申请/专利权人：中国航发湖南动力机械研究所

申请日：2019-03-28

公开（公告）日：2022-12-02

公开（公告）号：CN110008560B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2022.12.02#授权;2019.08.06#实质审查的生效;2019.07.12#公开

摘要：本发明公开了一种叶片动应力测点确定方法，包括以下步骤：根据需测量的模态阶数n，确定每阶模态在叶片的可贴片区域中应力大的m个应力区；分别以每阶模态在各应力区的峰值应力点为坐标原点、峰值应力点的主应力方向在叶片表面的投影为坐标系X轴、峰值应力点的外法向为Z轴建立直角坐标系，则坐标原点为潜在动应力测点；对每个潜在测点，根据公式：计算其在所有需测量的模态下的应力比例系数；对得到的m×n×n个应力比例系数进行加权评分，并按照加权评分结果对所有潜在测点进行排序，得分从高到低即为潜在测点选用的优先级，再根据实际所需的测点数量确定最终的测点及其应变片的贴片方向。本发明的方法实现一个测点同时对多阶模态进行测量。

主权项：1.一种叶片动应力测点确定方法，其特征在于，包括以下步骤：S10：根据需测量的模态阶数n，确定每阶模态在叶片的可贴片区域中应力大的m个应力区；S20：分别以每阶模态在各应力区的峰值应力点为坐标原点、峰值应力点的主应力方向在叶片表面的投影为坐标系X轴、峰值应力点的外法向为Z轴建立直角坐标系，则共有m×n个局部的直角坐标系，且坐标原点为潜在动应力测点，X方向为潜在动应力测点的贴片方向；S30：对每个潜在动应力测点，根据公式：计算其在所有需测量的模态下的应力比例系数，则共有m×n×n个应力比例系数，其中：Kni—第i个潜在动应力测点沿其贴片方向上在第n阶模态下的应力比例系数；σni—第i个潜在动应力测点沿其贴片方向在第n阶模态下的应力分量；maxσn—第n阶模态下叶片上的最大应力；S40：对得到的m×n×n个应力比例系数进行加权评分，并按照加权评分结果对所有潜在动应力测点进行排序，得分从高到低即为潜在动应力测点选用的优先级，再根据实际所需的测点数量确定最终的测点及其应变片的贴片方向。

全文数据：叶片动应力测点确定方法技术领域本发明涉及叶片动应力测量领域，特别地，涉及一种叶片动应力测点确定方法。背景技术图1-图3依次为典型的轴流风扇叶片和轴流压气机叶片轴流压气机叶片与轴流风扇叶片结构基本相同，均如图1所示、离心叶片、轴流涡轮叶片的结构及可贴片区域示意图。叶片研制中通常需要对叶片进行动应力测量，以确定叶片的振动水平，从而进一步确定叶片的高周疲劳寿命。为了提高动应力测量试验的效率、降低试验周期，并减小贴片和引线对叶片本身振动特性的影响，希望通过尽可能少的测点来获得足够多的测试数据，即采用尽可能少的测点来测量足够多阶模态的频率、应变等测试数据。现有技术中，通常是一个测点对应一阶模态进行测量，受叶片结构尺寸以及测试仪器的限制，并且考虑试验中应变片的存活率情况，一次试验只能对少数几阶模态进行测量，如果需要测量的模态阶数较多，则需要开展多次试验。现有技术中，一个测点对应一阶模态进行测量，且一次试验只能对有限几阶模态进行测量，如果需要测量的模态阶数较多，则需要开展多次试验，试验周期很长，人力、物力和时间成本很高。发明内容本发明提供了一种叶片动应力测点确定方法，以解决现有的动应力测量试验存在的试验周期长、人力、物力及时间成本高的技术问题。本发明采用的技术方案如下：一种叶片动应力测点确定方法，包括以下步骤：S10：根据需测量的模态阶数n，确定每阶模态在叶片的可贴片区域中应力大的m个应力区；S20：分别以每阶模态在各应力区的峰值应力点为坐标原点、峰值应力点的主应力方向在叶片表面的投影为坐标系X轴、峰值应力点的外法向为Z轴建立直角坐标系，则共有m×n个局部的直角坐标系，且坐标原点为潜在动应力测点，X方向为潜在动应力测点的贴片方向；S30：对每个潜在动应力测点，根据公式：计算其在所有需测量的模态下的应力比例系数，则共有m×n×n个应力比例系数，其中：Kni—第i个潜在动应力测点沿其贴片方向上在第n阶模态下的应力比例系数；σni—第i个潜在动应力测点沿其贴片方向在第n阶模态下的应力分量；maxσn—第n阶模态下叶片上的最大应力；S40：对得到的m×n×n个应力比例系数进行加权评分，并按照加权评分结果对所有潜在动应力测点进行排序，得分从高到低即为潜在动应力测点选用的优先级，再根据实际所需的测点数量确定最终的测点及其应变片的贴片方向。进一步地，步骤S10具体包括以下步骤：S101：确定叶片所需测量的模态阶数n；S102：根据所选用应变片的尺寸规格，并结合叶片的具体结构形式，确定叶片上可贴应变片的可贴片区域；S103：分别在每阶模态的可贴片区域中，依据应力集中区域进行区域划分，确定应力大的m个应力区。进一步地，在步骤S101中，通过有限元分析确定叶片所需测量的模态阶数n；在步骤S103中，通过有限元分析确定应力大的m个应力区。进一步地，在步骤S103中，从m个应力区中确定应力最大的最大应力区及应力次大的次大应力区，并通过有限元分析得到每阶模态分别在最大应力区和次大应力区的峰值应力点。进一步地，在步骤S103中，从m个应力区中确定应力最大的最大应力区，并通过有限元分析得到每阶模态在最大应力区的峰值应力点。进一步地，在步骤S20中，根据右手法则建立直角坐标系。进一步地，步骤S30中，第n阶模态下叶片上的最大应力为最大当量应力或最大范氏等效应力或最大综合应力。进一步地，步骤S40具体包括以下步骤：S401：计算得到m×n×n个应力比例系数；S402：对计算得到的m×n×n个应力比例系数进行加权评分；S403：按照加权评分结果对所有潜在动应力测点进行排序，得分从高到低即为潜在动应力测点选用的优先级；S404：根据实际所需的测点数量确定最终的测点及其应变片的贴片方向。进一步地，在步骤S401中，通过编制相应的计算机程序计算得出m×n×n个应力比例系数。进一步地，在步骤S402中，按照比例系数大于不同的数值赋予不同的权重的方式进行加权评分；或按照比例系数大于某一给定数值的模态数量不同而赋予不同的权重的方式进行加权评分。本发明具有以下有益效果：本发明的叶片动应力测点确定方法中，以每阶模态在各应力区的峰值应力点为坐标原点，而各应力区为每阶模态在叶片的可贴片区域中应力较大的区，故而可使该坐标原点为潜在的动应力测点，该X方向为潜在动应力测点的贴片方向，从而本发明的叶片动应力测点确定方法中，由于确定潜在动应力测点时考虑了所需测量模态的应力较大的区，故而可确保所选的潜在动应力测点对多阶模态都具有较大的应力比例系数，实现一个测点同时对应多阶模态进行测量，进而减少动应力测量时所需开展试验的次数，极大缩短试验周期，降低人力、物力及时间成本，同时提高测试数据的精度，为进一步确定叶片的高周疲劳寿命提供准确的数据参考；计算每个潜在动应力测点的应力比例系数时，均计算了该潜在动应力测点在所有需测量的模态下沿贴片方向上的应力比例系数，进而可确保最终所确定的测点对尽可能多的模态具备较大的应力比例系数，实现一个测点同时对应尽可能多的模态进行测量，进而减少动应力测量时所需开展试验的次数，极大缩短试验周期，降低人力、物力及时间成本，同时提高测试数据的精度；最终测点的确认是根据应力比例系数的加权评分结果确定的，且同样可确保最终所确定的测点对尽可能多的模态具备较大的应力比例系数，实现一个测点同时对应尽可能多的模态进行测量，进而减少动应力测量时所需开展试验的次数，极大缩短试验周期，降低人力、物力及时间成本，同时提高测试数据的精度。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1是本发明优选实施例的轴流风扇叶片或轴流压气机叶片结构及可贴片区域示意图；图2是本发明优选实施例的离心叶轮叶片结构及可贴片区域示意图；图3是本发明优选实施例的轴流涡轮叶片结构及可贴片区域示意图；图4是叶片上最大应力区和次大应力区示意图；图5是离心叶轮叶片动应力测量结果图。具体实施方式以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。参照图1-图5，本发明的优选实施例提供了一种叶片动应力测点确定方法，包括以下步骤：S10：根据需测量的模态阶数n，确定每阶模态在叶片的可贴片区域中应力大的m个应力区；S20：分别以每阶模态在各应力区的峰值应力点为坐标原点、峰值应力点的主应力方向在叶片表面的投影为坐标系X轴、峰值应力点的外法向为Z轴建立直角坐标系，则共有m×n个局部的直角坐标系，且坐标原点为潜在动应力测点，X方向为潜在动应力测点的贴片方向；S30：对每个潜在动应力测点，根据公式：计算其在所有需测量的模态下的应力比例系数，则共有m×n×n个应力比例系数，其中：Kni—第i个潜在动应力测点沿其贴片方向上在第n阶模态下的应力比例系数；σni—第i个潜在动应力测点沿其贴片方向在第n阶模态下的应力分量；maxσn—第n阶模态下叶片上的最大应力；S40：对得到的m×n×n个应力比例系数进行加权评分，并按照加权评分结果对所有潜在动应力测点进行排序，得分从高到低即为潜在动应力测点选用的优先级，再根据实际所需的测点数量确定最终的测点及其应变片的贴片方向。本发明的叶片动应力测点确定方法中，以每阶模态在各应力区的峰值应力点为坐标原点，而各应力区为每阶模态在叶片的可贴片区域中应力较大的区，故而可使该坐标原点为潜在的动应力测点，该X方向为潜在动应力测点的贴片方向，从而本发明的叶片动应力测点确定方法中，由于确定潜在动应力测点时考虑了所需测量模态的应力较大的区，故而可确保所选的潜在动应力测点对多阶模态都具有较大的应力比例系数，实现一个测点同时对应多阶模态进行测量，进而减少动应力测量时所需开展试验的次数，极大缩短试验周期，降低人力、物力及时间成本，同时提高测试数据的精度，为进一步确定叶片的高周疲劳寿命提供准确的数据参考；计算每个潜在动应力测点的应力比例系数时，均计算了该潜在动应力测点在所有需测量的模态下且沿贴片方向上的应力比例系数，进而可确保最终所确定的测点对尽可能多的模态具备较大的应力比例系数，实现一个测点同时对应尽可能多的模态进行测量，进而减少动应力测量时所需开展试验的次数，极大缩短试验周期，降低人力、物力及时间成本，同时提高测试数据的精度；最终测点的确认是根据应力比例系数的加权评分结果确定的，且同样可确保最终所确定的测点对尽可能多的模态具备较大的应力比例系数，实现一个测点同时对应尽可能多的模态进行测量，进而减少动应力测量时所需开展试验的次数，极大缩短试验周期，降低人力、物力及时间成本，同时提高测试数据的精度。可选地，步骤S10具体包括以下步骤：S101：确定叶片所需测量的模态阶数n；S102：根据所选用应变片的尺寸规格，并结合叶片的具体结构形式，确定叶片上可贴应变片的可贴片区域；S103：分别在每阶模态的可贴片区域中，依据应力集中区域进行区域划分，确定应力大的m个应力区。优选地，在步骤S101中，通过有限元分析确定叶片所需测量的模态阶数n。在步骤S103中，通过有限元分析确定每阶模态在可贴片区域中应力较大的m个应力区。采用有限元分析方法确定叶片所需测量的模态阶数n及每阶模态在可贴片区域中应力较大的m个应力区时，相较于经验法或其它方法，可确保计算结果具有很高的精度，同时缩短所需确定时间，提高试验效率。优选地，在步骤S103中，从m个应力区中确定应力最大的最大应力区及应力次大的次大应力区，并通过有限元分析得到每阶模态分别在最大应力区和次大应力区的峰值应力点。由于确定潜在动应力测点时考虑了所需测量模态的最大应力区和次大应力区，故而可确保所选的潜在动应力测点对更多阶的模态都具有较大的应力比例系数，实现一个测点同时对应数量更多的模态进行测量，进而进一步减少动应力测量时所需开展试验的次数，极大缩短试验周期，降低人力、物力及时间成本，同时提高测试数据的精度，为进一步确定叶片的高周疲劳寿命提供准确的数据参考。采用有限元分析方法确定每阶模态分别在最大应力区和次大应力区的峰值应力点时，相较于经验法或其它方法，可确保计算结果具有很高的精度，同时缩短所需确定时间，提高试验效率。优选地，在步骤S103中，从m个应力区中确定应力最大的最大应力区，并通过有限元分析得到每阶模态在最大应力区的峰值应力点。由于确定潜在动应力测点时考虑了所需测量模态的最大应力区，故而可确保所选的潜在动应力测点对更多阶的模态都具有较大的应力比例系数，实现一个测点同时对应数量更多的模态进行测量，进而进一步减少动应力测量时所需开展实验的次数，极大缩短试验周期，降低人力、物力及时间成本，同时提高测试数据的精度，为进一步确定叶片的高周疲劳寿命提供准确的数据参考。采用有限元分析方法确定每阶模态分别在最大应力区的峰值应力点时，相较于经验法或其它方法，可确保计算结果具有很高的精度，同时缩短所需确定时间，提高试验效率。可选地，在步骤S20中，根据右手法则建立直角坐标系，则共有m×n个局部的直角坐标系，且坐标原点为潜在动应力测点，X方向为潜在动应力测点的贴片方向。以每阶模态在各应力区的峰值应力点为坐标原点，而各应力区为每阶模态在叶片的可贴片区域中应力较大的区，故而可使该坐标原点为潜在的动应力测点，该X方向为潜在动应力测点的贴片方向。可选地，步骤S30中，第n阶模态下叶片上的最大应力为最大当量应力或最大范氏等效应力或最大综合应力。实际应用时，测试者可根据需要选择最大应力为最大当量应力，还是最大范氏等效应力，亦或是最大综合应力，提高本发明动应力测点确定方法的适应范围。最大综合应力一般为有限元软件里可直接计算得出的第一主应力或第三主应力。可选地，步骤S40具体包括以下步骤：S401：计算得到m×n×n个应力比例系数；S402：对计算得到的m×n×n个应力比例系数进行加权评分；S403：按照加权评分结果对所有坐标原点进行排序，得分从高到低即为潜在动应力测点选用的优先级；S404：根据实际所需的测点数量确定最终的测点及其应变片的贴片方向。优选地，在步骤S401中，通过编制相应的计算机程序计算得出m×n×n个应力比例系数，提高计算速率和精度，降低人员计算的难度。具体地，在步骤S402中，按照比例系数大于不同的数值赋予不同的权重的方式进行加权评分；或按照比例系数大于某一给定数值的模态数量不同而赋予不同的权重的方式进行加权评分。实际应用时，测试人员还可根据其它的加权评分方式对m×n×n个应力比例系数进行加权评分。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种叶片动应力测点确定方法，其特征在于，包括以下步骤：S10：根据需测量的模态阶数n，确定每阶模态在叶片的可贴片区域中应力大的m个应力区；S20：分别以每阶模态在各应力区的峰值应力点为坐标原点、峰值应力点的主应力方向在叶片表面的投影为坐标系X轴、峰值应力点的外法向为Z轴建立直角坐标系，则共有m×n个局部的直角坐标系，且坐标原点为潜在动应力测点，X方向为潜在动应力测点的贴片方向；S30：对每个潜在动应力测点，根据公式：计算其在所有需测量的模态下的应力比例系数，则共有m×n×n个应力比例系数，其中：Kni—第i个潜在动应力测点沿其贴片方向上在第n阶模态下的应力比例系数；σni—第i个潜在动应力测点沿其贴片方向在第n阶模态下的应力分量；maxσn—第n阶模态下叶片上的最大应力；S40：对得到的m×n×n个应力比例系数进行加权评分，并按照加权评分结果对所有潜在动应力测点进行排序，得分从高到低即为潜在动应力测点选用的优先级，再根据实际所需的测点数量确定最终的测点及其应变片的贴片方向。2.根据权利要求1所述的叶片动应力测点确定方法，其特征在于，步骤S10具体包括以下步骤：S101：确定叶片所需测量的模态阶数n；S102：根据所选用应变片的尺寸规格，并结合叶片的具体结构形式，确定叶片上可贴应变片的可贴片区域；S103：分别在每阶模态的可贴片区域中，依据应力集中区域进行区域划分，确定应力大的m个应力区。3.根据权利要求2所述的叶片动应力测点确定方法，其特征在于，在所述步骤S101中，通过有限元分析确定叶片所需测量的模态阶数n；在所述步骤S103中，通过有限元分析确定应力大的m个应力区。4.根据权利要求2所述的叶片动应力测点确定方法，其特征在于，在所述步骤S103中，从m个应力区中确定应力最大的最大应力区及应力次大的次大应力区，并通过有限元分析得到每阶模态分别在最大应力区和次大应力区的峰值应力点。5.根据权利要求2所述的叶片动应力测点确定方法，其特征在于，在所述步骤S103中，从m个应力区中确定应力最大的最大应力区，并通过有限元分析得到每阶模态在最大应力区的峰值应力点。6.根据权利要求1所述的叶片动应力测点确定方法，其特征在于，在所述步骤S20中，根据右手法则建立直角坐标系。7.根据权利要求1所述的叶片动应力测点确定方法，其特征在于，所述步骤S30中，第n阶模态下叶片上的最大应力为最大当量应力或最大范氏等效应力或最大综合应力。8.根据权利要求1所述的叶片动应力测点确定方法，其特征在于，步骤S40具体包括以下步骤：S401：计算得到m×n×n个应力比例系数；S402：对计算得到的m×n×n个应力比例系数进行加权评分；S403：按照加权评分结果对所有潜在动应力测点进行排序，得分从高到低即为潜在动应力测点选用的优先级；S404：根据实际所需的测点数量确定最终的测点及其应变片的贴片方向。9.根据权利要求8所述的叶片动应力测点确定方法，其特征在于，在所述步骤S401中，通过编制相应的计算机程序计算得出m×n×n个应力比例系数。10.根据权利要求8所述的叶片动应力测点确定方法，其特征在于，在所述步骤S402中，按照比例系数大于不同的数值赋予不同的权重的方式进行加权评分；或按照比例系数大于某一给定数值的模态数量不同而赋予不同的权重的方式进行加权评分。

百度查询： 中国航发湖南动力机械研究所 叶片动应力测点确定方法

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