航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片在高速旋轉(zhuǎn)工況中承受極大的氣動(dòng)載荷與離心力，其應(yīng)變分布與動(dòng)態(tài)響應(yīng)直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能與安全。通過(guò)有限元等仿真手段可得到葉片仿真數(shù)據(jù)，但缺乏真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)下的全場(chǎng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)支撐，制約葉片設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。某新型葉片研發(fā)團(tuán)隊(duì)，通過(guò)引入中科君達(dá)視界的高速攝像技術(shù)與數(shù)字圖像相關(guān)DIC技術(shù)，開(kāi)展非接觸式應(yīng)變測(cè)量，獲取葉片在實(shí)際工況下的應(yīng)變分布和振動(dòng)特性。

2.1 利用DIC技術(shù)獲取葉片在不同轉(zhuǎn)速下的全場(chǎng)應(yīng)變分布，驗(yàn)證仿真模型準(zhǔn)確性。

2.2 分析葉根至葉尖的應(yīng)變梯度，評(píng)估結(jié)構(gòu)受力合理性。

2.3 評(píng)估真空環(huán)境、高速旋轉(zhuǎn)工況下DIC測(cè)量方案的適用性。

實(shí)驗(yàn)選用中科君達(dá)視界的高速數(shù)字圖像相關(guān)DIC儀器，含2臺(tái)千眼狼NEO 25高速攝像機(jī)，具有1280×1024分辨率下25,000幀/秒采集幀率，架設(shè)于真空艙正下方，葉片位于艙內(nèi)，兩臺(tái)高速攝像機(jī)形成合適夾角，搭配100mm長(zhǎng)焦鏡頭與偏振片，捕捉葉片局部動(dòng)態(tài)圖像，并消除反光現(xiàn)象；葉片表面用啞光筆制作2mm散斑，提供DIC軟件分析計(jì)算所需的隨機(jī)紋理特征。高速攝像機(jī)捕捉全程啟用鎖相裝置，確保拍攝區(qū)域穩(wěn)定，不受葉片旋轉(zhuǎn)影響。

4.1 基于FEA仿真模型預(yù)測(cè)的應(yīng)變特征如下：

• 空間分布：葉根處因約束強(qiáng)烈，應(yīng)變最大，沿展向向葉尖遞減，形成平滑過(guò)渡。

• 載荷響應(yīng)：應(yīng)變隨轉(zhuǎn)速平方增長(zhǎng)，整體呈階梯狀上升趨勢(shì)。

• 量級(jí)范圍：峰值軸向應(yīng)變1000με左右，符合材料彈性極限要求。

4.2 基于DIC儀器實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果如下：

• 單幀應(yīng)變?cè)茍D顯示，葉根至葉尖的應(yīng)變場(chǎng)整體呈現(xiàn)梯度過(guò)渡特征，葉根處應(yīng)變大，到葉尖處逐漸變小，整體趨勢(shì)符合仿真預(yù)期。

• 各轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)段，全場(chǎng)平均徑向應(yīng)變均值隨轉(zhuǎn)速遞增，增長(zhǎng)呈階梯狀上升趨勢(shì)，與仿真預(yù)期基本吻合，表明DIC儀器成功捕捉到由離心載荷引起的宏觀變形響應(yīng)。

• 峰值應(yīng)變水平位于800-1100με區(qū)間，與仿真預(yù)期量級(jí)一致，驗(yàn)證了DIC測(cè)量定量準(zhǔn)確性。

技術(shù)層面，千眼狼高速攝像技術(shù)結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)DIC技術(shù)具備在真空、高轉(zhuǎn)速環(huán)境下穩(wěn)定獲取葉片動(dòng)態(tài)變形數(shù)據(jù)的能力，應(yīng)變均值響應(yīng)與仿真趨勢(shì)一致，測(cè)量的主應(yīng)變量級(jí)與理論預(yù)測(cè)相符，表明DIC技術(shù)適用于高速旋轉(zhuǎn)葉片的動(dòng)態(tài)特性分析。后續(xù)實(shí)驗(yàn)將通過(guò)在高曲率局部區(qū)域使用更細(xì)密的散斑，進(jìn)一步提高應(yīng)變梯度解析能力，更好地實(shí)現(xiàn)“仿真-實(shí)測(cè)”閉環(huán)驗(yàn)證。

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利用數(shù)字圖像相關(guān)DIC技術(shù)測(cè)量航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片振動(dòng)模態(tài)