三维光弹性测试方法

文档序号:9429779阅读:690来源:国知局
三维光弹性测试方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及试验力学技术领域,特别涉及一种三维光弹性测试方法。
【背景技术】
[0002] 在我国航空动力工程的发展中,三维光弹性测试方法在产品设计、改进、生产、使 用等各个环节都得到应用,它对设计水平的提高、产品质量的控制、使用安全性的提高起了 积极的作用,产生了较大的经济效益和社会效益,已经成为航空发动机等部件结构强度分 析的重要手段。但航空动力工程中还存在一系列复杂的力学问题尚待解决,仅仅依靠成熟 的、单一的手段难以解决面临的复杂的实际问题,必须发展新方法、新技术并综合运用各种 试验和理论分析、数值计算等方法,才能达到目的。它必须不断提高精度、简化方法、缩短周 期,综合考虑所要达到的标准及所需获得的数据、费用和时间。
[0003] 现有三维光弹性测试方法主要包括选用制造环氧树脂模型的原材料、通过浇注方 式或机械加工方式制造模型、模型的冻结加载、模型的切片、模型在任意载荷下应力的确定 等步骤。其中,光弹性模型的浇注工艺常用二次固化法。模型制作完毕后,需进行退火,减 少模型中存在的初始应力。模型加载装置分为通用及专用两种,加载装置应保证加于模型 上的载荷与实物载荷严格一致。模型在任意载荷作用下应力的确定包括基本数据的测取和 基本方程的建立以及补充方程式的建立。
[0004] 多年以来,传统的三维光弹性测试方法在国内的应用深度与广度均不如英、美等 发达国家,主要原因如下:
[0005] 1)三维光弹性测试方法技术环节多,工程性很强,掌握这门技术需要的时间比较 长。
[0006] 2)进行三维光弹性冻结试验时,常需要设计加工专用加载装置;
[0007] 3)三维光弹性测试成本高,试验周期长。

【发明内容】

[0008] 本公开的目的在于提供一种技术流程简化、试验周期短的三维光弹性测试方法, 从而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或多个问题。
[0009] 本公开的其它特性和优点将通过下面的详细描述变得显然,或部分地通过本公开 的实践而习得。
[0010] 根据本公开的第一方面,一种三维光弹性测试方法,包括:
[0011] SI.制备待进行应力分析的构件的局部部分的光弹性试验模型;
[0012] S2.依据测试内容,选取对应的测试模块构成光弹性试验模型的加载装置,并对所 述光弹性试验模型进行冻结加载;
[0013] S3.对所述局部部分进行数字化分析,以及对所述局部部分的光弹性试验模型的 切片平面进行应力分析,并对两种分析结果进行比较。
[0014] 本公开的一种示例性实施例中,所述步骤Sl包括:
[0015] SlL基于光弹性试验模型的真空浇注工艺方法成型所述待进行应力分析的构件 的光弹性试验模型毛坯;
[0016] S12.自所述光弹性试验模型毛坯中选取所述局部部分进行机械加工,得到所述局 部部分的光弹性试验模型。
[0017] 本公开的一种示例性实施例中,所述局部部分之外的部分采用等效体进行代替。
[0018] 本公开的一种示例性实施例中,所述步骤Sl包括:
[0019] SlL获取待进行应力分析的构件的所述局部部分的阴模;
[0020] S12.基于光弹性试验模型的真空浇注工艺方法对所述阴模进行真空浇注得到所 述局部部分的光弹性试验模型。
[0021 ] 本公开的一种示例性实施例中,所述步骤S2包括:
[0022] S21.提供施加拉力载荷的测试模块、施加压力载荷的测试模块、施加弯曲载荷的 测试模块、施加扭转载荷的测试模块、施加离心载荷的测试模块中的一种或多种;
[0023] S22.依据测试内容,选取对应的测试模块构成光弹性试验模型的加载装置,并对 所述光弹性试验模型进行冻结加载。
[0024] 本公开的一种示例性实施例中,所述步骤S2中,施加离心载荷测试时,光弹性试 验模型冻结过程中同时采用辅助模型进行冻结加载。
[0025] 本公开的一种示例性实施例中,所述数字化分析为有限元分析。
[0026] 本公开的一种示例性实施例中,所述步骤S3包括:
[0027] S31.对所述待进行应力分析的构件的局部部分进行有限元分析;
[0028] S32.从所述有限元分析的应力值最大的方向切片,切片平面为最大应力面;
[0029] S33.对所述局部部分的光弹性试验模型的最大应力面进行应力分析,对所述有限 元分析和应力分析的结果进行比较,并比较两种分析结果。
[0030] 本公开的一种示例性实施例中,其中,进行离心载荷测试时,采用应力条纹级数值 的处理方法对所述应力分析结果进行处理。
[0031] 本公开的一种示例性实施例中,所述比较两种分析结果包括:比较所述有限元分 析和应力分析的结果的分布趋势及比较所述有限元分析和应力分析的结果中的最大应力 值。
[0032] 相比于现有技术,本公开示例性实施例中的三维光弹性测试方法具有以下有益技 术效果:
[0033] 光弹性试验模型的制备实现"局部化",降低了光弹性试验模型制备的成本。光弹 性试验模型的冻结加载实现"模块化",减少了设计加工光弹性试验模型加载装置的时间与 成本;以及,对有限元分析和应力分析的结果进行比较,简化了现有技术流程,减少了应力 分离和补充方程式的建立等环节,试验周期显著缩短,进而使得试验成本降低,周期缩短, 十分有利于本方法在航空发动机和传动系统中的应用,也有利于向其他行业推广。
【附图说明】
[0034] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本发明的实施 例,并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本公开 的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据 这些附图获得其他的附图。
[0035] 图1是本公开示例性实施例中一种三维光弹性测试方法的流程示意图。
[0036] 图2是本公开示例性实施例中燃气涡轮工作叶片原型的结构示意图。
[0037] 图3是本公开示例性实施例中燃气涡轮工作叶片光弹性试验模型的结构示意图。
[0038] 图4A及4B是本公开示例性实施例中燃气涡轮工作叶片辅助模型的结构示意图。
[0039] 图5是本公开示例性实施例中燃气涡轮工作叶片光弹性试验模型的冻结加载图。
[0040] 图6是本公开示例性实施例中燃气涡轮工作叶片榫头部分的切片平面及测点。
【具体实施方式】
[0041] 现在将参考附图更全面地描述示例性实施例。然而,示例性实施例能够以多种形 式实施,且不应被理解为限于在此阐述的实施方式;相反,提供这些实施方式使得本公开将 全面和完整,并将示例性实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中,相同的附 图标记表示相同或类似的结构,因而将省略它们的详细描述。
[0042] 此外,所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施 例中。在下面的描述中,提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而, 本领域技术人员将意识到,可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更 多,或者可以采用其它的组件、步骤等。在其它情况下,不详细示出或描述公知结构以避免 模糊本公开的各方面。
[0043] 针对现有技术中三维光弹性测试的试验方法本身复杂,技术难度大,同时试验成 本高和试验周期长,影响该技术在航空发动机和传动系统中广泛应用的问题,本示例实施 方式中提供一种技术环节少、试验成本低、周期短,有利于推广应用的三维光弹性测试方 法。
[0044] 本示例性实施例中的三维光弹性测试方法主要分三个阶段,第一阶段是光弹性试 验模型的制备,第二阶段是光弹性试验模型的冻结加载,第三阶段是模型应力的分析处理。 参考图1中所示,该三维光弹性测试方法可以包括:
[0045] 步骤SI.制备待进行应力分析的构件的局部部分的光弹性试验模型。
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