一種在發動機葉片上貼應變片的方法與流程
2023-05-24 03:43:11 2
本發明涉及發動機葉片檢測領域，特別涉及一種在發動機葉片上貼應變片的方法。
背景技術：
通過應變片測量應力水平是航空發動機葉片應力測量的一種常見手段。應變片的貼片位置和方向對試驗的精度影響較大，通常貼片位置和方向需要通過cae軟體如有限元分析軟體計算確定。如何實現應變片貼片時應變片的位置和方向與cae軟體計算所確定位置和方向保持一致是確保應力測量精度一個關鍵因素。
在實物葉片上確定貼片位置通常使用的一種方法是三坐標定位法，這種方法需要在cae軟體中建立局部坐標系，給出貼片位置的局部坐標，然後利用三坐標測量儀打點確定應變片在實物葉片上的貼片位置。該方法操作起來相對繁瑣，對設備要求較高，並且由於三坐標打點時也需建立坐標系，為方便建立坐標系通常要求葉片為帶有輪盤的整體結構，對於單獨葉片結構或從葉片盤截取出的葉片，定位難度較大。
通常使用的另一種方法是遊標卡尺直接測量，在cae軟體中量取貼片點距離前緣或葉尖的距離，然後在實物葉片用遊標卡尺直接測量定位。由於發動機葉片非平面結構，而是具有一定的扭轉角度，因此不管從cae軟體測量讀取距離還是實物葉片測量距離，均存在一定誤差。
在以上兩種貼片方法中，確定應變片的貼片方向時，目前工程上主要依靠目測，對貼片方向的確定準確性較低，可能存在較大誤差。
此外，現有技術對應變片貼片方向限制較多，難以通過目測確定任意方向的貼片。當貼片方向為平行或垂直於葉片的葉緣或葉尖時，目測的誤差較小，但是當貼片位置處於葉片中間或貼片方向不規則時，目測容易產生較大誤差。
技術實現要素：
為了解決上述現有技術存在的問題，本發明提供一種方便快捷地在發動機葉片上貼應變片的方法，貼片位置和貼片方向的精度優於以往常規方法。
為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案：
一種在發動機葉片上貼應變片的方法，包括：
通過cae軟體計算確定應變片在發動機葉片上的貼片位置、貼片方向和貼片側；
通過所述cae軟體計算確定所述貼片位置的中心點a和所述貼片方向的方向參考點b；
在所述cae軟體的三維模型中選取基準參考點m和n，測量所述基準參考點m和n到所述中心點a和所述方向參考點b的直線距離；
在所述發動機葉片上標記所述基準參考點m和n的位置，分別以所述基準參考點m和n為圓心，通過弧線相交的方法確定所述中心點a的實際位置和所述方向參考點b的實際位置；
將所述應變片的幾何中心置於所述中心點a的實際位置，將所述應變片的長邊平行於通過所述中心點a的實際位置與所述方向參考點b的實際位置的直線；以及
將所述應變片貼附於所述發動機葉片上。
在本發明的貼應變片的方法的一個實施方式中，所述基準參考點m到所述中心點a的直線距離為a，所述基準參考點n到所述中心點a的直線距離為b。
在本發明的貼應變片的方法的另一個實施方式中，在所述發動機葉片的貼片側，以所述基準參考點m為圓心、以所述直線距離a為半徑畫第一弧線，以所述基準參考點n為圓心、以所述直線距離b為半徑畫第二弧線，將所述第一弧線和所述第二弧線的相交位置標記為所述中心點a的實際位置。
在本發明的貼應變片的方法的另一個實施方式中，所述基準參考點m到所述方向參考點b的直線距離為c，所述基準參考點n到所述方向參考點b的直線距離為d。
在本發明的貼應變片的方法的另一個實施方式中，在所述發動機葉片的貼片側，以所述基準參考點m為圓心、以所述直線距離c為半徑畫第三弧線，以所述基準參考點n為圓心、以所述直線距離d為半徑畫第四弧線，將所述第三弧線和所述第四弧線的相交位置標記為所述方向參考點b的實際位置。
在本發明的貼應變片的方法的另一個實施方式中，所述基準參考點m和n分別為所述發動機葉片的前緣葉尖和尾緣葉尖。
在本發明的貼應變片的方法的另一個實施方式中，在所述發動機葉片上標記所述基準參考點m的位置的步驟包括：
在所述發動機葉片的所述貼片側的背面，利用一標記板緊貼所述發動機葉片；
在所述標記板上標記出所述基準參考點m的對應位置；以及
利用一圓規確定標記所述基準參考點m的位置，所述圓規具有一針腳，所述針腳置於所述標記板上的所述對應位置處並固定。
在本發明的貼應變片的方法的另一個實施方式中，在所述發動機葉片上標記所述基準參考點n的位置的步驟包括：
在所述發動機葉片的所述貼片側的背面，利用一標記板緊貼所述發動機葉片；
在所述標記板上標記出所述基準參考點n的對應位置；以及
利用一圓規確定標記所述基準參考點n的位置，所述圓規具有一針腳，所述針腳置於所述標記板上的所述對應位置處並固定。
在本發明的貼應變片的方法的另一個實施方式中，通過所述中心點a的實際位置與所述方向參考點b的實際位置的直線為第一直線，所述方法還包括在所述發動機葉片的表面標記出所述第一直線的投影線，並使所述應變片的長邊平行於所述投影線。
在本發明的貼應變片的方法的另一個實施方式中，在所述發動機葉片的表面標記出所述第一直線的投影線的步驟包括：
將一直尺置於所述發動機葉片的表面；
使所述直尺的邊線通過所述中心點a的實際位置與所述方向參考點b的實際位置；以及
沿所述直尺的邊線在所述發動機葉片的表面標記出通過所述中心點a的實際位置與所述方向參考點b的實際位置的所述第一直線的投影線。
與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下有益效果：
1)相比三坐標打點的定位方法，本發明的方法操作簡單，對設備要求較低，且試驗葉片可以為非輪盤結構，避免了局部坐標系的選擇和坐標原點的定位。
2)本發明的方法可適用於扭轉角度較大的葉片貼片定位，避免了葉片扭轉對定位的影響。
3)傳統的方法貼片方向有所限制，且貼片時主要靠目測，而本發明的方法對貼片方向限制較小，且精度較高。
附圖說明
圖1為根據本發明方法的一個實施方式的貼片定位示意圖。
其中，附圖標記說明如下：
a：中心點
b：方向參考點
m：基準參考點
n：基準參考點
a：直線距離
b：直線距離
c：直線距離
d：直線距離
i：標記板
ii：標記板
具體實施方式
下面根據具體實施例對本發明的技術方案做進一步說明。本發明的保護範圍不限於以下實施例，列舉這些實例僅出於示例性目的而不以任何方式限制本發明。
在向發動機葉片上貼應變片時，首先通過cae軟體計算確定應變片在發動機葉片上的貼片位置、貼片方向和貼片側(貼在葉片的哪一側，葉盆或葉背)，同時通過計算確定貼片位置的中心點a和貼片方向的方向參考點b，其中中心點a和方向參考點b的連線與應變片的長邊的方向平行，從而確定應變片的計算位置。
cae指工程設計中的計算機輔助工程cae，指用計算機輔助求解分析複雜工程和產品的結構力學性能，以及優化結構性能等。通用cae軟體主要由有限元軟體、優化設計軟體、計算流體軟體、電磁場計算軟體、最優控制軟體和其它專業性的計算軟體組成，可作靜態結構分析，動態分析；研究線性、非線性問題；分析結構(固體)、流體、電磁等。
之後在cae軟體的三維模型中選取基準參考點m和n，基準參考點的選擇應滿足在實物葉片能方便確定的原則，優選為葉片的邊緣以便於定位標記，更優選為前緣葉尖和尾緣葉尖。
選取好基準參考點m和n後，測量基準參考點m和n到中心點a和方向參考點b的直線距離，其中基準參考點m到中心點a的直線距離為a，基準參考點n到中心點a的直線距離為b，基準參考點m到方向參考點b的直線距離為c，基準參考點n到方向參考點b的直線距離為d。
測量直線距離後，需要在發動機葉片上標記基準參考點m和n的位置。標記基準參考點m和n的位置有多種方式。
圖1為根據本發明方法的一個實施方式的貼片定位示意圖，如圖1所示，標記基準參考點m的位置時，在發動機葉片的貼片側的背面，利用一標記板i緊貼發動機葉片，在標記板i上標記出基準參考點m的對應位置，之後利用一圓規確定標記基準參考點m的位置，圓規具有一針腳，針腳置於標記板i上的對應位置處並固定。
同樣，標記基準參考點n的位置時，在發動機葉片的貼片側的背面，利用一標記板ii緊貼發動機葉片，在標記板ii上標記出基準參考點n的對應位置，利用一圓規確定標記基準參考點n的位置，圓規具有一針腳，針腳置於標記板ii上的對應位置處並固定。
標記板i和標記板ii緊貼葉片的貼片側的背面，標記板i和標記板ii應具有一定硬度，其邊線稍超出葉片邊緣，並固定於葉片上，例如用夾子夾緊。
標記板i和標記板ii可為方形小紙片，以便於標記。
在發動機葉片上標記出基準參考點m和n的位置後，分別以基準參考點m和n為圓心，通過弧線相交的方法確定中心點a的實際位置和方向參考點b的實際位置。
弧線相交的方法具體操作如下：
如圖1所示，在發動機葉片的貼片側，以基準參考點m為圓心、以直線距離a為半徑畫第一弧線，以基準參考點n為圓心、以直線距離b為半徑畫第二弧線，將第一弧線和第二弧線的相交位置標記為中心點a的實際位置。
如圖1所示，在發動機葉片的貼片側，以基準參考點m為圓心、以直線距離c為半徑畫第三弧線，以基準參考點n為圓心、以直線距離d為半徑畫第四弧線，將第三弧線和第四弧線的相交位置標記為方向參考點b的實際位置。
所用的圓規還具有一鉛芯腳，在畫第一弧線時，針腳和鉛芯腳的距離為a，在畫第二弧線時，針腳和鉛芯腳的距離為b，在畫第三弧線時，針腳和鉛芯腳的距離為c，在畫第四弧線時，針腳和鉛芯腳的距離為d。
確定中心點a的實際位置和方向參考點b的實際位置後，需通過這兩點之間的連線確定應變片的貼片方向。
如圖1所示，將通過中心點a的實際位置與方向參考點b的實際位置的直線記為第一直線，在發動機葉片的表面標記出第一直線的投影線，並使應變片的長邊平行於投影線，從而確保應變片的貼片方向準確無誤。
在發動機葉片的表面標記出第一直線的投影線時，可將一直尺置於發動機葉片的表面，使直尺的邊線通過中心點a的實際位置與方向參考點b的實際位置，沿直尺的邊線在發動機葉片的表面用鉛筆標記出通過中心點a的實際位置與方向參考點b的實際位置的第一直線的投影線。
在確定中心點a的實際位置及第一直線的投影線後，將應變片的幾何中心置於中心點a的實際位置，並使應變片的長邊與第一直線的投影線的方向相同，此時可將應變片貼附於發動機葉片上，從而使應變片的實際位置與計算位置相一致。
綜上所述，本發明的貼應變片的方法是以m、n兩個參考點為基準點在非平面的葉片上通過弧線相交的方法確定貼片位置中心點a和方向參考點b,以ab直線在葉片的投影線確定準確的貼片方向，操作簡單，對設備要求較低，可適用於非輪盤結構、扭轉角度較大的葉片貼片定位，避免了局部坐標系的選擇和坐標原點的定位，也避免了葉片扭轉對定位的影響，同時對貼片方向限制較小，且精度較高。
本發明的貼應變片的方法已在工程中進行了實際應用，貼片位置和方向的精度優於以往常規方法。
本領域技術人員應當注意的是，本發明所描述的實施方式僅僅是示範性的，可在本發明的範圍內作出各種其他替換、改變和改進。因而，本發明不限於上述實施方式，而僅由權利要求限定。