具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

基于背景技术中介绍的非接触测量技术，要想利用非接触叶尖振动测量技术获得转子叶片的动应力，就需要建立转子叶片动应力与叶尖振动位移的标定关系，从而通过测量获得的非接触叶尖振动位移计算得到转子叶片的动应力。就此，本发明实施例提出一种转子叶片的非接触动应力标定方法，该标定方法的作用是建立叶尖振动位移与应力关系，是非接触动应力测量的一个重要部分，可以应用于航空发动机转子叶片非接触动应力测量中。

本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本发明实施例提供的一种转子叶片的非接触动应力标定方法的流程图。如图1所示，本发明实施例提供的技术方案为：

通过转子叶片非接触式振动测量装置对转子叶片的非接触式叶尖振动位移进行测量，根据叶尖振动重构优化算法对叶尖振动位移数据进行处理，剔除转速波动等干扰因素的影响，优化叶尖振动时域波形，得到非接触式叶尖振动位移的幅值，与接触式动应力测量装置测量得到的接触式动应力建立转子叶片的非接触式叶尖振动位移和接触式动应力的实际关系，最后与根据有限元仿真得到的转子叶片动应力与叶尖振动位移的标定关系进行对比以验证仿真得到的标定关系。

本发明实施例的技术方案，基于仿真建立转子叶片动应力与叶尖振动位移标定关系，并通过试验室动态校准试验对此标定关系进行检验，从而形成一种用于转子叶片非接触动应力测量的动应力标定方法，该动应力标定方法可以应用于航空发动机转子叶片非接触动应力测量中。

以下对本发明实施例提供的转子叶片的非接触动应力标定方法中的详细步骤和各步骤的具体实施方式进行说明。该标定方法包括如下步骤：

步骤1，通过有限元仿真分析，建立叶尖振动位移与转子叶片动应力的标定关系；

步骤2，执行接触式和非接触测量试验，对转子试验台上的转子叶片，同时测量接触式动应力和非接触式叶尖振动位移，建立转子叶片的非接触式叶尖振动位移和接触式动应力的试验校准关系；

步骤3，通过对试验校准关系与标定关系的对比分析，对建立的标定关系进行验证。

本发明实施例中，在步骤2在执行接触式和非接触测量试验之前，还可以包括如下步骤：

步骤2a，建立非接触式叶尖振动位移测量的改装方案，安装多个非接触振动测量传感器；如图2所示，为本发明实施例中一种非接触式叶尖振动位移测量的改装方案的示意图。

步骤2b，建立接触式动应力测量的改装方案，进行转子叶片的接触式应变改装。

该步骤2b中建立的接触式动应力测量的改装方案，可以包括：在每个叶片的叶背侧靠近根部位置各粘贴1个应变片，通过安装于转子转轴上的刷式滑环引电器进行数据的传输。

如图2所示，本发明实施例中步骤2的具体实施过程，可以包括：

步骤21，建立叶尖振动重构优化算法，用于非接触叶尖振动位移测量结果的处理；

步骤22，对转子叶片的非接触式叶尖振动位移进行测量，根据步骤21建立的叶尖振动重构优化算法对测量得到的非接触式叶尖振动位移数据进行处理，并通过剔除转速波动的干扰优化叶尖振动时域波形，得到非接触式叶尖振动位移的幅值；

步骤23，根据非接触式叶尖振动位移的幅值与接触式动应力测量装置测量得到的接触式动应力，建立转子叶片的非接触式叶尖振动位移和接触式动应力的试验校准关系。

本发明实施例在具体实现方式中，步骤1的具体实施过程，可以包括：

步骤11，建立转子叶片的有限元模型，对转子叶片真实的固定方式和运动方式进行分析，确定转子叶片有限元分析的边界条件；

步骤12，对转子叶片的动应力特性进行分析，得到转子叶片固有频率和临界转速的动应力特性参数，为试验验证方案的设计提供依据；

步骤13，对转子叶片进行多个转速点的谐响应分析，得到每个转速下叶尖振动位移与转子叶片动应力的关系曲线；

步骤14，根据多个转速下叶尖振动位移与转子叶片动应力的关系曲线，通过数据拟合得到用于表征标定关系的标定方程，方便工程应用。

相应地，本发明实施例中步骤2的测量试验方案，包括：

根据步骤12中得到的转子叶片的动应力特性参数，设计试验的转速试验点和试验方法，试验方法包括：采用气体激励的方法使转子叶片在指定主振频率下出现较大幅值的振动，提高叶尖振动信号的信噪比，用于接触式动应力和非接触式叶尖振动位移的试验校准关系的建立。

进一步地，本发明实施例提供的动应力测量标定方法，在步骤3之后还可以包括：

步骤4，基于对标定关系的验证结果，对步骤11中建立的转子叶片的有限元模型进行优化。

本发明实施例提供的转子叶片的非接触动应力标定方法，基于有限元仿真分析，分析叶片动应力与叶尖振动位移的关系，并与转子试验台接触式/非接触式同步测量结果进行对比，从而建立起风扇叶片非接触动应力标定方法。本发明利用有限元仿真平台进行转子叶片动应力和叶尖振动位移虚拟标定，具有以下优点：1)节约成本和时间；2)可以进行反复修正和改进；3)可得到叶片各个位置的动应力分布情况和变化规律；4)可以在基本不改变方法流程的情况下，对不同发动机叶片进行虚拟标定，可扩展性强。

以下通过一个应用示例对本发明实施例提供的转子叶片的非接触动应力标定方法的实施方式进行说明。

该实施例在转子试验台上应用，在2300r/min时测量得到转子叶片的非接触式叶尖振动位移，并采用本发明实施例提供的标定方法计算得到转子叶片的非接触式动应力，从而将通过标定方法得到的转子叶片的非接触式动应力与接触式方法测得的接触式动应力进行对比，对比结果如表1所示。

表1 2300r/min时应变片测量换算的应力与非接触换算的应力对比

由该实施例的对比结果可以看出，本发明实施例提供的转子叶片的非接触动应力标定方法可以用于非接触测量中，获得比较可靠的叶片动应力数据。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。