叶片自振频率测试方法研究
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇叶片自振频率测试方法研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘 要：叶片的自振频率从理论上是反映叶片振动特性的一个重要参数，而静频试验则是掌握这一重要参数最基本的手段，也是生产、检验、试验、维修时，衡定叶片振动特性是否合格的基本手段。本文主要阐述了叶片的动力特性、静频的测试方法并结合涡轮转子叶片的静频测试进行分析。
关键词：叶片；动力特性；静频；非接触式测量；试验分析
1 绪论
叶片造型复杂，工作条件恶劣，如：大的载荷波动、高的温度和温度梯度、氧化、腐蚀、外物撞击、频繁的起动停车以及叶片表面不连续性造成的应力集中等，特别对转子叶片来说，还承受很大的离心力。因而叶片易发生各种故障。
2 叶片的振动机理与特征
叶片分为直叶片和扭叶片，一般可以看成是一个弹性梁，当有外界激振，叶片就会来回振动。叶片振动时，叶片上各点产生扰度，它不仅是时间的函数，而且是位置的函数，叶片的振动形式近似于简谐振动。
2.1 叶片振动的类型
叶片振动类型按激振力的有无及其特点可分为自由振动、强迫振动和自激振动。
自由振动是指振动系统在无交变外力作用下发生的简谐振动。
强迫振动指振动系统在周期变外载或位移作用下所产生的振动。
自激振动是指受自激力作用所产生的振动。
2.2 描述叶片振动的基本物理参数
描述叶片振动的基本物理参数主要有振动频率和振型（模态）。
（1）振动频率：它是振动系统的重要参数，是指振动系统（或组件）每秒振动的次数。
（2）叶片振型：它是指振动系统以某阶频率振动时，其系统中各点振动位移的相对关系，它与相对的频率同属振动系统的振动属性。振动过程中各点距平衡位置的最大距离称为振幅，振幅为零的各点连线称为节线。
3 叶片频率的测量方法
当前我们常见的叶片自振频率测量方法有2种：自振法和共振法。
（1）自振法是根据李萨如图形来判断的。
（2）共振法测量叶片频率是基于共振的原理，其特点是叶片的频率可以由传感器精确测出，由于激振力的频率可以在很宽的范围内调节，因此可以测量出多阶自振频率。
4 激光测振系统
由于取样传感器要和叶片接触。对叶片产生一个很大的阻尼，大大加速了叶片振动的衰减，同时对叶片也有一个附加质量，这样就增加了取样的难度和影响了测量的精度。因此这种方法在测量自振频率较高、振幅小、衰减快的叶片（组）时就十分困难，使本来就只有零点几秒的信号经阻尼后转瞬即逝。即使是经验丰富的测试人员也难以测准。
4.1 激光多普勒效应
当波源向着接收器移动时，波源和接收器之间传递的波将发生变化，波长缩短，频率升高；反之，当波源背着接收器移动时，波源和接收器之间传递的波的波长将变长，频率会降低。
4.2 激光多普勒测振原理
S为光源，光的频率为f，光速为c。О为光波接收器件（如雪崩式光电二极管），P为速度为V的运动物体，且能反射光波；当波源和接收器保持相对静止时，假设n是沿从光源到接收者光路上的波数或周期数，在无限小的时间间隔δt中，假定P移动到P′的距离为Vδt。在光程中周期数将减少为
由此可知，激光多普勒测振原理就是基于测量从物体表面微小区域反射回的相干激光光波的多普勒频率？驻fD， 进而确定该测点的振动速度V。
4.3 激光多普勒测振技术的特点
（1）不产生任何附加质量，避免由此产生的对小试验件、轻试验件和软物体的影响。（2）可应用于任何形状表面，包括圆弧面、边、角等。（3）可应用于任何性质物体，如高、低温，松软物体。（4）与传统的传感器测试相比具有很高的线性度和精确度，超高分辨率、带宽和动态范围。（5）可以应用于任何条件，对测试对象表面无要求。（6）操作灵活，容易布置，降低安装费用，节省测试时间。（7）校准简单，可独立于测试距离、表面反射和物体特性。（8）非常高的测量灵敏度动态范围，可测量从原子级微弱振动到数十万g强冲击。
4.4 激光测振系统
非接触式的激光测振试验系统由夹具、非接触式激光测振仪、振动测试系统组成。测试的系统框图如图1所示。
4.5 叶片的测试过程
（1）在试验平台上固定一台虎钳。（2）将叶片安装在夹具上并将夹具固定在虎钳上。（3）调节好激光测振仪，使激光照射在所测叶片前缘合适位置，并使信号最好。（4）连接好测振系统和力锤，用力锤轻轻敲击叶片的不同位置，使叶片产生共振，利用分析软件测试出叶片的固有频率。（5）将激光测试点换在叶片其它位置，重复试验。（6）将同一叶片测量的频率值进行比较，验证其重复性。
结束语
实践表明，防止叶片共振故障的有效措施是对叶片进行调频和控制叶片频率的分散度。这即是测量和控制叶片在非旋转状态下的自振频率-静频和对应的振型。静频的测量是进一步研究、分析叶片产生振动的性质、量级、振型及应力分布的基础。通过这次测试说明我们的测试设备及技术可以满足航空产品的研发需要。
参考文献
[1]王伯雄.测试技术基础[M].北京：清华大学出版社，2003.
[2]孔德仁，朱蕴璞，狄长安.工程测试技术[M].北京：科学出版社，2004.
[3]刘习军，贾启芬，张文德.工程振动与测试技术[M].天津：天津大学出版社，1999.
[4]刘国林，殷贯西.电子测量[M].北京：机械工业出版社，2003.