Page 74 - 理化检验-物理分册2024年第十期

吴 琼，等：一种航空发动机转子叶片振动特性及疲劳试验方法

1 试验方法 2 试验过程

通过理论分析和试验相结合的方法获得叶片振 2.1 有限元分析
[9]
动应力最大值所在位置 。首先针对试验件建立有 分析软件为ANSYS通用有限元程序，采用6面
限元模型，采用模态分析方法获得试验模态下的应力 体 8 节点单元建模，单元数目为 12 842 个，边界条
分布。采用全场扫描式激光测振仪测量叶片1阶振
件为约束试样夹持端表面节点全部自由度，对叶片
型及前3阶固有频率；采用电动振动台对单元考核件
施加正弦周期激励，通过幅频特性曲线获取叶片固有 试样进行模态分析，获得的叶片一弯振型及应力分
布如图 1 所示。由图 1 可知：试样一弯振型下最大
频率，用半功率带宽法计算模态阻尼比；以振动频率、
振动幅值为自变量，通过线性拟合，确定两者乘积与 应力点位于叶背侧，试样展向的2/3处，弦线方向的
考核部位应力的函数关系；采用电阻应变片测量应 1/2 处。 计算同 时 获得 试样 1 阶固 有 频率约 为
变，用激光位移传感器测量振幅，对试验结果进行标 338 Hz，2 阶固有频率为 716 Hz，3 阶固有频率为
定，通过控制振幅间接控制考核部位的振动应力。 824 Hz。

图 1 叶片一弯振型及应力分布云图
2.2 试验装夹 依据幅频特性曲线确定1阶共振频率； 以激光位移传
叶片装夹如图2所示。夹具外框为口子型，后面 感器监控振幅作为控制参数，采用闭环控制方法 [10]
配有两个加强块，通过6个螺栓与振动台连接，保证装 进行振动疲劳试验 [11] 。
夹刚性。由于叶片振动频率较高，用3排螺钉孔压紧 2.3.1 试验系统
叶片，叶片榫头底面配合加工垫片，起到定位的作用， 在室温条件下，采用闭环控制方式，实时测量
保证每件叶片装夹试验状态相同。从而保证叶片刚性 叶片振幅并反馈给振动控制仪，由控制仪根据反
连接在振动台上，并避免叶片装夹时产生应力集中。 馈信号自动调整振动台控制信号的输出，确保叶
片始终在共振状态下和规定振幅下进行振动疲劳
试验。
2.3.2 标定试验
根据有限元分析结果，在最大应力点位置及
附近区域安装一组应变片，应变片尺寸满足 HB
5277—84《发动机叶片及材料振动疲劳试验方法》
中的规定，应变片共 12 片。应变片安装时，以最大
应力点为基准呈十字形分布，沿着叶片展向安装
8片，第3片安装在理论最大应力处，弦向安装4片，
安装位置与最大应力点平行，左右各 2 片。试验过
程中，将叶片夹持端水平放置，并固定在振动台的
图 2 叶片装夹示意
垂直台面上。应变片安装模拟图如图3所示。
2.3 疲劳测试 采用扫频模式开展试验，加速度为4.9 m/s ，扫
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采用电磁振动台对叶片进行正弦扫频预试验， 频为330~370 Hz。通过幅频特性曲线确定叶片1阶

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