[發明專利]一種發動機風扇葉片高周疲勞性能測試方法

有效

• 申請號: 201710769385.1
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN109238718B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 鄧瑛;李志強;邵杰;韓曉寧;張興振
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00;G01M13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種發動機風扇葉片高周疲勞性能測試方法，其特征在于：包括如下步驟，

第一步，基于發動機風扇葉片榫頭部位的幾何特征對夾具進行設計，將風扇葉片剛性固定到激勵設備上；

第二步，根據軟件預測試驗裝夾條件下發動機風扇葉片的固有頻率、振形和應力分布，根據疲勞性能考核部位要求和計算獲得的應力分布規律，初步選取加載設備的激勵頻率，振形以及振幅監控點位置；

第三步，開展掃頻試驗，頻率變化率低于3oct/min，掃頻方向先從低頻到高頻，再由高頻到低頻，設置頻率范圍，至少確定前4階固有頻率，通過兩次試驗結果確定風扇葉片的固有頻率，采用有限元軟件分析風扇葉片固有頻率，一階固有頻率為59Hz，為周向彎曲振形，最大應力點位于葉片前緣根部，二階固有頻率為110Hz，為軸向彎曲振形，最大應力點位于葉片前緣根部，三階固有頻率為220Hz，為周向二階彎曲振形，最大應力點位于葉片二分之一葉高處的弦線中點處，四階固有頻率為380Hz，為展向扭轉振形，最大應力點位于葉片三分之一葉高處的弦線中點處；

第四步，在風扇葉片上設置振幅監控點，振幅監控點的選取基于第二步中數值模擬結果所選取的振形，振幅監控位置位于發動機風扇葉片試驗振形下相鄰節線的中點，測量點大于3個，當考核部位位于風扇葉片葉身根部時，在風扇葉片展向中部的前緣位置處設置振幅主監控點，在風扇葉片葉尖前緣處設置振幅輔助監控點；當考核部位遠離夾持端，根據振形特點設置振幅監控點，不少于三個振幅監控點，在一階扭轉振形下開展測試時，監控點位置分別位于風扇葉片展向中點的進氣邊以及風扇葉片葉尖的進排氣邊；在二階彎曲振形下開展試驗，監控點位置分別位于風扇葉片高度的三分之一處的進氣邊以及自由端的進排氣邊，選用二階彎曲振形開展測試，振幅監控點位置為三處以上，第一處監控點位置位于風扇葉片進氣邊距離根部150mm處；第二處監控點位置位于風扇葉片進氣邊尖端；第三處監控點位置位于葉片排氣邊葉尖；

第五步，確定激勵水平及發動機風扇葉片變形規律， 采用較低的激勵能量激勵發動機風扇葉片，通過振幅-頻率曲線判定發動機風扇葉片是否處于共振狀態，通過傳感器之間的相位關系判定當前激勵頻率及葉片振形是否產生預計應力分布，通過掃頻試驗獲得發動機風扇葉片固有頻率，采用葉片不同位置傳感器在共振時采集到振動數據之間的相位關系判定葉片振形是否滿足試驗要求，掃頻試驗中的掃頻范圍為10Hz~2000Hz，頻率變化率小于3otc/min，前4階固有頻率分別為68Hz，125Hz，230Hz，412Hz，隨后分別采用68Hz，125Hz，230Hz，412Hz激勵頻率激勵葉片，能量為1g；

第六步，根據第五步中確定的頻率激勵葉片，在風扇葉片考核位置安裝應變片，安裝應變片分為兩步，第一步為摸底試驗，在風扇葉片表面大范圍區域內安裝應變片或采用動態DIC方法，獲得大范圍區域內的應變分布規律，獲得高應力區范圍；第二步為標定試驗，基于摸底試驗獲得的高應力區范圍，在該區域內密集安裝應變片，精確確定最大應力的位置，通過控制激勵力能量，獲得至少4個激勵力水平下最大應力點的應力水平，通過線性擬合，獲得應力-振幅之間的函數關系；

第七步，通過調整激勵裝置的能量、微調激勵頻率，逐步提高風扇葉片振幅并達到預測值，通過調整振動臺激勵能量或微調激勵頻率，使得風扇葉片處于穩定振幅狀態，直至試驗達到停止要求。