CN110763444A - 基于高速旋转试验台的叶片疲劳曲线测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及传感器、叶片疲劳测试，为提出基于高速旋转试验台的叶片疲劳曲线测定方法，可以获取更真实的叶片S‑N曲线，为叶片的疲劳寿命分析提供更准确的数据支持。为此，本发明，基于高速旋转试验台的叶片疲劳曲线测定方法,步骤如下：使待测叶片或按照设定转速使其高速旋转；当叶片高速旋转时，在真空试验腔内对叶片进行动态激振；当叶片高速旋转时，采用应力测量方法测量叶片高速旋转时叶片的小幅振动,然后计算获取叶片的动应力，记录叶片在特定疲劳应力值水平条件下，从初始完好叶片发展为破裂叶片时所承受应力载荷的循环次数通过曲线拟合，即可获取该叶片的疲劳寿命曲线。本发明主要应用于叶片疲劳测试场合。
Description
技术领域
本发明涉及传感器、叶片疲劳测试技术领域，具体涉及叶片疲劳曲线测定方法，特别是一种基于高速旋转试验台的叶片疲劳曲线测量方法。
背景技术
汽轮机、烟气轮机、燃气轮机、航空发动机等动叶片做功重大装备中气场流动复杂，包括周期性流动、非均匀流动、不稳定流动等多种非定常流动，可以激励和影响叶片的振动，同时叶片的振动也对绕流流场产生非定常激励。这种叶片与绕流的流固作用包含着复杂的非线性现象，在不同的机制下可能诱使叶片产生包括弯振、扭振和复合振动等多种形式的耦合振动。而现有叶片的设计都是基于静强度理论，对疲劳问题没有足够的重视，忽视了叶片所承受的振动循环载荷，致使叶片在工作过程中可能发生无明显塑性变形的突然断裂，这种低应力脆性断裂，使疲劳破坏具有更大的危险性和隐蔽性。叶片的疲劳寿命分析一直都是学者们研究的热点。
叶片疲劳寿命分析研究是建立在叶片的疲劳寿命曲线获取的基础上的，而现有叶片疲劳寿命曲线多是在疲劳试验机上或者振动试验台上获取的，通常是选用8-12个试样进行疲劳试验，测试其在不同应力值水平条件下发生破坏前可以承受的应力循环次数，从而绘得叶片的疲劳寿命曲线(也称S-N曲线)。此种方法，并未考虑离心力载荷和气动载荷对材料性能参数的影响，严格意义上并不能得到真实的叶片S-N曲线。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明旨在提出基于高速旋转试验台的叶片疲劳曲线测定方法，可以获取更真实的叶片S-N曲线，为叶片的疲劳寿命分析提供更准确的数据支持。为此，本发明采取的技术方案是，基于高速旋转试验台的叶片疲劳曲线测定方法,步骤如下：
将待测叶片或整体叶盘安装于高速旋转试验台真空试验腔中，按照设定转速使其高速旋转；
当叶片高速旋转时，在真空试验腔内对叶片进行动态激振，激振方法包括气流激振、雾化液滴喷射激振或电涡流激振；
当叶片高速旋转时，采用应力测量方法测量叶片高速旋转时叶片的小幅振动,然后计算获取叶片的动应力，测量方法包括叶尖定时测振法或应变片法；
根据实时计算获取的动应力数据结果，通过反馈实时控制调整动态激振的激振力大小和激振角度参数，使叶片所承受的应力载荷达到特定疲劳应力值水平；
记录叶片在特定疲劳应力值水平条件下，从初始完好叶片发展为破裂叶片时所承受应力载荷的循环次数；
另设多组疲劳应力值水平，重复以上步骤，即可获取多组“应力—循环次数”数据，通过曲线拟合，即可获取该叶片的疲劳寿命曲线。
本发明的特点及有益效果是：
克服现有叶片S-N曲线获取方法的先天不足，本发明提出的基于高速旋转试验台的叶片疲劳曲线测定方法，考虑离心载荷和气动载荷对叶片材料参数的影响，基于此种方法获得的叶片S-N曲线数据更为准确。
附图说明：
图1示出本发明的基于高速旋转试验台的叶片疲劳曲线测定方法路线。
图2示出本发明的高速旋转试验台。
具体实施方式
为克服现有技术的前述不足，本发明设计提出一种基于高速旋转试验台的叶片疲劳曲线测定方法，主要解决的技术问题是：
叶片在旋转做功过程中，因高速旋转而产生的惯性载荷离心力和气动载荷对叶片材料的静、动态参数有显著影响，而现有的基于疲劳试验机或者振动试验台的叶片疲劳曲线获取方法并未考虑离心载荷和气动载荷的影响，其获得的数据不能反映叶片真实的疲劳损伤规律。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案是设计了一种基于高速旋转试验台的叶片疲劳曲线测定方法，方法路线如图1所示：
进一步，本发明中将待测叶片或整体叶盘安装于高速旋转试验台真空试验腔中，按照设定转速使其高速旋转。
进一步，本发明中当叶片高速旋转时，在真空试验腔内对叶片进行动态激振。激振方法包括气流激振、雾化液滴喷射激振、电涡流激振等方法。
进一步，本发明中当叶片高速旋转时，采用应力测量方法测量叶片高速旋转时叶片的小幅振动,然后计算获取叶片的动应力。测量方法包括叶尖定时测振法，应变片法等方法。
进一步，本发明中根据实时计算获取的动应力数据结果,通过反馈实时控制调整动态激振的激振力大小和激振角度等参数，使叶片所承受的应力载荷达到某一特定疲劳应力值水平。
进一步，本发明中记录叶片在特定疲劳应力值水平条件下，从初始完好叶片发展为破裂叶片时所承受应力载荷的循环次数。
进一步，另设多组疲劳应力值水平，重复以上步骤，即可获取多组“应力—循环次数”数据，通过曲线拟合，即可获取该型号叶片的S-N曲线。
为克服现有技术的前述不足，本发明设计提出一种基于高速旋转试验台的叶片疲劳曲线测定方法，主要解决的技术问题是：
叶片在旋转做功过程中，因高速旋转而产生的惯性载荷离心力和气动载荷对叶片材料的静、动态参数有显著影响，而现有的基于疲劳试验机或者振动试验台的叶片疲劳曲线获取方法并未考虑离心载荷和气动载荷的影响，其获得的数据不能反映叶片真实的疲劳损伤规律。
本发明是这样实现的：
高速旋转试验台如图2所示，该试验台主要由真空试验腔、气激控制、水冷控制、滑油控制、磁激励控制、加热控制和高速相机七部分组成。将待测叶片安装于高速旋转试验台的真空试验腔中，使其按照设定转速高速旋转。
进一步，当叶片高速旋转时，在真空试验腔内对叶片进行动态激振。激振方法包括气流激振、雾化液滴喷射激振、电涡流激振等方法。
进一步，当叶片高速旋转时，采用应力测量方法测量叶片高速旋转时叶片的小幅振动，然后计算获取叶片的动应力。测量方法包括叶尖定时测振法，应变片法等方法。
进一步，根据实时计算获取的动应力数据结果通过反馈实时控制调整动态激振的激振力大小和激振角度等参数，使叶片所承受的应力载荷达到某一特定疲劳应力值水平。
进一步，用高速相机实时拍摄记录叶片在特定疲劳应力值水平条件下，从初始完好叶片发展为破裂叶片的过程时间，计算得到叶片发生疲劳破坏时所承受的应力载荷循环次数。
Claims (1)
1.一种基于高速旋转试验台的叶片疲劳曲线测定方法，其特征是，步骤如下：
将待测叶片或整体叶盘安装于高速旋转试验台真空试验腔中，按照设定转速使其高速旋转；
当叶片高速旋转时，在真空试验腔内对叶片进行动态激振，激振方法包括气流激振、雾化液滴喷射激振或电涡流激振；
当叶片高速旋转时，采用应力测量方法测量叶片高速旋转时叶片的小幅振动,然后计算获取叶片的动应力，测量方法包括叶尖定时测振法或应变片法；
根据实时计算获取的动应力数据结果，通过反馈实时控制调整动态激振的激振力大小和激振角度参数，使叶片所承受的应力载荷达到特定疲劳应力值水平；
记录叶片在特定疲劳应力值水平条件下，从初始完好叶片发展为破裂叶片时所承受应力载荷的循环次数；
另设多组疲劳应力值水平，重复以上步骤，即可获取多组“应力—循环次数”数据，通过曲线拟合，即可获取该叶片的疲劳寿命曲线。
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