一種渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片振動(dòng)節(jié)線精確測(cè)定方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片振動(dòng)節(jié)線精確測(cè)定方法，首先根據(jù)壓氣機(jī)葉輪的三維模型利用仿真計(jì)算方法初步確定出壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置，然后在壓氣機(jī)葉輪葉片表面布置應(yīng)變片，并進(jìn)行壓氣機(jī)葉輪葉片激振試驗(yàn)，通過(guò)分析各應(yīng)變片在壓氣機(jī)葉輪在葉片激振試驗(yàn)中應(yīng)變測(cè)量值的大小，確定出壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置關(guān)鍵點(diǎn)，進(jìn)一步根據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)的位置利用樣條曲線確定出渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確地測(cè)定出渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片的振動(dòng)節(jié)線，為壓氣機(jī)葉輪的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以及壓氣機(jī)葉輪產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)提供科學(xué)依據(jù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種渦輪増壓器壓氣機(jī)葉輪葉片振動(dòng)節(jié)線精確測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于渦輪增壓器結(jié)構(gòu)可靠性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片振動(dòng)節(jié)線精確測(cè)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪增壓器是柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)功率密度提升和改善高原環(huán)境適應(yīng)性的關(guān)鍵部件之一。壓氣機(jī)葉輪作為渦輪增壓器的核心部件之一，其可靠性對(duì)整個(gè)渦輪增壓器有著重要的影響。葉片振動(dòng)疲勞斷裂是渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪的一種典型失效模式，特別是當(dāng)渦輪增壓器隨車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)在高海拔地區(qū)工作時(shí)，渦輪增壓器的工作轉(zhuǎn)速總體上會(huì)呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，增壓器轉(zhuǎn)速的增大則會(huì)造成壓氣機(jī)葉輪發(fā)生葉片振動(dòng)疲勞斷裂風(fēng)險(xiǎn)的增加。增壓器壓氣機(jī)葉輪一旦發(fā)生葉片振動(dòng)疲勞斷裂，不僅會(huì)引起渦輪增壓器的損壞，而且會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法正常工作。
[0003]渦輪增壓器隨發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，壓氣機(jī)葉輪葉片上不僅承受著離心載荷的作用，而且還承受著由氣流不穩(wěn)定性造成的氣體激振力作用。當(dāng)壓氣機(jī)葉輪葉片上所受到的氣體激振力頻率與葉片的振動(dòng)固有頻率接近或成整數(shù)倍時(shí)，壓氣機(jī)葉輪便會(huì)發(fā)生葉片共振，此時(shí)葉片節(jié)線位置的應(yīng)力將急劇增大。對(duì)于渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪而言，壓氣機(jī)葉輪的葉片振動(dòng)疲勞失效位置通常位于葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置。壓氣機(jī)葉輪在氣體激振力作用下，葉片一階振動(dòng)節(jié)線位置的振動(dòng)應(yīng)力最大，而且該部位還同時(shí)承受著由離心載荷作用所引起的離心應(yīng)力。
[0004]因此，在渦輪增壓器的研制過(guò)程中，需要準(zhǔn)確地確定壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)壓氣機(jī)葉輪葉片的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，有效降低壓氣機(jī)葉輪葉片一階振動(dòng)節(jié)線位置的應(yīng)力；同時(shí)，可以通過(guò)對(duì)壓氣機(jī)葉輪葉片一階振動(dòng)節(jié)線位置的缺陷檢查，充分保證壓氣機(jī)葉輪的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，提出一種渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片振動(dòng)節(jié)線精確測(cè)定方法。該方法綜合利用仿真計(jì)算與試驗(yàn)測(cè)量手段，在根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果初步確定渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片一階振動(dòng)節(jié)線位置的基礎(chǔ)上，采用在壓氣機(jī)葉輪葉片表面布置應(yīng)變片，并進(jìn)行壓氣機(jī)葉輪葉片激振試驗(yàn)，通過(guò)分析應(yīng)變片在壓氣機(jī)葉輪在葉片激振試驗(yàn)中應(yīng)變測(cè)量值的大小，確定壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置關(guān)鍵點(diǎn)，然后根據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)利用樣條曲線確定出渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線。
[0006]本發(fā)明技術(shù)方案:一種渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片振動(dòng)節(jié)線精確測(cè)定方法，包括以下步驟:
[0007]a、初步確定渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片一階振動(dòng)節(jié)線位置；
[0008]b、在渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪的葉片上布置應(yīng)變片；
[0009]c、對(duì)渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪進(jìn)行葉片激振試驗(yàn)；
[0010]d、確定渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置關(guān)鍵點(diǎn)；
[0011]e、確定渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線。
[0012]進(jìn)一步的:a、初步確定渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片一階振動(dòng)節(jié)線位置:根據(jù)渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪的三維模型，利用有限元仿真方法通過(guò)對(duì)壓氣機(jī)葉輪葉片進(jìn)行振動(dòng)特性分析，初步確定出壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置。
[0013]b、在渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪的葉片上布置應(yīng)變片:根據(jù)步驟a初步確定的壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置，在渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪的葉片上沿步驟a中初步確定的一階振動(dòng)節(jié)線5_20mm的帶寬范圍內(nèi)粘貼應(yīng)變片，應(yīng)變片在沿葉片徑向布置不少于3行，應(yīng)變片在沿葉片軸向布置不少于5列，對(duì)粘貼在壓氣機(jī)葉輪葉片表面的所有應(yīng)變片進(jìn)行編號(hào)，并將應(yīng)變片通過(guò)信號(hào)線與應(yīng)變測(cè)量?jī)x相連接。
[0014]C、對(duì)渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪進(jìn)行葉片激振試驗(yàn):對(duì)已粘貼好應(yīng)變片的壓氣機(jī)葉輪葉片進(jìn)行激振試驗(yàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中監(jiān)測(cè)并記錄壓氣機(jī)葉輪葉片表面粘貼的各個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變測(cè)量值。
[0015]d、確定渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置關(guān)鍵點(diǎn):根據(jù)步驟c中測(cè)量得到的各個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變測(cè)量值和步驟b確定的應(yīng)變片編號(hào)，沿著壓氣機(jī)葉輪葉片的軸向，依次分別從每一列中確定出應(yīng)變測(cè)量值最大的應(yīng)變片及其對(duì)應(yīng)的位置，并對(duì)該應(yīng)變片所粘貼的位置進(jìn)行標(biāo)記，將沿葉片軸向分別從每一列中確定出的應(yīng)變測(cè)量值最大的應(yīng)變片所粘貼位置作為壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置關(guān)鍵點(diǎn)。
[0016]e、確定渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線:根據(jù)步驟d中所確定的壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置關(guān)鍵點(diǎn)，利用樣條曲線確定出渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0018]針對(duì)渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片的振動(dòng)節(jié)線位置確定問(wèn)題，采用仿真計(jì)算與試驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法，根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果初步確定渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片一階振動(dòng)節(jié)線位置，在壓氣機(jī)葉輪葉片表面布置應(yīng)變片，通過(guò)分析壓氣機(jī)葉輪葉片激振試驗(yàn)中應(yīng)變測(cè)量值的大小，確定壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置關(guān)鍵點(diǎn)，進(jìn)一步根據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)位置利用樣條曲線確定出渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線。采用仿真計(jì)算手段初步確定渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片一階振動(dòng)節(jié)線位置，可以有效地縮小應(yīng)變片的粘貼范圍；通過(guò)在葉片表面布置應(yīng)變片并監(jiān)測(cè)應(yīng)變片在葉片激振試驗(yàn)中的應(yīng)變測(cè)量值，可以準(zhǔn)確地確定出壓氣機(jī)葉輪葉片的振動(dòng)節(jié)線位置關(guān)鍵點(diǎn)。該方法能夠準(zhǔn)確地測(cè)定出渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片的振動(dòng)節(jié)線，為壓氣機(jī)葉輪的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以及壓氣機(jī)葉輪產(chǎn)品的檢驗(yàn)提供科學(xué)依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明一種渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片振動(dòng)節(jié)線精確測(cè)定方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明一種渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片振動(dòng)節(jié)線精確測(cè)定方法，如圖1所示，包括以下步驟:
[0021]a、初步確定渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片一階振動(dòng)節(jié)線位置:根據(jù)渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪的三維模型，利用有限元仿真方法通過(guò)對(duì)壓氣機(jī)葉輪葉片進(jìn)行振動(dòng)特性分析，初步確定出壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置。
[0022]b、在渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪的葉片上布置應(yīng)變片:根據(jù)步驟a初步確定的壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置，在渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪的葉片上沿步驟a中初步確定的一階振動(dòng)節(jié)線5_20mm的帶寬范圍內(nèi)粘貼應(yīng)變片，應(yīng)變片在沿葉片徑向布置不少于3行，應(yīng)變片在沿葉片軸向布置不少于5列，對(duì)粘貼在壓氣機(jī)葉輪葉片表面的所有應(yīng)變片進(jìn)行編號(hào)，并將應(yīng)變片通過(guò)信號(hào)線與應(yīng)變測(cè)量?jī)x相連接。本發(fā)明實(shí)施例中，對(duì)于某型車(chē)用渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪，在步驟a初步確定的葉片一階振動(dòng)節(jié)線9mm的帶寬范圍內(nèi)粘貼應(yīng)變片，應(yīng)變片在沿葉片徑向布置3行，應(yīng)變片在沿葉片軸向布置6列，對(duì)粘貼在壓氣機(jī)葉輪葉片表面的所有應(yīng)變片進(jìn)行編號(hào)，依次為All，Al2，Al3，Al4，Al5，Al6，A21，A22，A23，A24，A25，A26，A31，A32，A33，A34，A35，A36o
[0023]c、對(duì)渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片進(jìn)行激振試驗(yàn):對(duì)已粘貼好應(yīng)變片的壓氣機(jī)葉輪葉片進(jìn)行激振試驗(yàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中監(jiān)測(cè)并記錄壓氣機(jī)葉輪葉片表面粘貼的各個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變測(cè)量值。
[0024]d、確定渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置關(guān)鍵點(diǎn):根據(jù)步驟c中測(cè)量得到的各個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變測(cè)量值和步驟b確定的應(yīng)變片編號(hào)，沿著壓氣機(jī)葉輪葉片的軸向，依次分別從每一列中確定出應(yīng)變測(cè)量值最大的應(yīng)變片及其對(duì)應(yīng)的位置，并對(duì)該應(yīng)變片所粘貼的位置進(jìn)行標(biāo)記，將沿葉片軸向分別從每一列中確定出的應(yīng)變測(cè)量值最大的應(yīng)變片所粘貼位置作為壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置關(guān)鍵點(diǎn)。
[0025]e、確定渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線:根據(jù)步驟d中所確定的壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置關(guān)鍵點(diǎn)，利用樣條曲線確定出渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片振動(dòng)節(jié)線精確測(cè)定方法，其特征是包括以下步驟: a、初步確定渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片一階振動(dòng)節(jié)線位置； b、根據(jù)步驟a初步確定的一階振動(dòng)節(jié)線位置，在渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪的葉片上布置若干應(yīng)變片； C、對(duì)布置應(yīng)變片后的渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪進(jìn)行葉片激振試驗(yàn)，獲得應(yīng)變片的應(yīng)變測(cè)量值； d、通過(guò)比較應(yīng)變片的應(yīng)變測(cè)量值，確定渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置關(guān)鍵點(diǎn)； e、根據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)確定渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片振動(dòng)節(jié)線精確測(cè)定方法，其特征是:在步驟a中，根據(jù)渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪的三維模型，利用有限元仿真方法通過(guò)對(duì)壓氣機(jī)葉輪葉片進(jìn)行振動(dòng)特性分析，初步確定出壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片振動(dòng)節(jié)線精確測(cè)定方法，其特征是:在步驟b中，在禍輪增壓器壓氣機(jī)葉輪的葉片上沿步驟a中初步確定的一階振動(dòng)節(jié)線5-20mm的帶寬范圍內(nèi)粘貼應(yīng)變片，應(yīng)變片在沿葉片徑向布置不少于3行，應(yīng)變片在沿葉片軸向布置不少于5列，對(duì)粘貼在壓氣機(jī)葉輪葉片表面的所有應(yīng)變片進(jìn)行編號(hào)，并將應(yīng)變片通過(guò)信號(hào)線與應(yīng)變測(cè)量?jī)x相連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片振動(dòng)節(jié)線精確測(cè)定方法，其特征是:在步驟c中，對(duì)已粘貼好應(yīng)變片的壓氣機(jī)葉輪葉片進(jìn)行激振試驗(yàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中監(jiān)測(cè)并記錄壓氣機(jī)葉輪葉片表面粘貼的各個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變測(cè)量值。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片振動(dòng)節(jié)線精確測(cè)定方法，其特征是:在步驟d中，根據(jù)步驟c中測(cè)量得到的各個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變測(cè)量值和步驟b確定的應(yīng)變片編號(hào)，沿著壓氣機(jī)葉輪葉片的軸向，依次分別從每一列中確定出應(yīng)變測(cè)量值最大的應(yīng)變片及其對(duì)應(yīng)的位置，將此位置作為壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置關(guān)鍵點(diǎn)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片振動(dòng)節(jié)線精確測(cè)定方法，其特征是:在步驟e中，根據(jù)步驟d中所確定的壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線位置關(guān)鍵點(diǎn)，利用樣條曲線確定出渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪葉片的一階振動(dòng)節(jié)線。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105868451SQ201610176063
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月24日
【發(fā)明人】王正, 王增全, 邢衛(wèi)東, 王阿娜, 李廣瑞, 李靜
【申請(qǐng)人】中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所(天津)