[發明專利]一種利用涂層修復失諧葉盤的方法

有效

• 申請號: 201810916150.5
• 申請日: 2018-08-13
• 公開（公告）號: CN109033680B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 徐昆鵬;孫偉;李暉;汪博;高俊男;譚龍飛;張月
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 趙嬛嬛

1.一種利用涂層修復失諧葉盤的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：對失諧葉盤進行失諧辨識，獲得各葉片的質量失諧和剛度失諧數據；

步驟1.1：對失諧葉盤表面的油污、銹蝕進行清理，以滿足涂層涂敷要求；

步驟1.2：對失諧葉盤各葉片的外形尺寸進行測量，獲得每個葉片的體積按照如下公式計算每個葉片的質量失諧量

式(1)中，j為失諧葉盤葉片序號，為失諧葉盤第j個葉片質量失諧量，b作為上標表示實際失諧葉盤，V^yp為理論的協調葉片體積，yp作為上標表示理論協調葉盤的葉片；

步驟1.3：對失諧葉盤進行模態測試，獲得失諧葉盤的固有頻率ω^b和振型X；

步驟1.4：結合步驟1.2的質量失諧辨識結果對失諧葉盤進行剛度失諧辨識，得到各葉片的剛度失諧量具體步驟如下：

步驟1.4.1：根據失諧葉盤的理論設計尺寸建立協調的葉盤有限元模型，并進行模態分析獲得失諧葉盤的固有頻率ω_i和正則振型矩陣Φ，并從模態分析結果中提取每個葉片振型矩陣Φ_j；

步驟1.4.2：分別通過以下公式獲得失諧葉盤正則坐標向量P^b和協調葉盤的正則剛度矩陣Λ；

P^b＝Φ^-1X (2)

式中，i為模態階數，n為協調的葉盤有限元模型自由度數；

步驟1.4.3：建立理想懸臂葉片有限元模型，以提取理想懸臂葉片的剛度矩陣K^CB和質量矩陣M^CB，CB作為上標表示理論懸臂葉片，并進行模態分析，得到固有圓頻率對角陣ω^CB及振型矩陣Φ^CB；再通過以下公式分別計算剛度失諧的模態參與因子和質量失諧的模態參與因子其中K、M作為上標分別表示剛度和質量：

式中，Λ^CB為理論懸臂葉片固有圓頻率平方的對角矩陣；

步驟1.4.4：根據如下公式計算失諧葉盤各葉片的剛度失諧量

式中，I為單位矩陣，N是葉片總數，T是矩陣運算中的轉置；

步驟2：根據單位厚度涂層的剛度失諧補償量和步驟1獲得的失諧葉盤剛度失諧量進行失諧修復方案設計，并對方案的修復效果進行數值仿真判定和改進；

步驟2.1：通過有限元仿真獲得單位厚度涂層的失諧補償量，是在協調的葉盤上增加不同厚度的涂層，對涂層產生的失諧量進行辨識，得到的辨識結果就是不同厚度涂層的失諧補償量，然后，再進一步計算單位厚度涂層的補償量，具體步驟如下：

步驟2.1.1：制定涂層葉盤仿真模型的涂層涂敷方案：根據葉盤的結構特點和所選涂層材料的特性來確定涂層的涂敷方式，同時設定仿真模型的涂層單位厚度，然后，確定各個葉片涂層的厚度，并且各葉片上涂層厚度為設定的單位涂層厚度的整倍數厚度；

步驟2.1.2：按照步驟2.1.1得到的各葉片的涂層厚度計算每個葉片上涂層的體積根據如下計算公式獲得涂層葉盤仿真模型的質量失諧量

式(7)中，ρ^tc為涂層材料的密度，tc作為上標表示有限元模型的涂層；ρ^yp為葉片基體材料的密度；

步驟2.1.3：以失諧葉盤的理論設計尺寸為基體，根據步驟2.1.1的涂層涂敷方案建立該涂層葉盤的有限元模型，并進行模態分析獲得該涂層葉盤的固有頻率ω^bc和振型X^bc，bc作為上標表示有限元模型的涂層葉盤；

步驟2.1.4：根據如下計算公式計算涂層葉盤有限元模型的正則坐標向量P^bc；

P^bc＝Φ^-1X^bc (8)

步驟2.1.5：根據如下計算公式獲得涂層葉盤有限元模型各葉片的剛度失諧量得到不同厚度涂層對應的剛度失諧量，也就是不同厚度涂層對應的剛度補償量；

步驟2.1.6：根據步驟2.1.5的計算結果，進一步計算單位厚度涂層的剛度失諧補償量；

步驟2.2：根據步驟1獲得的失諧葉盤剛度失諧量和步驟2.1獲得的單位厚度涂層的剛度失諧補償量進行涂層修復方案初步設計；具體設計過程如下：

步驟2.2.1：通過步驟1獲得的失諧葉盤剛度失諧量確定補償基準，并根據補償基準對其他葉片進行補償，使得各葉片剛度失諧量相等，從而使得整個葉盤達到一個新的協調狀態；

步驟2.2.2：根據步驟1獲得的失諧葉盤剛度失諧量，步驟2.1獲得的單位厚度涂層的剛度失諧補償量以及步驟2.2.1確定的補償基準進行初步涂層修復方案設計；

步驟2.3：對涂層初步修復方案通過數值仿真進行修復效果判定和改進，具體步驟如下：

步驟2.3.1：按照涂層涂敷方案計算每個葉片上涂層的體積根據如下計算公式獲得涂敷涂層后的失諧葉盤的質量失諧量其中SX作為上標表示有限元模型的涂層失諧葉盤：

步驟2.3.2：根據步驟1獲得的失諧葉盤質量和剛度失諧量以及步驟2.2獲得的涂層修復方案建立涂敷涂層后的失諧葉盤有限元模型，并進行模態分析，獲得建立涂敷涂層后的失諧葉盤的固有頻率ω^sx和振型X^sx；

步驟2.3.3：根據如下計算公式計算涂敷涂層后的失諧葉盤模型的正則坐標向量P^sx；

P^sx＝Φ^-1X^sx (11)

步驟2.3.4：根據如下計算公式獲得涂敷涂層后的失諧葉盤各葉片的剛度失諧量

步驟2.3.5：根據步驟2.3.4的計算結果判定的修復效果進行判定，若達標，則完成涂層修復方案設計；若修復效果不達標，則修改涂層方案，并重復進行再次判定和再次方案修改的過程，直到修復方案滿足修復要求為止；

步驟3：根據步驟2確定的涂層修復方案對實際的失諧葉盤進行涂層修復加工，并對修復效果進行判定，判定結果不達標時需要進行再次改進和二次修復，具體過程如下：

步驟3.1：根據步驟2確定的涂層修復方案，采用與涂層材料相對應的涂敷工藝對實際的失諧葉盤進行修復，得到修復后涂層葉盤；

步驟3.2：對修復后涂層葉盤進行失諧辨識，根據辨識結果判定是否達到修復標準：判定結果達準，完成修復；若判定結果不達標，則進行再修復處理；具體流程如下：

步驟3.2.1：對涂層修復后涂層葉盤的各葉片外形尺寸進行測量得到涂層葉片的體積其中tcyp作為上標表示對實際失諧葉盤進行修復得到的涂層葉盤的涂層葉片，并根據下面公式計算質量失諧量其中xf作為上標表示對實際失諧葉盤進行修復得到的涂層葉盤；

步驟3.2.2：對涂層修復后涂層葉盤進行模態測試，獲得固有頻率ω^xf和振型X^xf；

步驟2.3.3：根據下面公式計算涂層修復后的涂層葉盤的正則坐標向量P^xf；

P^xf＝Φ^-1X^xf (14)

步驟2.3.4：根據下面公式獲得涂層修復后的涂層葉盤各葉片的剛度失諧量

步驟3.2.5：根據步驟3.2.4的辨識結果對修復效果進行判定，若達標，則完成修復；若不達標，則進行原因判定，制定相應的修改方案并對涂層葉盤進行再次加工處理，并重復再次判定與再改進加工的過程，直到達到修復要求為止。

2.根據權利要求1所述的一種利用涂層修復失諧葉盤的方法，其特征在于，所述步驟2.2.1中確定補償基準的原則是：若葉片的失諧量有正的也有負的或者全部是正的，以最大正失諧量為補償基準；若葉片的失諧量全部是負的，則以絕對值最小的負失諧量為補償基準。