CN101419114A - 一种单轴颈叶片疲劳试验叶身最大应力的测定方法 - Google Patents

Abstract

一种单轴颈叶片疲劳试验叶身最大应力的测定方法，首先，采用电测应变片法：首先测定叶片叶身表面的应力分布，初步确定叶片振动应力较大区域；然后，采用逐次逼近的测量方法：在叶片振动应力较大区域，按每次0.01～1mm的小尺寸在上下或/和左右方向移动应变片，反复测量，最终找到叶身上的应力最大点位置的坐标。本发明尤其适合应用于单轴径叶片的疲劳试验中，其可以在国防领域的疲劳试验考核项目中获得良好的应用，其解决了有关试验的技术难题，潜在的社会和军事效益极大。

Description

一种单轴颈叶片疲劳试验叶身最大应力的测定方法

技术领域

本发明涉及材料科学与结构件性能测定技术，特别提供了一种单轴颈叶片疲劳试验叶身最大应力的测定方法。

背景技术

在我们的国防工业中，发动机压气机叶片生产和检测技术是在进口产品的基础上逐步自主发展起来的一项重要技术。由于发动机压气机叶片在大转速、高压力环境下工作，因此叶片的振动问题不可避免。为保证叶片具有足够的疲劳强度，在叶片试制和批生产的过程中，都应该按规定对叶片进行振动疲劳检测。

由于单轴颈叶片结构的特殊性(圆弧与直线相接，而且圆弧较小)，不易装夹，测试难度相当大，最大应力点位置和数据很难确定，国内尚无此种结构叶片的试验方法可以借鉴。

因此，我们希望获得一种实际可用的能够自主进行发动机压气机单轴颈叶片疲劳试验最大应力点位置检测的方法。

经过反复测试，找出了发动机压气机单轴颈叶片疲劳试验最大应力点位置，从而，确定了单轴颈叶片疲劳试验叶身最大应力的测定方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种单轴颈叶片疲劳试验叶身最大应力的测定方法。

本提供了一种单轴颈叶片疲劳试验叶身最大应力的测定方法，其特征在于：所述单轴颈叶片疲劳试验叶身最大应力的测定方法具体为以下两种之一或其组合：

首先，采用电测应变片法：首先测定叶片叶身表面的应力分布，初步确定叶片振动应力较大区域；

然后，采用逐次逼近的测量方法：在叶片振动应力较大区域，按每次0.01～1mm的小尺寸在上下或/和左右方向移动应变片，反复测量，最终找到叶身上的应力最大点位置的坐标。

所述单轴颈叶片疲劳试验叶身最大应力的测定方法中，优选内容如下：

在测定叶片叶身表面的应力分布并初步确定叶片振动应力较大区域的过程中，要求在叶片一阶共振的条件下进行振动应力较大区域的初步确定。

在测定叶片叶身表面的应力分布并初步确定叶片振动应力较大区域的过程中，所使用的设备是电磁振动台和专用定位装置；

所述专用定位装置具体结构包括以下部分：夹具体1、弹簧夹套4、压块5、夹紧螺钉6、拉紧螺钉7、角向定位槽8；其中：用于安装被检测叶片的夹具体1固定在电磁振动台上，压块5和弹簧轴套4安装在夹具体1上用于固定叶片轴径的孔内，拉紧螺钉7分别固定在夹具体1和被检测叶片尾部，压紧螺钉6在基本垂直于被检测叶片轴颈的轴线方向压紧压块5。

在测定叶片叶身表面的应力分布并初步确定叶片振动应力较大区域的过程中，使用专用定位装置的具体要求是：弹簧轴套4直接布置安装在被检测叶片尾部外侧，压块5直接布置安装在弹簧轴套4外部；拉紧螺钉7固定在夹具体1和被检测叶片尾部的螺纹内并将此二者拉紧。

拉紧螺钉7固定在夹具体1和被检测叶片尾部的螺纹内并将此二者拉紧的拉紧力矩为4NM；压紧螺钉6用于压紧压块5的压紧力力矩为50NM。

本发明需保护的核心技术是单轴径叶片疲劳试验叶身最大应力的测定方法。本发明可以在国防领域的疲劳试验考核项目中获得良好的应用，其解决了有关试验的技术难题，其潜在的社会和军事效益极大。其尤其适合应用于单轴径叶片的疲劳试验中，其具有较为理想的效果，其潜在的社会和军事效益极大。我们仅以单轴径叶片为例，该轴径叶片价格较贵(外购价格大约每片800美元)，而单轴径叶片的疲劳试验检测是保证叶片工作的可靠性的重要过程，通过考核试验，可以实现产权自主，将给国家节省大量外汇。每台份64片，计51000美元；仅以每年100台计算需外汇：51,000元×100＝5,100,000元(美元)；实现国产化后，每片叶片节约近100美元(100元×64×100台＝640,000元)。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为应变片粘贴位置示意图；

图2为叶片装夹方式示意图；

图3为应力分布计算值沿叶高分布示意图。

具体实施方式

本发明附图1、2中各数字标记的含义说明如下：夹具体1、叶片轴颈2、叶片型面、弹簧夹套4压块5、夹紧螺钉6、拉紧螺钉7、角向定位槽8、应变片9。

实施例1 一种单轴颈叶片疲劳试验叶身最大应力的测定方法

所使用的设备是：电磁振动台和专用定位装置；

所述专用定位装置具体结构包括以下部分：夹具体1、弹簧夹套4、压块5、夹紧螺钉6、拉紧螺钉7、角向定位槽8；其中：用于安装被检测叶片的夹具体1固定在电磁振动台上，压块5和弹簧轴套4安装在夹具体1上用于固定叶片轴径的孔内，拉紧螺钉7分别固定在夹具体1和被检测叶片尾部，压紧螺钉6在基本垂直于被检测叶片轴颈的轴线方向压紧压块5。

在测定叶片叶身表面的应力分布并初步确定叶片振动应力较大区域的过程中，使用专用定位装置的具体要求是：弹簧轴套4直接布置安装在被检测叶片尾部外侧，压块5直接布置安装在弹簧轴套4外部；拉紧螺钉7固定在夹具体1和被检测叶片尾部的螺纹内并将此二者拉紧。

我们具体的测定方法如下：

首先，采用电测应变片法测定叶片叶身表面的应力分布，初步确定叶片振动应力较大区域。参见图1，将应变片粘贴在叶片3的进、排气边，叶背中部延纵向的表面上(一般应变片贴至中部)。将夹具体固定在电磁振动台上，将叶片装夹在夹具体1中，用压块5和弹簧轴套4压住叶片轴径，再用限力扳手拉紧螺钉拧在叶片尾部的螺纹内并拉紧，拉紧力为4NM，最后用扳手拧紧压紧螺钉6，压紧力为50NM，详见图2。然后开启电磁振动台，激起叶片一阶共振；测量叶片型面部分的振动应力分布，寻找振动应力较大区域。

我们根据测定的振动应力分布曲线，找出较大应力点区域(一般靠近叶片根部)，然后再在较大应力点区域寻找叶片的最大振动应力点位置。

之后，我们采用逐次逼近的测量方法在叶片振动应力较大区域，按每次0.01～1mm的小尺寸在上下或/和左右方向移动应变片，反复测量，最终找到叶身上的应力最大点位置的坐标。具体可以按常规试验方法，试验根据技术条件规定的应力测定，贴片位置并测试。尤其是对于圆轴径叶片技术条件未给出明确的位置，我们在叶片的应力较大区，按0.01～1mm的小尺寸上下移动，反复测量，最终找到叶身上的应力最大点位置的坐标。

为了确定试验的正确性，我们又对叶片的应力分布进行了计算。计算结果分析：由图3可见，对于一级整流叶片，最大相对振动应力点的位置在轴颈端叶背侧，叶柄与叶身连接圆角处。距离前缘约16.4mm、距离叶柄约2.0mm处。该处最大相对振动应力为56590。测试数据举例具体说明如下：

1)应变片粘贴位置距叶根3mm位置时，振幅：1.5mm，电压值：414mv；2)应变片粘贴位置距叶根2.5mm位置时，振幅：1.5mm，电压值：420mv；3)应变片粘贴位置距叶根2mm位置时，振幅：1.5mm，电压值：423mv。下表3为振动监测点贴片位置处的应力放大系数。

表3  振动监测点贴片位置处的应力放大系数

由此可见同样在叶尖振幅为1.5mm时，不同的贴片位置其输出电压值不同。应变片粘贴位置约在2mm时的输出较大，为423mv。该位置是应力最大点位置。

Claims (5)

1、一种单轴颈叶片疲劳试验叶身最大应力的测定方法，其特征在于：所述单轴颈叶片疲劳试验叶身最大应力的测定方法具体为：

首先，采用电测应变片法：首先测定叶片叶身表面的应力分布，初步确定叶片振动应力较大区域；

然后，采用逐次逼近的测量方法：在叶片振动应力较大区域，按每次0.01～1mm的小尺寸在上下或/和左右方向移动应变片，反复测量，最终找到叶身上的应力最大点位置的坐标。

2、按照权利要求1所述单轴颈叶片疲劳试验叶身最大应力的测定方法，其特征在于：

在测定叶片叶身表面的应力分布并初步确定叶片振动应力较大区域的过程中，要求在叶片一阶共振的条件下进行振动应力较大区域的初步确定。

3、按照权利要求2所述单轴颈叶片疲劳试验叶身最大应力的测定方法，其特征在于：

在测定叶片叶身表面的应力分布并初步确定叶片振动应力较大区域的过程中，所使用的设备是电磁振动台和专用定位装置；

所述专用定位装置具体结构包括以下部分：夹具体(1)、弹簧夹套(4)、压块(5)、夹紧螺钉(6)、拉紧螺钉(7)、角向定位槽(8)；其中：用于安装被检测叶片的夹具体(1)固定在电磁振动台上，压块(5)和弹簧轴套(4)安装在夹具体(1)上用于固定叶片轴径的孔内，拉紧螺钉(7)分别固定在夹具体(1)和被检测叶片尾部，压紧螺钉(6)在基本垂直于被检测叶片轴颈的轴线方向压紧压块(5)。

4、按照权利要求3所述单轴颈叶片疲劳试验叶身最大应力的测定方法，其特征在于：

在测定叶片叶身表面的应力分布并初步确定叶片振动应力较大区域的过程中，使用专用定位装置的具体要求是：

弹簧轴套(4)直接布置安装在被检测叶片尾部外侧，压块(5)直接布置安装在弹簧轴套(4)外部；

拉紧螺钉(7)固定在夹具体(1)和被检测叶片尾部的螺纹内并将此二者拉紧。

5、按照权利要求4所述单轴颈叶片疲劳试验叶身最大应力的测定方法，其特征在于：

拉紧螺钉(7)固定在夹具体(1)和被检测叶片尾部的螺纹内并将此二者拉紧的拉紧力矩为4NM；

压紧螺钉(6)用于压紧压块(5)的压紧力力矩为50NM。

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