[发明专利]一种定量在线测量航空发动机轮盘疲劳裂纹扩展长度的方法

权利要求书

1.一种定量在线测量航空发动机轮盘疲劳裂纹扩展长度的方法，其特征在于，测量装置包括高速旋转驱动系统、裂纹长度标定片、转速测量传感器、滑环、数据采集器、分析与显示系统，所述高速旋转驱动系统带动轮盘按照疲劳试验转速曲线进行高速旋转；所述裂纹长度标定片固定在待测盘件表面预制缺口尖端附近，用于测量裂纹扩展长度；所述滑环用于将高速转动的裂纹扩展裂纹长度标定片的输出电阻信号传输至数据采集器；所述分析与显示系统实时将采集到的输出电阻数值换算成疲劳裂纹扩展长度数值，并显示裂纹长度随疲劳循环数和试验时间的变化曲线；根据裂纹长度标定片输出电阻值的变化定量换算出裂纹长度标定片电阻丝断裂的数量，进而定量计算出相应的裂纹长度。

2.根据权利要求1所述的定量在线测量航空发动机轮盘疲劳裂纹扩展长度的方法，其特征在于，所述高速旋转驱动系统包括旋转驱动增速器、旋转轴、转速测量传感器，按照预先设定的疲劳试验转速曲线带动轮盘进行高速旋转；所述转速测量传感器用于实时测量轮盘转速。

3.根据权利要求2所述的定量在线测量航空发动机轮盘疲劳裂纹扩展长度的方法，其特征在于，所述滑环位于所述旋转驱动增速器上方，所述滑环的转动部件回转中心与所述旋转轴中心重合；所述滑环的转动部分与裂纹扩展裂纹长度标定片输出导线连接，用于传输高速转动的裂纹扩展裂纹长度标定片的输出电阻信号，所述滑环的静止部分与所述数据采集器连接。

4.根据权利要求1所述的定量在线测量航空发动机轮盘疲劳裂纹扩展长度的方法，其特征在于，所述裂纹长度标定片用于测量裂纹尺寸，所述裂纹长度标定片由一组等间距同心半圆形电阻丝并联组成，各电阻丝之间的间距为一个固定值；裂纹长度标定片的输出电阻数值与每一根电阻丝的连通状态定量相关。

5.根据权利要求1所述的定量在线测量航空发动机轮盘疲劳裂纹扩展长度的方法，其特征在于，将半圆形裂纹长度标定片固定在轮盘表面预制缺口尖端的两侧，裂纹长度标定片最内圈电阻丝与预制缺口尖端的距离固定；裂纹长度标定片相对于预制缺口对称放置，以尽可能多的覆盖预制缺口尖端区域，保证裂纹扩展路径在裂纹长度标定片覆盖的区域范围内。

6.根据权利要求1所述的定量在线测量航空发动机轮盘疲劳裂纹扩展长度的方法，其特征在于，当轮盘表面的预制缺口尖端在试验过程中形成裂纹并扩展至裂纹长度标定片的内圈电阻丝位置时，内圈电阻丝在裂纹穿过产生的拉应力作用下断裂；内圈电阻丝断裂后，裂纹长度标定片的输出电阻数值会由于并联电路连通电阻丝数量的减小而增大；随着疲劳裂纹长度的不断增加，裂纹长度标定片电阻丝在裂纹的穿透下由内圈向外圈逐渐发生断裂；疲劳裂纹的尺寸越长，则断裂的电阻丝数量越多，裂纹长度标定片输出电阻数值变化越大；由于裂纹长度标定片内圈电阻丝与预制裂纹尖端之间的距离、各圈电阻丝之间的距离均为定值，根据裂纹长度标定片输出电阻值的变化定量换算出裂纹长度标定片电阻丝断裂的数量，进而定量计算出相应的裂纹长度。

7.根据权利要求1所述的定量在线测量航空发动机轮盘疲劳裂纹扩展长度的方法，其特征在于，通过所述滑环将高速转动的裂纹长度标定片的输出电阻信号传输至数据采集器；根据输出电阻数值与裂纹长度标定片断裂电阻丝数量和裂纹长度之间的定量对应关系，分析与显示系统实时将采集到的输出电阻数值换算成疲劳裂纹长度数值，并实时显示裂纹长度随试验载荷循环数和试验时间的变化曲线。

8.根据权利要求1所述的定量在线测量航空发动机轮盘疲劳裂纹扩展长度的方法，其特征在于，当待测盘件表面的预制缺口尖端裂纹在低循环疲劳试验过程中萌生并扩展至标定片的电阻丝位置时，电阻丝在裂纹穿过时引起的应力作用下断裂；裂纹扩展标定片的输出电阻数值随着电阻丝的断裂而增大；裂纹扩展的长度越长，标定片断裂的电阻丝数量越多，输出电阻数值变化越大。