激光测振仪在涡轮叶片应变测试中的应用与模型验证
摘要本文旨在探讨扫描式多普勒激光测振仪（SLDV）在涡轮叶片应变测试中的应用，并与传统应变片测试方法以及有限元模型分析结果进行对比。通过实际测试，验证了激光测振仪在获取结构动态应变分布方面的准确性和可靠性，同时指出了应变片测试方法的局限性。本文还基于测试结果对有限元模型进行了验证和修正。1. 引言在结构动态研究中，确认结构可能出现缺陷的位置是至关重要的。结构的疲劳损伤通常由反复变形引起，因此准确掌握结构动态应变的分布对于确认结构动态应力和疲劳应力具有重要意义。传统应变片测试方法存在诸多缺陷，如附加质量、附加阻尼影响以及布置位置的准确性问题。为此，基于光学测试思路的激光测振仪应运而生，为应变测试提供了新的解决方案。2. 理论背景根据激光多普勒原理，激光测振仪可以准确地获得振动平面的横向位移。根据微变形理论，由弯曲引起的被测面应变分量可表示为：\epsilon = \frac{\partial^2 w(x,y,t)}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 w(x,y,t)}{\partial y^2} \] 其中，\(Z\) 表示相对平板中心的横向距离，\(w(x,y,t)\) 表示横向位移，\(x\)、\(y\) 表示平面上某点的坐标，\(t\) 表示时间。结构表面的应变等于面内位移的空间导数，而面内位移可通过3D扫描式激光测振仪获得。 3. 实验设置与测试3.1 测试样件 选取一片具有代表性的铝制叶片作为测试样件。该叶片具有典型的三维曲率、尺寸小、重量轻、共振频率高以及预期应变小的特点。另一片叶片表面布置应变片作为对比。 3.2 测试设备 将两片叶片都安装在激振器上，并放置在激光测振仪前。使用泓川科技公司的软件进行扫描点定义，并将有限元模型的节点坐标导入系统中以便对比测试结果。3.3 测试方法 （1）对没有布置应变片的叶片进行测试，选择扫频信号作为激励信号，获得叶片的频谱。 （2）通过频谱中的峰值确定共振频率，并显示相应的振型与有限元分析结果进行对比。 （3）在共振频率处使用不同大小水平的正弦波进行激励，采集叶片在这些频率处的应变。 4. 应变测试结果的对比4.1 激光测振仪与有限元模型的对比 激光测振仪与有限元模型的正应变具有良好的一致性，除了垂直于曲面（...
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