[發明專利]燃氣輪機曲面葉片殘余應力測量方法及其裝置

有效

• 申請號: 201711050106.2
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN109724727B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 李穎;張成成;高靖云;任遠
• 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: G01L1/25
• 分類號: G01L1/25;G01L5/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 喻學兵

1.一種燃氣輪機曲面葉片殘余應力測試方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，制作標定樣品，標定樣品為平板狀，與被測曲面葉片材料相同，厚度相近，且所述標定樣品已進行去應力退火，視為無殘余應力；

步驟二，標定應力，利用彎曲夾具彎曲所述標定樣品，使其最大撓度處達到與待測曲面葉片待測點相近的彎曲狀態，測量應變，由應變得到應力；其中，所述彎曲夾具包含至少四處支點、內支撐部、外支撐部，其中至少兩處支點在內支撐部、至少兩處支點分布在外支撐部，分布在內支撐部的至少兩處支點、分布在外支撐部的至少兩處支點，均相對于夾具的中心軸線對稱；

步驟三，測量標定樣品波速，測量超聲波在所述標定樣品的最大撓度處的波速，其中，測量超聲波在所述標定樣品的波速的方法為，超聲換能器向所述標定樣品發射超聲表面波，改變超聲換能器與所述標定樣品的距離z，得到周期起伏的V(z)曲線；

步驟四，建立應力-波速關系，重復所述步驟二、步驟三，測量不同應力值對應的波速，建立超聲波在待測曲面葉片待測點相近的彎曲形態下，應力與超聲波速的關系式；

步驟五，測量曲面葉片波速，測量超聲波在曲面葉片待測點的波速，利用步驟四標定得到的關系式，得到待測曲面葉片的殘余應力分布；

步驟六，測量確認，利用彎曲夾具彎曲另一標定樣品，使該另一標定樣品的最大撓度處具有所述步驟五測量得到的應力，然后測量該另一標定樣品的最大撓度處的實際超聲波波速，將測得的該實際超聲波波速與步驟五得到的曲面葉片波速進行比較，判斷測量結果是否有效。

2.如權利要求1所述的燃氣輪機曲面葉片殘余應力測試方法，其特征在于，在步驟二中，采用應變片校核撓度計的測量結果的方法，包括在彎曲后的標定樣品上粘貼應變計，應變計測量結果與試驗標定撓度計測量彎曲應變力的結果相比較，若兩者偏差小于5％，即表明測量結果可信；根據撓度計測量結果計算應變公式如下：

ε：最大拉伸應變，

t：試樣厚度，

y：最大的撓度，

H：外支撐間距，

A：外支撐和內支撐間距

標定樣品的受力形式與待測曲面葉片的待測點相近，并確保該應力值在材料的屈服強度以下，根據測量得到的應變，以及應力計算公式：

σ＝εE

σ：最大拉伸應力，

E：試樣的彈性模量，

獲得所述應力的值。

3.如權利要求1所述的燃氣輪機曲面葉片殘余應力測試方法，其特征在于，在步驟三中，根據V(z)曲線中的振蕩周期距離Δz，根據如下公式：

ν_R：被測固體中的波速，

ν_w：水中的波速，

f：超聲換能器激發的超聲波頻率，

Δz：V(z)曲線中的振蕩周期距離，

得到超聲波在所述標定樣品的波速。

4.如權利要求1所述的燃氣輪機曲面葉片殘余應力測試方法，其特征在于，在步驟四中，至少測量五組所述應力值與對應的所述波速。

5.如權利要求1所述的燃氣輪機曲面葉片殘余應力測試方法，其特征在于，在步驟六中，當測量結果與所述步驟五的結果誤差在5％以內時，則表明所述步驟五的測量結果有效。

6.一種燃氣輪機曲面葉片殘余應力測試裝置，其特征在于，所述測試裝置包括彎曲夾具和超聲波測速系統，所述彎曲夾具用于彎曲標定樣品，所述超聲波測速系統用于測定對彎曲后的所述標定樣品的最大撓度處的超聲波波速，所述超聲波測速系統還包括超聲換能器、步進電機，所述超聲換能器與所述步進電機相連，通過所述步進電機精確控制所述超聲換能器在所述標定樣品以及待測曲面葉片待測點豎直方向上的位置；其中，所述彎曲夾具包含至少四處支點、內支撐部、外支撐部，其中至少兩處支點在內支撐部、至少兩處支點分布在外支撐部，分布在內支撐部的至少兩處支點、分布在外支撐部的至少兩處支點，均相對于夾具的中心軸線對稱。