[发明专利]一种基于叶端定时的转子叶片动应力场测量方法及其系统

权利要求书

1.一种基于叶端定时的转子叶片动应力场测量方法，所述方法包括以下步骤：

第一步骤(S1)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单元模态参数；

第二步骤(S2)中，确定叶端定时传感器数目与周向安装位置和角度；

第三步骤(S3)中，建立叶片单个位置单元位移与全场单元动应力的换算因子矩阵；建立叶片单个位置单元位移与全场单元等效应力的换算因子矩阵；

第四步骤(S4)中，基于叶端定时传感器测量转子叶片叶端有限位置单元位移；

第五步骤(S5)中，基于所测有限单元位移与所述单元位移到全场单元动应力的换算因子矩阵得到转子叶片任意位置及任意方向的单元动应力；

第六步骤(S6)中，基于所测有限单元位移与所述单元位移到全场等效应力的换算因子矩阵得到所述转子叶片任意位置的单元等效应力。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，优选的，第一步骤(S1)中，通过模态分析提取所述三维有限元模型前n_m阶模态参数，包括模态频率f_i、大小为3n_e×1的位移模态振型大小为6n_e×1的应力模态振型S_i，大小为n_e×1的等效应力模态振型构造转子叶片全场位移模态振型矩阵大小为3n_e×n_m，构造转子叶片全场应力模态振型矩阵大小为6n_e×n_m，构造转子叶片全场等效应力模态振型矩阵大小为n_e×n_m，其中，n_m表示模态数目，i表示模态阶次，n_e表示转子叶片有限元模型单元数目。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，第一步骤(S1)中，转子叶片有限元模型中单元的应力包括3个正应力σ_x、σ_y、σ_z与3个剪应力τ_xy、τ_yz、τ_xz共6个应力分量，每个单元有6个方向的应力模态振型。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，第二步骤(S2)中，叶端定时周向布置传感器数目n_b与测量的振动多模态数目n_m关系满足：n_b≥2n_m+1，优化叶端定时传感器沿周向安装的位置角度，构造周向布局优化矩阵T_b：

，

其中，布局优化矩阵T_b大小为n_b×(2n_m+1)，n_b为转子叶片沿机匣周向安装的叶端定时传感器数目，n_m表示模态数目，θ_j表示叶端定时传感器j(j＝1，...n_b)在机匣相对于转速传感器的布置角度，转速传感器所在机匣的位置作为参考基准O°，EO_i表示转子叶片多模态振动下的激励阶次(i＝1，...，n_m)；排除掉机匣周向无法安装传感器的位置角度后，随机选择n_b个周向角度，组成上述周向布局优化的初始矩阵T_b1，并计算矩阵条件数κ₁，重复此随机选择角度过程R次，并分别计算其组成的优化矩阵T_bi(i＝1，...，R)的条件数，选择其中矩阵条件数最小时的角度组合作为叶端定时传感器沿机匣周向安装的位置角度。