FRE、模态置信因子MAC和巡回群旋转MAC，完成计算模态和试验模态的相关性匹配。2.如权利要求1所述的一种面向模型修正的燃气轮机机匣模态试验方法，其特征在于，所述步骤一的具体步骤如下：挑选满足力锤可敲击的安装边、机匣回转面及支板横截面作为测试截面，标记好测试截面的圆周编号；借助机匣最外层一侧安装边上的螺栓孔，均匀布置三到四组钢丝绳，向靠近悬吊侧将机匣沿轴向水平悬吊，模拟径向自由约束；借助测试截面上的可用螺栓孔，通过螺栓连接固定传感器支架，在机匣径向平面内安装振动加速度传感器，记录各传感器所在测点的编号及测量响应方向向量；将布置好的加速度传感器接入数据采集器，采用固定传感器位置的移动力锤法，对测试模型中的各个测点逐一进行5次相干性较好的敲击激励，同时记录各个传感器的响应；通过多参考点最小二乘复指数法，结合模态指示函数从稳态图中拾取测试频率范围内的各阶径向模态，得到各阶径向模态的固有频率、阻尼比，结合所建测试模型计算得到相应的各阶复模态振型；计算各阶试验模态振型的幅值和相位，将幅值与相位余弦的符号函数值的乘积作为实数化后的试验模态振型。3.如权利要求2所述的一种面向模型修正的燃气轮机机匣模态试验方法，其特征在于，所述挑选满足力锤可敲击的安装边、机匣回转面及支板的横截面作为测试截面，标记好测试截面的圆周编号，还包括安装边和机匣回转面上支板对称线及其夹角平分线所对应的各点作为测试敲击点，支板横截面上内外连接处及中间位置的各点作为测试敲击点；在圆柱坐标系下确定各个敲击点的编号、坐标位置和敲击方向单位向量，并通过点线面连接建立线框形式的测试模型。4.如权利要求2所述的一种面向模型修正的燃气轮机机匣模态试验方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵化金，左彦飞，史守州，江志农，李进，司瑞昕，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：