(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210628623.8 (22)申请日 2022.06.02 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 申请人 中国航发四川燃气涡轮 研究院 (72)发明人 乔百杰　朱昱达　罗现强　符顺国　 赵峻林　陈雪峰　 (74)专利代理 机构 北京中济纬天专利代理有限 公司 11429 专利代理师 覃婧婵 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G01B 21/32(2006.01)G01M 13/00(2019.01) (54)发明名称 单传感器转子叶片多模态应变场重构方法 及测量系统 (57)摘要 公开了单传感器转子叶片多模态应变场重 构方法及测量系统， 方法中， 建立待测转子叶片 三维有限元模 型， 在不同转速下根据模态分析绘 制坎贝尔图并满足叶片多模态振动， 提取所述叶 片有限元模 型的模态参数； 基于叶片模态参数确 定单个应变片传感器的安装位置和方向； 根据不 同的模态阶次分别计算叶片单测点位置应变与 全场应变的传递比； 在所述转子叶片安装应变片 后开展高转速叶片多模态测试试验， 获取叶片发 生多模态振动时应变片测量的有限动应变； 对上 述测量动应变 响应进行傅里叶变换， 解耦得到各 个阶次模态对应的幅值和相位； 基于上述各阶模 态的传递比与对应的幅值和相位信息， 反演重构 获得转子叶片全场动应 变。 权利要求书3页 说明书8页 附图6页 CN 115062410 A 2022.09.16 CN 115062410 A 1.一种单传感器转子叶片多模态应 变场重构方法， 其特 征在于， 其包括以下步骤： 第一步骤(S1)中， 建立待测转子叶片的三维有限元模型， 在不同转速下模态分析以绘 制坎贝尔图并满足叶片多模态振动， 提取 所述三维有限元模型的模态参数； 第二步骤(S2)中， 基于所述模态参数确定单个 应变片传感器安装的测点 位置和方向； 第三步骤(S3)中， 基于不同的模态阶次分别计算转子叶片测点位置相对于全场的应 变‑应变响应传递比； 第四步骤(S4)中， 在所述转子叶片安装应变片传感器后开展高速多模态测试试验， 获 取转子叶片发生多模态振动时应 变片传感器测量的动应 变； 第五步骤(S5)中， 所述动应 变进行傅里叶变换， 解耦获得 各阶模态对应的幅值和相位； 第六步骤(S6)中， 基于所述应变 ‑应变响应传递比与各阶模态对应的幅值和相位， 反演 重构获得转子叶片全场动应 变。 2.根据权利要求1所述的一种单传感器转子叶片多模态应变场重构方法， 其特征在于， 优选的， 第一步骤(S1)中， 根据转子叶片的尺寸参数建立待测转子叶片三 维几何模型， 基于 所述三维几何模型有限元划分网格建立转子叶片的三 维有限元模型， 不同转速下根据所述 三维有限元模型 的模态分析结果绘制 坎贝尔图， 通过坎贝尔图确定叶片发生多模态振动， 根据多模态振动参数提取有限元模型的模态参数， 坎贝尔图中激励阶次E O与固有频率的交 点对应的频率为fi＝EO*fr； 叶片多模态振动在坎贝尔图表现为在转速fr下存在两个及以上 共振交点并且各个共振交点对应的激励阶次比值为有理数N， 即EOj/EOi＝N， EOi为第i阶模 态对应的激励阶次， EOj为第j阶模态对应的激励阶次。 3.根据权利要求2所述的一种单传感器转子叶片多模态应变场重构方法， 其特征在于， 第一步骤(S1)中， 根据所述多模态振动参数提取所述有限元模型的前Nm阶模态参数， 其包 括模态频率fi、 大小为Ndof×1的应变模态 振型 ψi， Ndof是自由度数目， 构造转子叶片全场应变 模态振型 其大小为Ndof×Nm， Ndof＝6*Nn， Nm表示模态阶数， Nn表 示所述三 维有限元模 型划分网格后的总计节点数； 每个节 点的应变包含3个主应变 εx， εy， εz 和3个剪应 变γxy， γyz， γxz共6个应变分量。 4.根据权利要求3所述的一种单传感器转子叶片多模态应变场重构方法， 其特征在于， 第二步骤(S2)中， 基于所述待测的转子叶片 前Nm阶全场应变模态振型确定单个应变片传感 器粘贴的测点位置和方向， 使得应变片传感器测点响应包含叶片多模态振动各阶模态成分 且避开各阶模态最大应力点 位置。 5.根据权利要求4所述的一种单传感器转子叶片多模态应变场重构方法， 其特征在于， 第三步骤(S3)中， 基于所述应变片传感器安装的测点位置， 从全场应变模态振型构造测点 选择矩阵 大小为1×Nm， 表示筛选后第Nm阶的应变振型， 根据不同的模态阶次分别计算叶片不同位置之间的应 变‑应变传递比权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115062410 A 2其中 表示利用单传感器p的第Nm阶应 变模态振型。 6.根据权利要求5所述的一种单传感器转子叶片多模态应变场重构方法， 其特征在于， 第四步骤(S4)中， 开展转子叶片高速试验， 结合滑环引电器获得转子叶片发生多模态振动 时叶片测点动应变 t表示转子叶片到发生多模态振动的时间， qi(t) 表示第i阶的模态参与量。 7.根据权利要求6所述的一种单传感器转子叶片多模态应变场重构方法， 其特征在于， 第五步骤 (S5)中， 测点的 所述动应变进行傅里叶变换 其中， f表示 频率(Hz)， 解耦计 算得到各个阶次模态对 应的幅值Ai＝|S(f)|和相位φi＝φ(2 π f)。 8.根据权利要求7所述的一种单传感器转子叶片多模态应变场重构方法， 其特征在于， 第六步骤(S6)中， 基于各个阶次模态的应变 ‑应变传递比T与所述幅值A和相位φ， 在t时刻 旋转叶片发生多模态振动时叶片表面和内部所有节点应变经由公式 反演 重构获得转子叶片全场动应 变， 所述重构应变 包括正应变和 剪应变， 其中εi， x表示i号节点x方向应变， γi， xy 表示i号节点xy方向剪应 变。 9.一种实施权利要求1 ‑8中任一项所述的单传感器转子叶片多模态应变场重构方法的 测量系统， 其特 征在于， 其包括， 有限元分析模块， 其配置成构建转子叶片有限元模型和基于所述转子叶片有限元模型 生成转子叶片的模态参数和节 径信息； 动应变测振模块， 其连接应变片传感器和滑环引电器以测量转子叶片发生多模态振动 t时刻叶片测点动应 变 幅值和相位计算模块， 其连接所述动应变测振模块以解耦所述动应变得到各个阶次模权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115062410 A 3