[發明專利]航空發動機葉片的振動應力監測用應變片位置的確定方法

有效

• 申請號: 201710907065.8
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN109582988B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 余學冉
• 申請（專利權）人: 中國航發商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 喻學兵

一種航空發動機葉片的振動應力監測用應變片位置的確定方法，適合于在有限元分析軟件中確定貼片位置，精度較高且成本極低:建立葉片有限元模型，在葉片表面設定可用于粘貼應變片的節點集，利用軟件完成包含單元結果的模態分析，確定危險模態；選擇需要監測的模態；選擇貼片節點集內的節點，建立葉片表面坐標系，并提取節點表面應力，計算節點敏感性；旋轉葉片表面坐標系，獲得不同的節點的敏感性，直至獲得該節點的最大敏感性；不斷重復前一步驟，獲得貼片節點集的各節點針對此階模態的最大敏感性和角度；循環控制以獲得所有可貼片節點對不同模態的最大敏感性和角度；綜合考慮貼片節點集中各節點針對各階模態的最大敏感性選擇用于貼片的節點。

技術領域

本發明涉及確定應變片貼片位置的方法，其用于航空發動機葉片的葉片振動應力監測。

背景技術

葉片振動是航空發動機葉片不可避免的重大難題，70％以上的發動機葉片故障均是葉片振動問題。因此，葉片振動應力監測是保證發動機試驗件安全運轉的必要手段。應變片被廣泛用于監測葉片的振動應力，通過應變片可以獲得葉片的最大振動應力及振動應力的頻率，從而可以避免葉片的有害振動，保證發動機試驗件的安全運轉。

傳統的應變片貼片位置的確定或基于經驗或者根據試驗不斷逼近最佳貼片位置(如公開號為CN 106323208 A的專利所述)，基于經驗的方法往往精度較低；而基于試驗的方法往往需要較長的試驗分析過程，且時間和加工成本較高。

目前也存在部分商用應變片分析軟件在提取有限元分析軟件的分析結果的基礎上，獨立于有限元分析軟件開展應變片貼片位置分析。但實際分析過程或脫離了有限元分析軟件，無法在有限元分析軟件中直接分析并顯示；或分析成本較高(如軟件采購費用/授權費用)等。

發明內容

本發明的目的在于提供一種航空發動機葉片的振動應力監測用應變片位置的確定方法，其適合于在有限元分析軟件中直接進行分析并確定貼片位置，精度較高且成本極低。

一種航空發動機葉片的振動應力監測用應變片位置的確定方法包括如下步驟：

步驟一，建立葉片有限元模型，在葉片表面設定可用于粘貼應變片的節點集，即貼片節點集；

步驟二，利用軟件完成包含單元結果的模態分析；

步驟三，確定危險模態；

步驟四，選擇需要監測的模態；

步驟五，選擇貼片節點集內的節點，建立葉片表面坐標系，并提取節點表面應力，計算節點敏感性；

步驟六，旋轉葉片表面坐標系，獲得不同的節點的敏感性，直至獲得該節點的最大敏感性；

步驟七，重復步驟五和六，獲得貼片節點集的各節點針對此階模態的最大敏感性和角度；

步驟八，重復步驟四、五和六，獲得所有可貼片節點對不同模態的最大敏感性和角度；

步驟九，綜合考慮貼片節點集中各節點針對各階模態的最大敏感性選擇節點，實現單節點監測多個模態。

根據本發明的一個實施例，在步驟五中，首先選擇一個要分析的節點，然后選擇兩個距離該節點最近的節點，建立局部坐標系，提取節點的表面應力，計算表面應力的敏感性。

根據本發明的一個實施例，在步驟六中，在角度范圍0～360°內逐次旋轉節點坐標系，每次旋轉后提取相應節點的表面應力，經過比較，獲得所有角度的表面應力和相應敏感性。

根據本發明的一個實施例，步驟一至步驟九在有限元分析軟件中實施，該確定方法還包括步驟十，輸出選擇節點的坐標和角度。

根據本發明的一個實施例，在步驟三中，通過響應分析、振動應力評估以及坎貝爾圖確定危險模態。

根據本發明的一個實施例，在步驟五中，按照如下公示計算敏感性：