(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 202211079204.X (22)申请日 2022.09.05 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 张晓杰　胡殿印　王荣桥　 (74)专利代理 机构 北京科迪生专利代理有限责 任公司 1 1251 专利代理师 关玲　邓治平 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于叶尖定时原理的叶片扭转模态振动应 力反演方法 (57)摘要 本发明提供一种基于叶尖定时原理的叶片 扭转模态振动应力反演方法， 包括如下步骤： 在 轴向布置两支传感器， 根据叶尖定时采样信号计 算实测位移和叶尖安装角； 对叶尖实测位移进行 正弦拟合， 获得传感器的实测振幅及振动频率； 建立振幅修正模型， 获得传感器的修正振幅； 开 展有限元模态分析， 基于轴向传感器的修正振幅 比值和叶尖节 点的修正模态位移比值， 结合传感 器的安装距离约束建立传感器测点识别模型， 并 基于识别到的测点进行振动应力反演。 本发明通 过对扭转模态的实测振幅进行修正， 使其与模态 位移具有可比性， 进一步融合传感器布局信息、 实测位移和有限元分析结果， 实现了测点偏移现 象下传感器实际测点的识别， 提高了振动应力的 反演精度。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 115438426 A 2022.12.06 CN 115438426 A 1.基于叶尖定时原理的叶片扭转模态振动应力反演方法， 其特征在于， 所述方法在机 匣不同轴向位置处安装两支传感器， 基于传感器布局信息和实测位移分别建立叶尖安装角 模型、 振幅频率拟合模型、 振幅修正模型； 基于传感器的距离约束、 修正振 幅比值和叶尖节 点的修正模态位移比值建立传感器测点识别模型， 并基于识别到的测点进行位移 ‑应力转 换， 提高振动应力的反演精度， 具体包括如下步骤： 步骤(1)、 基于叶片实际到达时间、 预期到达时间和转速计算传感器实测位移， 利用实 测位移和传感器布局信息建立叶尖安装角模型； 步骤(2)、 通过最小二乘法对步骤(1)中实测位移进行正弦曲线拟合， 获得振动频率和 实测振幅； 步骤(3)、 利用扭转模态的振动特征， 结合步骤(1)和步骤(2)中叶尖安装角和实测振幅 对振幅进行修 正； 步骤(4)、 对待测叶片开展有限元模态分析， 获得模态参数， 基于轴向传感器的修正振 幅比值和叶尖节点的修正模态位移比值， 结合传感器的安装距离约束建立传感器测点识别 模型， 并基于识别到的测点进行振动应力的反演。 2.根据权利要求1所述的一种基于叶尖定时原理的叶片扭转模态振动应力反演方法， 其特征在于， 所述步骤(1)中， 以叶片预期 到达时间、 实际到达时间和转速为输入， 计算传感 器的实测位移d＝(Texp‑Ttoa)ωR， 进一步结合传感器布局信息， 将叶尖安装角表示为： 其中， d为传感器实测位移， Texp和Ttoa分别为叶片预期和 实际到达时间， ω为转子转动角频率， R为机匣半径， 和 分别表示第一传感器和第二 传感器的周向坐标， d1和d2为第一传感器和第二传感器的实测位移， P1z和P2z为第一传感器 和第二传感器的轴向坐标。 3.根据权利要求2所述的一种基于叶尖定时原理的叶片扭转模态振动应力反演方法， 其特征在于， 所述步骤(2)中， 仅考虑单一模态响应， 将实测位移表示为以叶片固有频率振 动、 满足正弦变化 规律的函数。 4.根据权利要求3所述的一种基于叶尖定时原理的叶片扭转模态振动应力反演方法， 其特征在于， 所述步骤(2)中， 结合坎贝尔图分析结果， 通过迭代的方式确定激励阶次E O， 提 高频率和振幅的拟合精度。 5.根据权利要求4所述的一种基于叶尖定时原理的叶片扭转模态振动应力反演方法， 其特征在于， 所述步骤(3)中， 针对扭转模态、 以及其它叶尖存在节线的振型， 假设测点的振 动方向垂直于叶片的弦向， 将修正振幅表示为： Ar＝AmcosθB， 其中， Ar为修正振幅， Am为实测 振幅， θB为叶尖安装角。 6.根据权利要求5所述的一种基于叶尖定时原理的叶片扭转模态振动应力反演方法， 其特征在于， 所述步骤(4)中， 利用传感器安装距离约束筛选出满足精度要求的有限元叶尖 节点对(Qi,Qj)＝find(|Δqij‑ΔP12|＜Tol( ε ))， 其中， (Qi,Qj)为满足轴向传感器距离要求 的叶尖节点对， find()为求解满足条件的值所在位置的函数， Δqij为有限元叶尖节点i和j 之间的距离， ΔP12为轴向传感器的距离， Tol( ε )为距离误差容限； 基于此寻找传感器 修正振 幅比值与节点修正模态位移比值差异最小的节点对(L1,L2)＝min(|(Rij‑r12)/r12|)， 其中，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115438426 A 2(L1,L2)为轴向两支传感器的实际测点位置， Rij为修正模态位移之比， r12为轴向传感器的修 正振幅比值； 所述传感器修正振 幅比值与实测数据相关， 所述节点修正模态位移比值与有 限元模态分析相关。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115438426 A 3