[发明专利]基于叶端位移-位移传递比的转子叶片裂纹损伤识别方法

说明书

本发明公开了一种基于叶端位移‑位移传递比的转子叶片裂纹损伤识别方法，其中，在不同转速工况下对三维模型进行模态分析，提取位移测点的位移振型，计算共振状态下叶端两位移测点的位移‑位移传递比；确定叶端定时传感器数目、弦向安装位置和周向安装角度；安装叶端定时传感器并在不同转速工况下开展旋转实验，利用叶端定时传感器获取转子叶片叶端位移测点的位移振幅测量值，基于转子叶片几何关系对测量值进行修正并获取位移振幅真实值；计算待测叶片在旋转工况下位移‑位移传递比，通过监测转子叶片在单模态共振状态下位移‑位移传递比值，并与数据库中传递比基准值进行比较，判断转子叶片是否发生裂纹损伤。

技术领域

本发明属于转子叶片损伤检测的技术领域，特别是一种基于叶端位移-位移传递比的转子叶片裂纹损伤识别方法。

背景技术

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，提出了位移-位移传递比，有效实现了叶片早期裂纹损伤的监测。

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叶端位移-位移传递比的转子叶片裂纹损伤识别方法，本发明通过提出了一种更为有效的叶片裂纹损伤监测指标-位移-位移传递比，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，通过两个测点的位移信息与简单的计算便能识别转子叶片的早期裂纹损伤。

当叶片发生某阶模态共振时，叶片任意两点位移响应存在恒定的比值关系，称其比值为位移响应传递比，此传递比只与叶片的位移模态振型有关，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，因而位移-位移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，因而位移-位移响应传递比也会发生变化。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种基于叶端位移-位移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位移振型分布云图，根据叶端定时传感器理论测量范围在叶片有限元模型叶端确定两处位移测点；

第二步骤中，在不同转速工况下对所述三维模型进行模态分析，提取所述两处位移测点的位移振型，以计算单模态共振状态下所述两处位移测点的位移-位移传递比，利用计算得到的位移-位移传递比建立不同转速工况下所述三维模型位移-位移传递比数据库，作为转子叶片在不同转速工况下未发生破坏时的位移-位移传递比基准值；

第三步骤中，基于叶片共振模态数目确定叶端定时传感器安装数目；确定叶端定时传感器弦向安装位置和周向安装角度；