[發(fā)明專(zhuān)利]一種葉片前緣高周疲勞模擬件及設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110056244.1
• 申請(qǐng)日: 2021-01-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112881197B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡殿印;郭小軍;鄢林;毛建興;單曉明;王榮橋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué);中國(guó)航發(fā)湖南動(dòng)力機(jī)械研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01N3/20
• 分類(lèi)號(hào): G01N3/20
• 代理公司: 北京科迪生專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 張乾楨;顧煒

1.一種葉片前緣高周疲勞模擬件的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：根據(jù)待測(cè)試的葉片前緣幾何尺寸，使用橢圓弧和直線設(shè)計(jì)模擬件的試驗(yàn)考核段截面，保證所述待測(cè)試的葉片前緣與所述試驗(yàn)考核段截面的幾何一致性；

步驟2：設(shè)計(jì)模擬件整體外形，基于設(shè)計(jì)原則與有限元數(shù)值模擬，確定試驗(yàn)考核段高度h₀、模擬件厚度t，通過(guò)調(diào)整試驗(yàn)考核段長(zhǎng)度w、模擬件總高度h以及載荷大小F，使理論危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力水平達(dá)到材料高周疲勞極限，同時(shí)加載點(diǎn)位移滿(mǎn)足高周疲勞試驗(yàn)機(jī)幅頻特性要求，三點(diǎn)彎曲加載部位的寬度a和所述模擬件總高度h取值相同；

步驟3：設(shè)計(jì)并校核加載的銷(xiāo)釘、銷(xiāo)釘孔強(qiáng)度，通過(guò)調(diào)整銷(xiāo)釘孔部位的孔徑，使所述銷(xiāo)釘和所述銷(xiāo)釘孔的安全系數(shù)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，至此完成葉片前緣高周疲勞模擬件的設(shè)計(jì)；

所述葉片前緣高周疲勞模擬件的整體為三點(diǎn)彎曲式T型模擬件，由中間部分和外側(cè)U形區(qū)域構(gòu)成；所述中間部分是由待測(cè)試的葉片前緣葉型組成的等截面的試驗(yàn)考核段（1），所述外側(cè)U形區(qū)域?yàn)槿c(diǎn)彎曲加載部位（2），兩端各有一個(gè)相同直徑的銷(xiāo)釘孔承載，底部通過(guò)一個(gè)圓弧凹槽（5）加載；所述中間部分與所述外側(cè)U形區(qū)域之間通過(guò)圓角光滑過(guò)渡；為便于成型加工，所述三點(diǎn)彎曲加載部位（2）的頂部高于所述等截面的試驗(yàn)考核段（1）頂部；在上述加載-承載形式下，受載狀態(tài)下理論危險(xiǎn)點(diǎn)位于試驗(yàn)考核段（1）中間截面的頂部；

所述步驟2中，所述試驗(yàn)考核段（1）高度h₀取滿(mǎn)足理論危險(xiǎn)點(diǎn)和圓角過(guò)渡應(yīng)力集中效應(yīng)互不影響要求的最小值，通過(guò)有限元數(shù)值模擬，初取一個(gè)較大的試驗(yàn)考核段高度h₀，逐步減小其取值，危險(xiǎn)點(diǎn)和圓角過(guò)渡區(qū)域會(huì)逐漸重疊，而試驗(yàn)考核段高度h₀則取即將發(fā)生重疊的臨界值，所述試驗(yàn)考核段高度h₀為所述待測(cè)試的葉片前緣橢圓弧長(zhǎng)軸長(zhǎng)度的10倍；

所述步驟2中，為提高所述模擬件整體彎曲剛性，模擬件厚度t應(yīng)大于試驗(yàn)考核段最大厚度t₀，構(gòu)成T型結(jié)構(gòu)，所述模擬件厚度t為所述試驗(yàn)考核段（1）最大厚度2倍的圓整值；

所述步驟2中，所述試驗(yàn)考核段長(zhǎng)度w、所述模擬件總高度h的選取原則為：加載點(diǎn)位移滿(mǎn)足高頻試驗(yàn)機(jī)幅頻特性要求，同時(shí)所述模擬件尺寸盡可能??；先作出試驗(yàn)考核段長(zhǎng)度w和模擬件總高度h在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，模擬件最大位移的變化規(guī)律；隨著試驗(yàn)考核段長(zhǎng)度w增大，最大位移先減小后急劇增大，按照上述原則，取使最大位移最小的試驗(yàn)考核段長(zhǎng)度w；同時(shí)隨著模擬件總高度h減小，模擬件最大位移也減小，但模擬件總高度h還受到考核段高度h₀的限制，必須大于h₀的值，因此取模擬件總高度h為1.2倍h₀，后續(xù)根據(jù)加載部位強(qiáng)度校核結(jié)果進(jìn)行調(diào)整；

所述步驟3中，若無(wú)法通過(guò)調(diào)整銷(xiāo)釘孔直徑φ滿(mǎn)足安全系數(shù)設(shè)計(jì)要求，則適當(dāng)增大模擬件總高度h，重復(fù)步驟2。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種葉片前緣高周疲勞模擬件的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述等截面的試驗(yàn)考核段（1）的截面法向定義為沿所述模擬件最大尺寸長(zhǎng)度方向，所述等截面的試驗(yàn)考核段（1）的截面形狀由近似真實(shí)葉片前緣形狀的一橢圓及與所述橢圓相切的兩條直線構(gòu)成。