[发明专利]燃气轮机曲面叶片残余应力测量方法及其装置

权利要求书

1.一种燃气轮机曲面叶片残余应力测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，制作标定样品，标定样品为平板状，与被测曲面叶片材料相同，厚度相近，且所述标定样品已进行去应力退火，视为无残余应力；

步骤二，标定应力，利用弯曲夹具弯曲所述标定样品，使其最大挠度处达到与待测曲面叶片待测点相近的弯曲状态，测量应变，由应变得到应力；其中，所述弯曲夹具包含至少四处支点、内支撑部、外支撑部，其中至少两处支点在内支撑部、至少两处支点分布在外支撑部，分布在内支撑部的至少两处支点、分布在外支撑部的至少两处支点，均相对于夹具的中心轴线对称；

步骤三，测量标定样品波速，测量超声波在所述标定样品的最大挠度处的波速，其中，测量超声波在所述标定样品的波速的方法为，超声换能器向所述标定样品发射超声表面波，改变超声换能器与所述标定样品的距离z，得到周期起伏的V(z)曲线；

步骤四，建立应力-波速关系，重复所述步骤二、步骤三，测量不同应力值对应的波速，建立超声波在待测曲面叶片待测点相近的弯曲形态下，应力与超声波速的关系式；

步骤五，测量曲面叶片波速，测量超声波在曲面叶片待测点的波速，利用步骤四标定得到的关系式，得到待测曲面叶片的残余应力分布；

步骤六，测量确认，利用弯曲夹具弯曲另一标定样品，使该另一标定样品的最大挠度处具有所述步骤五测量得到的应力，然后测量该另一标定样品的最大挠度处的实际超声波波速，将测得的该实际超声波波速与步骤五得到的曲面叶片波速进行比较，判断测量结果是否有效。

2.如权利要求1所述的燃气轮机曲面叶片残余应力测试方法，其特征在于，在步骤二中，采用应变片校核挠度计的测量结果的方法，包括在弯曲后的标定样品上粘贴应变计，应变计测量结果与试验标定挠度计测量弯曲应变力的结果相比较，若两者偏差小于5％，即表明测量结果可信；根据挠度计测量结果计算应变公式如下：

ε：最大拉伸应变，

t：试样厚度，

y：最大的挠度，

H：外支撑间距，

A：外支撑和内支撑间距

标定样品的受力形式与待测曲面叶片的待测点相近，并确保该应力值在材料的屈服强度以下，根据测量得到的应变，以及应力计算公式：

σ＝εE

σ：最大拉伸应力，

E：试样的弹性模量，

获得所述应力的值。

3.如权利要求1所述的燃气轮机曲面叶片残余应力测试方法，其特征在于，在步骤三中，根据V(z)曲线中的振荡周期距离Δz，根据如下公式：

ν_R：被测固体中的波速，

ν_w：水中的波速，

f：超声换能器激发的超声波频率，

Δz：V(z)曲线中的振荡周期距离，

得到超声波在所述标定样品的波速。

4.如权利要求1所述的燃气轮机曲面叶片残余应力测试方法，其特征在于，在步骤四中，至少测量五组所述应力值与对应的所述波速。

5.如权利要求1所述的燃气轮机曲面叶片残余应力测试方法，其特征在于，在步骤六中，当测量结果与所述步骤五的结果误差在5％以内时，则表明所述步骤五的测量结果有效。

6.一种燃气轮机曲面叶片残余应力测试装置，其特征在于，所述测试装置包括弯曲夹具和超声波测速系统，所述弯曲夹具用于弯曲标定样品，所述超声波测速系统用于测定对弯曲后的所述标定样品的最大挠度处的超声波波速，所述超声波测速系统还包括超声换能器、步进电机，所述超声换能器与所述步进电机相连，通过所述步进电机精确控制所述超声换能器在所述标定样品以及待测曲面叶片待测点竖直方向上的位置；其中，所述弯曲夹具包含至少四处支点、内支撑部、外支撑部，其中至少两处支点在内支撑部、至少两处支点分布在外支撑部，分布在内支撑部的至少两处支点、分布在外支撑部的至少两处支点，均相对于夹具的中心轴线对称。