[发明专利]基于模态解耦的叶片动应变场与位移场重构方法及其系统

说明书

本发明公开了一种基于转子叶片动应变多模态解耦的应变场与位移场重构方法及其系统，所述方法包括：建立待测量转子叶片的三维有限元模型，提取所述三维有限元模型的模态参数；在所述转子叶片上布置应变片，经由所述应变片所在测点的动应变测量转子叶片多模态振动；解耦转子叶片多模态振动；建立测点应变与全场应变及位移的映射关系，所述动应变基于所述映射关系重构得到所述转子叶片任意时刻、任意位置及任意方向的动应变与位移。本发明可实现多模态振动下转子叶片动应变解耦，仅利用单一测点应变信息便可实现整体应变场与位移场的重构，不仅可实现叶片表面振动的测量，还可以实现内部节点振动测量，计算过程简单，测量精度高。

技术领域

本发明属于航空发动机、燃气轮机叶片振动测试技术领域，特别是一种基于转子叶片动应变多模态解耦的应变场与位移场重构方法及其系统。

背景技术

叶片的完整性直接影响航空发动机整体结构的安全运行，受工作环境苛刻、载荷强交变等因素的影响，其在服役过程中极易产生振动疲劳裂纹而导致严重事故。叶片振动疲劳主要由各种气动载荷、机械载荷导致的动应力引起，在短时间内便可累计大量循环产生疲劳裂纹，特别是当叶片发生共振时动应力极易导致叶片疲劳失效。在航空发动机研制、生产过程中，为了掌握叶片振动特性，需要对叶片振动进行测量。长期以来，航空发动机叶片是通过在转子叶片表面粘贴应变片的方式实现动应变测量，这仅能测量有限叶片有限位置动应变，其可靠性和持续工作时间较低，特别是高温环境下在涡轮转子叶片布置大量应变片常常只有很少的应变片可以获取有效数据，存活率极低。

现在航空发动机研制中广泛采用整体叶盘结构，由于整体叶盘缺少阻尼抑制机制，同一个转速会激发多阶模态振动，叶片低阶模态被激励的同时，高阶模态也容易被激励起来，其最大应力点在时间和空间维度都在变化。考虑叶片多模态振动下的动应力估算，对提升叶片剩余寿命预测精度至关重要。尽管通过布置一定数量的传感器可以实现多模态振动的解耦，然而应变片数量常常是有限的。因此，如何实现转子叶片多模态振动的解耦非常关键。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，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。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于转子叶片动应变多模态解耦的应变场与位移场重构方法及其系统，解决了少测点多模态振动下动应变难以解耦以及应变片仅能测量叶片有限位置动应变难题，并具备重构叶片表面与内部位移场的优势。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种基于转子叶片动应变多模态解耦的应变场与位移场重构方法包括以下步骤：

第一步骤中，建立待测量转子叶片的三维有限元模型，提取所述三维有限元模型的模态参数；

第二步骤中，在所述转子叶片上布置应变片，经由所述应变片所在测点的动应变测量转子叶片多模态振动；

第三步骤中，解耦转子叶片多模态振动；

第四步骤中，建立测点应变与全场应变及位移的映射关系；

第五步骤中，所述动应变基于所述映射关系重构得到所述转子叶片任意时刻、任意位置及任意方向的动应变与位移。