專利名稱：葉片疲勞非接觸測量閉環振動測試方法
技術領域：
本發明涉及一種葉片振動疲勞的方法，尤其涉及一種非接觸測量實現閉環振動完成葉片疲勞的測試方法。
背景技術：
在航空發動機運行過程中，常常會因為葉片失效而導致各類故障，甚至會產生機毀人亡的后果，其失效主要表現為葉身裂紋、折斷，葉尖磨損，葉片變形等。而葉片失效在很大程度上與葉片結構和葉片材料的耐疲勞程度有關。為此，在葉片設計過程中會對葉片的結構和葉片的材料進行疲勞測試，最大限度的提高葉片的使用壽命。現有葉片疲勞測試主要有二種方法，一是采用液壓伺服作動器加力，同時測量葉片的應變量，通過調節加裁力的大小來達到葉片所需的應變量，當葉片的應變量確定后液壓伺服作動器進行往復運動，從而實現葉片的疲勞測試。采用此類方法對葉片進行疲勞測試周期長，效率低；同時受到液壓伺服作動器尺寸的限制，無法對小葉片進行疲勞測試；二是采用振動臺來實現葉片的疲勞測試，此方法是將葉片固定在工作臺面上，采用激光位移傳感器進行監測，根據監測數據來調整振動臺的振動量級，屬于開環測試，在整個測試過程中要不斷通過人工調整才能完成一個葉片的測試，測試的效率較低。因此尋求一種操作簡單，高效快捷的測試方法來對葉片進行疲勞測試是業內人員迫切需求的。
發明內容
本發明的主要目的在于提供一種葉片疲勞非接觸測量閉環振動測試方法，其操作簡單，高效快捷，能自動完成測試過程，并獲得真實、準確的測試結果，從而克服了現有技術中的不足。為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案:
一種葉片疲勞非接觸測量閉環振動測試方法，包括:
(1)將葉片固定設置于一電動振動臺的工作臺面上，并在所述工作臺面上安裝至少一加速度傳感器，且將所述加速度傳感器輸出的信號輸入至少用以控制所述電動振動臺進行正弦掃頻的測量控制單元中，形成閉環控制；
(2)以所述測量控制單元控制所述電動振動臺在所述葉片的共振點進行振動，同時在所述葉片受力部位設置至少一應變傳感器以測量葉片的應力，并將測得的應力與所述葉片上一選定部位的振幅比較，以確定應力與所述葉片選定部位的振幅的對應關系，進而確定給定應力所對應的所述葉片選定部位的給定振幅，繼而采用至少一傳感單元測量所述葉片選定部位的振幅并輸入到所述測量控制單元中形成閉環控制，開始循環計數；
(3)將所述葉片選定部位的振幅保持于所述給定振幅，繼續在所述葉片的共振頻率上進行振動試驗，同時依據所述葉片共振頻率的變化，以所述測量控制單元實時調整所述電動振動臺的激振頻率至與所述葉片的共振頻率一致，并且在調整過程中保持所述葉片選定部位的振幅與所述葉片應力的對應關系； (4)分別設定與所述葉片的共振頻率相關的第一設定值和一第二設定值作為葉片出現裂紋的判別依據和葉片失效的判別依據，并且:
當與所述第一設定值為相同性質的測定值和所述第一設定值的差值在一第一閾值范圍內并穩定一設定時間后，以所述測量控制單元記錄當前循環數，
以及，當與所述第二設定值為相同性質的測定值和所述第二設定值的差值在第二閾值范圍內時，以所述測量控制單元記錄當前循環數并至少使所述電動振動臺停機；
或者，當達到目標循環數，而與所述第一設定值及第二設定值為相同性質的測定值和第一設定值及第二設定值的差值與第一閾值范圍及第二閾值范圍無關時，則至少以所述測量控制單元使所述電動振動臺停機；
所述測定值是由測量控制單元在測試過程中測得，并與葉片共振頻率相關。進一步的，所述測量控制單元包括至少用以測量加速度、速度、位移和應力中的任意一種的測量模塊。優選的，所述葉片的選定部位選用葉尖。所述傳感單元包括非接觸測量單元,所述非接觸測量單元包括激光位移傳感器。所述應變傳感器包括貼在所述葉片受力部位的應變片。作為較佳實施方案之一，所述第一設定值和第二設定值分別采用第一設定頻率值和第二設定頻率值，
其中，當所述葉片的共振頻率與所述第一設定頻率的差值在第一閾值范圍內并穩定一設定時間后，以所述測量控制單元記錄當前循環數，
以及，當所述葉片的共振頻率與所述第二設定頻率的差值在第二閾值范圍內時，則以所述測量控制單元記錄當前循環數并至少使所述電動振動臺停機；
或者，當達到目標循環數，而所述葉片的共振頻率和所述第一設定頻率及第二設定頻率的差值與第一閾值范圍及第一閾值范圍均無關時，則至少以所述測量控制單元使所述電動振動臺停機。與現有技術相比，本發明至少具有如下優點:通過將傳感單元集成到振動控制系統閉環中，以給定的位移作為控制要求，保證葉片在共振頻率進行定振幅振動，直至各判據出現或者其他因素停止，自動記錄循環數據，無人值守，全自動化運行，可使試驗人員遠離高噪音試驗環境，減輕試驗人員的勞動強度，并能有效提高控制精度和測量精度，從而保證試驗數據的精準性。
圖1是本發明一較佳實施例中一種葉片疲勞非接觸測量閉環振動測試方法的實現系統的結構不意 其中:1 一電動振動臺，11 一工作臺面，2—測量控制單元，3—加速度傳感器，4 一激光位移傳感器，5 —應變傳感器，6 —葉片，7 —信號電纜，8 —夾具，81 —壓緊螺釘。
具體實施例方式以下結合附圖及一較佳實施例對本發明的技術方案作進一步的說明。本實施例所涉及的一種葉片疲勞非接觸測量閉環振動測試方法可借助圖1所示系統實施，其可包括:
用于向葉片6提供激振力，并至少使葉片6在測試過程中保持共振狀態的電動振動臺
I ;
用于進行定振掃頻的加速度傳感器3 ；
用于夾持葉片6的夾具8和調節葉片6夾持力的壓緊螺釘81 ；
用于監測葉片6的應力變化的應變傳感器5 ；
用于監測葉片6的一選定部位的振幅的激光位移傳感器4 ;以及，
用于接收和處理所述應變傳感器5和激光位移傳感器4的信號，并結合設定控制信號實時調整電動振動臺工作狀態的測量控制單元2。進一步的，該葉片疲勞非接觸測量閉環振動測試方法的實施過程可以包括: 用夾具8將葉片6利用壓緊螺釘81剛性固定在夾具8上，將夾具8連同葉片6剛性固
定在電動振動臺I的工作臺面11上；
首先將測量控制單元2設置成掃頻形式，且上限頻率大于葉片6的共振頻率，將加速度傳感器3的反饋信號作為控制信號，使電動振動臺I進行定振掃頻振動，測量控制單元2通過激光位移傳感器4的測量信號判別出葉片6的共振頻率；
測量控制單元2將控制信號從加速度傳感器3的信號轉換成激光位移傳感器4的信號，并使電動振動臺I在葉片6的共振頻率點進行振動，測量控制單元2將激光位移傳感器4的信號和應變傳感器5的信號進行比較，使葉片6的應力在滿足所需量值的工況下振動，直至完成葉片6的疲勞次數或由于葉片6的失效而導致共振頻率下移，由測量控制單元2控制電動振動臺I停止振動。參閱圖1，加速度傳感器3、激光位移傳感器4和應變傳感器5的電信號分別通過信號電纜7輸入給測量控制單元2。作為較為優選的實施方案之一，所述葉片的選定部位選用葉尖，當然，本領域人員亦可依據實際應用的需要而另行選擇葉片上的其它合適部位。前述電動振動臺中還可包括功放單元,所述電動振動臺通過所述功放單元與測量控制單元連接。更為具體的講，本實施例可以包括:
(1)以測量控制單元驅使電動振動臺進行掃頻試驗，特別是通過功放單元驅動電動振動臺進行正弦掃頻試驗，測得葉片的初始共振頻率，定義為基準頻率f;
(2)在葉片的共振點進行共振駐留試驗，同時測量應力與葉片上選定部位的振幅的對應關系，確定給定應力所對應的所述葉片選定部位的振幅，設為給定振幅，并開始循環計數；
(3)將所述葉片選定部位的振幅保持于所述給定振幅，繼續進行共振駐留試驗，且在試驗過程中，依據葉片共振頻率的變化(一般來說,測試過程中，當葉片發生本質性變化的時候，共振頻率會降低)，以所述測量控制單元實時自動調整所述電動振動臺的激振頻率至與葉片共振頻率一致，以及，在調整過程中將所述葉片選定部位的振幅持續自動保持為給定振幅；
分別設定一第一頻率(例如，Π)和一第二頻率(例如，f2)作為葉片裂紋出現判據和葉片失效判據，并且: 當所述葉片的共振頻率低于第一頻率且穩定一設定時間后，記錄當前循環數，
以及，當所述葉片的共振頻率低于第二頻率后，記錄當前循環數并停機；
或者，當達到目標循環數，而所述葉片的共振頻率仍大于第一頻率和第二頻率時，則停機。需要指出的是，前述Π可根據實際需要改變，如Π為lhz，或者為基準頻率的某個百分率，比如1% ;前述f2亦可根據實際需要改變，如f2為15hz，或者為基準頻率的某個百分率，比如10%。當共振頻率低于fl且穩定一定時間后(時間可設定)，記錄當前循環數；當共振頻率低于f2后，記錄當前循環數并停機；而當達到給定目標循環數，但共振頻率未滿足Π、f2判據時，則自動停機。又及，對于葉片出現裂紋和葉片失效的判據，本領域人員亦可根據實際應用的需要，選擇除共振頻率之外的其它可顯現葉片本質變化的參數。顯然，藉由本發明的技術方案，操作人員只需將該葉片振動疲勞自動測試控制系統啟動后，即可完全由系統自動完成試驗過程，實現一鍵操作、無人值守，且獲得精準可靠的測試結果。需要指出的是，以上實施例僅用于說明本發明的內容，除此之外，本發明還有其他實施方式。但是，凡采用等同替換或等效變形方式形成的技術方案均落在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種葉片疲勞非接觸測量閉環振動測試方法，其特征在于，包括: (1)將葉片固定設置于一電動振動臺的工作臺面上，并在所述工作臺面上安裝至少一加速度傳感器，且將所述加速度傳感器輸出的信號輸入至少用以控制所述電動振動臺進行正弦掃頻的測量控制單元中，形成閉環控制； (2)以所述測量控制單元控制所述電動振動臺在所述葉片的共振點進行振動，同時在所述葉片受力部位設置至少一應變傳感器以測量葉片的應力，并將測得的應力與所述葉片上一選定部位的振幅比較，以確定應力與所述葉片選定部位的振幅的對應關系，進而確定給定應力所對應的所述葉片選定部位的給定振幅，繼而采用至少一傳感單元測量所述葉片選定部位的振幅并輸入到所述測量控制單元中形成閉環控制，開始循環計數； (3)將所述葉片選定部位的振幅保持于所述給定振幅，繼續在所述葉片的共振頻率上進行振動試驗，同時依據所述葉片共振頻率的變化，以所述測量控制單元實時調整所述電動振動臺的激振頻率至與所述葉片 的共振頻率一致，并且在調整過程中保持所述葉片選定部位的振幅與所述葉片應力的對應關系； (4)分別設定與所述葉片的共振頻率相關的第一設定值和一第二設定值作為葉片出現裂紋的判別依據和葉片失效的判別依據，并且: 當與所述第一設定值為相同性質的測定值和所述第一設定值的差值在一第一閾值范圍內并穩定一設定時間后，以所述測量控制單元記錄當前循環數， 以及，當與所述第二設定值為相同性質的測定值和所述第二設定值的差值在第二閾值范圍內時，以所述測量控制單元記錄當前循環數并至少使所述電動振動臺停機； 或者，當達到目標循環數，而與所述第一設定值及第二設定值為相同性質的測定值和第一設定值及第二設定值的差值與第一閾值范圍及第二閾值范圍無關時，則至少以所述測量控制單元使所述電動振動臺停機； 所述測定值是由測量控制單元在測試過程中測得，并與葉片共振頻率相關。
2.根據權利要求1所述的葉片疲勞非接觸測量閉環振動測試方法，其特征在于，所述測量控制單元包括至少用以測量加速度、速度、位移和應力中的任意一種的測量模塊。
3.根據權利要求1所述的葉片疲勞非接觸測量閉環振動測試方法，其特征在于，所述葉片的選定部位選用葉尖。
4.根據權利要求1所述的葉片疲勞非接觸測量閉環振動測試方法，其特征在于，所述傳感單元包括非接觸測量單元，所述非接觸測量單元包括激光位移傳感器。
5.根據權利要求1所述的葉片疲勞非接觸測量閉環振動測試方法，其特征在于，所述應變傳感器包括貼在所述葉片受力部位的應變片。
6.根據權利要求1所述的葉片疲勞非接觸測量閉環振動測試方法，其特征在于，所述第一設定值和第二設定值分別采用第一設定頻率值和第二設定頻率值， 其中，當所述葉片的共振頻率與所述第一設定頻率的差值在第一閾值范圍內并穩定一設定時間后，以所述測量控制單元記錄當前循環數， 以及，當所述葉片的共振頻率與所述第二設定頻率的差值在第二閾值范圍內時，則以所述測量控制單元記錄當前循環數并至少使所述電動振動臺停機； 或者，當達到目標循環數，而所述葉片的共振頻率和所述第一設定頻率及第二設定頻率的差值與第一閾值范圍及第一閾值范圍均無關時，則至少以所述測量控制單元使所述電動振 動臺停機。
全文摘要
一種葉片疲勞非接觸測量閉環振動測試方法，包括將葉片固定于一電動振動臺的工作臺面上，并以一測量控制單元控制該電動振動臺進行正弦掃頻；以測量控制單元控制電動振動臺在葉片共振點振動，同時測量葉片的應力和葉片上選定部位的振幅，以確定應力與葉片選定部位的振幅的對應關系，進而確定給定應力所對應的葉片選定部位的給定振幅，并開始循環計數；將葉片選定部位的振幅保持于給定振幅，同時根據設定判別依據和葉片共振頻率的變化，判定葉片是否出現裂紋或失效，或者當達到目標循環數，而葉片共振頻率無變化，使電動振動臺停機。本發明能實現全自動化運行，可減輕試驗人員的勞動強度，并有效提高控制精度和測量精度，保證試驗數據的精準性。
文檔編號G01M7/02GK103175667SQ201310073338
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月7日 優先權日2013年3月7日
發明者吳國雄, 張允甲 申請人:蘇州東菱振動試驗儀器有限公司