光纤法-珀传感器在飞机发动机叶片裂纹检测中的应用

基于光干涉原理确定初始法-珀腔长度,设计了光纤法-珀干涉仪,建立了非接触式光纤法-珀激光超声试验装置,用于探测飞机发动机叶片的裂纹。光纤法-珀传感器使用单根光纤实现多束光干涉测量,制作简单,成本低,能快速、有效地实现非接触叶片表面裂纹检测。     

基于低相干干涉的孔类零件内表面测量系统研究

对孔类零件的内表面进行测量是判断其加工质量和使用寿命的重要手段。针对精密孔类零件内表面测量的需求,提出一种基于低相干干涉的内表面测量及信号处理方法,并搭建了完整的检测系统。对低相干干涉的测量原理进行了分析;搭建了以迈克尔逊干涉仪为主体,主要包含光源、探测器、数据采集仪、参考臂、样品臂等部分的检测系统;研究了干涉信号滤波以及包络峰值提取算法;最后,通过实验验证了此系统可以表征孔类零件的内部特征,并且其测量精度可达10 μm以内。     

FRP片材加固界面补丁式剥离损伤的光纤检测技术

FRP(纤维增强复合材料)片材加固界面出现剥离损伤是影响FRP加固效果甚至引起结构脆性破坏的重要原因,实际工程中,剥离大都以补丁形式存在于FRP片材与被加固结构间,肉眼无法观察。将Mach-Zehnder光纤干涉仪的传感臂黏贴在FRP加固片材表面,用软胶榔头沿设定的位置在FRP件表面逐点加载。由光纤干涉仪测量每次加载时光纤的积分应变量,得出加载点与光纤积分应变量的关系曲线,从曲线的曲率或者正负值突变来判别补丁式剥离损伤的位置和大小。试验结果表明,该方法对于FRP加固结构补丁式剥离层具有较好的可测性。     

汽轮机动叶片裂纹形成原因分析

材质为2Cr13的汽轮机动叶片在调质处理后发现动叶片榫头表面网状裂纹。通过金相检测、宏观断口观察、化学成分分析、力学性能测试以及扫描电镜分析等一系列的理化试验,分析了动叶片榫头表面裂纹的性质及形成原因。试验结果表明：该汽轮机动叶片榫头表面网状裂纹是由于该部位短时过热过烧所造成的锻造裂纹。本研究对研究汽轮机动叶片在生产制造过程中出现的裂纹等质量问题具有积极意义。     

空心风扇叶片榫头裂纹原因分析

空心风扇叶片振动疲劳试验后在榫头表面出现裂纹。通过外观检查、断口宏微观分析、表面检查、成分分析、组织和硬度检测等试验,对裂纹性质和产生原因进行了分析研究。结果表明:叶片榫头表面裂纹为微动疲劳开裂,叶片与夹具间产生的微动磨损是导致该叶片过早萌生疲劳裂纹的主要原因,而产生微动磨损与叶片榫头的几何特征、夹具与其配合状态及榫头部位未采用表面处理措施有关。     

日本发明光纤传感器

日本东京大学工学系开发出了世界第一个用来检查核电站、高速公路、隧道等是否存在裂纹的光纤传感器 ,灵敏度是过去检测装置的千倍以上 ,价格也很便宜。据报道 ,这种传感器使用简便 ,灵敏度高。只需将光纤制成的线圈贴在大楼、桥梁等物体的表面 ,如果这些被检测物体存在裂纹 ,传感器就会感知到由此产生的微小声音和振动 ,光纤内传导的光信号波长会发生变化 ,分析这些变化就能发现裂纹的位置及开裂的程度。实验证明 ,不论裂纹位于建筑物表面、墙壁内部还是地下深处 ,传感器都能准确地探测到。增加线圈的数量还能进一步提高传感器的灵敏度。如…     

飞机发动机叶片裂纹的交变磁场非接触原位探测

飞机发动机叶片基体出现裂纹时表面反映不明显,孔探仪检查表面裂纹实际判别的难度较大,因此用交变磁场非接触式探测法探测。介绍探伤原理、特点以及与其它无损检测方法的比较,最后给出了发动机叶片的检测实例。检测结果表明,该方法检出的大小裂纹的波形与实际裂纹相符甚好,因此较传统涡流法和孔探仪法更具优越性,具有实际应用价值。     

热超声技术在裂纹检测中的应用

材料表面和表面下浅层裂纹的检测对金属承力结构十分重要。热超声是一种新型的无损检测技术。该技术使用超声能量激励材料裂纹并用红外热像仪探测该裂纹。对飞机前起落架旋转臂试件进行的多次试验，证明此方法对金属裂纹的检测是有效的。     

Tb0.29Dy0.71Fe1.8薄膜/光纤弱磁场探测性能研究

采用磁控溅射工艺,由计算机程序控制,在光纤表面制备了厚度均匀的Tb0.29Dy0.71Fe1.8超磁致伸缩薄膜.利用马赫-曾德尔干涉仪,对Tb0.29Dy0.71Fe1.8超磁致伸缩薄膜/光纤传感系统的磁探测性能进行了实验测试.结果表明:在调制频率1 kHz附近,传感系统对磁场具有最大的信号响应;在恒定直流磁场及调制磁场强度小于1 kA/m条件下,系统输出信号大小随调制磁场强度线性增加,但调制磁场强度较大时会引起直流工作点的波动;在35～50 kA/m的直流磁场范围内,系统输出信号随磁场强度的变化率较大,传感系统(对应1 m长传感臂)可探测的最小磁场变化为8.6×10-2 A/m,若采用分辨率为10-6 rad.的干涉仪并增加镀膜光纤的长度和Tb0.29Dy0.71Fe1.8薄膜厚度,则可进一步提高系统的磁探测灵敏度.     

超声热成像对含曲率TC4结构表面裂纹的检测仿真

目的 针对含曲率TC4结构的表面裂纹,在分析超声红外热成像检测原理的基础上,进行有限元仿真模拟,研究激励条件对检测效果的影响规律,得到最佳激励参数。方法 首先,设置不同激励幅值、激励频率、激励时间及激励位置等多组方案进行仿真计算。然后基于仿真优化出的最佳激励方案,对含表面裂纹的某航空发动机叶片进行检测,证明仿真结果的准确性。结果 在超声激励过程中,裂纹缺陷区域与非缺陷区域的温差逐渐上升,并在激励结束时达到最大表面温差。随着激励幅值的增加,最大表面温差逐渐上升,上升速率逐渐减小;随着激励频率的增加,最大表面温差逐渐上升,上升速率逐渐增大;随着激励时间的增加,最大表面温差逐渐上升,80 ms后逐渐趋于定值。在裂纹扩展方向上,超声激励施加在构件中央时,检测效果最佳;在垂直于裂纹扩展方向上,超声激励施加在裂纹正下方时,检测效果较差,激励源向两侧移动10~20 mm时,检测效果最佳。通过对含表面裂纹的某航空发动机叶片进行检测试验,可以清晰地看到裂纹信息,检测效果较好,表明仿真结果可靠。结论 研究成果有效地揭示了激励幅值、激励频率、激励时间及激励位置对检测效果的影响规律,为超声红外热成像技术检测含曲率结构表面裂纹的优化奠定了理论基础。     

基于关联规则的汽轮机叶片振动研究

研究了汽轮机叶片振动测试的数据采集方法,采用光栅光纤及电阻应变片分别测量手段进行叶片振动实验。模拟汽轮机运行状态进行了转子运行实验,提出了实验方案,通过实验测试采集了振动信号数据集。应用Apriori算法对数据集进行分析,使用WEKA平台进行数据处理,定位了转子在这一状态下的易损部位,并发现了与叶片振动相关的关联规则。研究表明,应用Apriori算法可有效发现汽轮机叶片振动问题,将其应用于更多工况下汽轮机运行振动优化具有一定指导作用。     

风电叶片复合材料弯曲损伤破坏声发射监测

通过对含纤维断裂缺陷的风电叶片玻璃钢复合材料三点弯曲试验,研究风电叶片复合材料弯曲损伤破坏及其声发射响应特征。试验研究表明,复合材料三点弯曲试件载荷一挠度曲线近似为直线,表面20层纤维断裂缺陷导致复合材料强度急剧下降;含中间20层纤维断裂缺陷试件与无缺陷试件相比,强度和刚度相差不大;纤维断裂缺陷使复合材料的破坏形式发生变化。声发射监测数据显示,风电叶片复合材料弯曲损伤破坏与声发射的幅度、能量、撞击、上升时间、持续时间和计数等参量特征相关。     

Geometric analysis of investment casting turbine blades based on digital measurement data简

A turbine blade is one of the key components of the aero-engine.Its geometric shape should be inspected carefully in the production stage to ensure that it meets the tolerance specification.In the present paper,an approach for investment turbine blade geometric shape analysis based on multi-source digital measurement is presented.Its key technologies,such as measurement data collection,blade model reliable alignment,geometric shape deviation fast calculation and visualization,were investigated.Actual measurement data from a structure light measurement device and a Coordinate Measuring Machine （CMM） for turbine blades were used to validate the presented method.The experimental results show that the proposed method is accurate,quick and effective to implement.     

风力机叶片涂层冲蚀磨损实验装置的设计

风力发电机叶片在风沙环境中运行时会受到挟沙风的冲蚀,导致叶片表面涂层损毁并且降低叶片使用寿命,同时也增加叶片的维护成本。为了探究风力机叶片受挟沙风冲蚀磨损情况,研制一种涂层冲蚀磨损实验装置,该实验装置以压缩空气为动力,通过压缩空气气管接通气源。压缩空气在冲蚀管中建立工作压力,在冲蚀管内完成沙料和压缩空气充分混合,形成高速运动的挟沙风;再利用PLC控制步进电动机转速,通过螺旋推进器进行输沙率控制,由冲蚀管喷嘴喷出,喷射到风力机叶片模型表面对其进行冲蚀磨损实验。该冲蚀装置可实现多种冲击风速、携沙量、冲击角度的多工况磨损实验,能够提供较为精确的实验数据。     

Processing and microstructure of investment casting turbine blade NITAC in-situ composites

Directional solidification was used to produce turbine blades by the Bridgman method. NITAC alloys with various carbon contents were investigated; the optimum range was found to be 0.40 to 0.48%. Within this range, except for the blade locking piece edges, the blade structure consisted predominantly of aligned eutectics. The in- situ eutectics were aligned tantalum fibers embedded in a γ- phase matrix. The blades were produced using an alloy displacement rate of 1.86 x 10 ^{- 6} m/s. Measurements of fiber spacings along the blade height indicated that the rate of displacement of the solidification front exhibited some variations. These variations were closely associated with dimensional changes in the turbine blade cross sections.     

重型燃气轮机叶片熔模铸造凝固过程数值模拟

建立了重型燃气轮机叶片真空熔模铸造凝固过程的数理模型,对不同工艺下凝固过程的温度场、糊状区演变及缩孔、缩松形成过程进行了仿真,研究了缺陷形成规律.结果显示,原有工艺下,两种浇注系统均在榫头部位出现缩孔或缩松,与实验结果吻合.采用定向凝固工艺可以避免重燃气轮机叶片产生铸造缺陷.     

某燃气轮机涡轮叶片长期服役后的微观组织与性能

研究了服役45 000 h后的燃气轮机叶片不同部位微观组织与持久性能的退化行为。试验结果表明:长时服役后,叶片榫齿部位的微观组织未发生明显的退化损伤,叶片叶尖部位的微观组织则发生明显的退化,其中MC型碳化物发生退化分解,立方状γ′相退化成粗大的球状γ′相。长时服役后,叶片的硬度没有发生明显的变化,而蠕变持久性能明显降低,该燃气轮机叶片在850 ℃下10⁵ h的外推持久强度降低至66.72 MPa。     

涡轮叶片切削参数研究与仿真

为解决涡轮叶片可选加工参数较多、加工质量与效率难以保证的难题,提出一种涡轮叶片的五轴加工工艺。利用解析分析的方法建立切削力理论模型,对比验证切削力经验公式的模型精度。结合工件受力变形有限元模型,选取优化后的切削参数,并利用可视化软件实现对叶片无偏摆点铣与侧铣程序的编制与仿真。可视化仿真结果表明：该加工工艺及参数下,可获得加工精度较高的叶片表面;点铣法加工精度较高,通用性强,与侧铣法相比效率较低。铣削试验结果表明：仿真表面结果与试验表面在变化规律上吻合良好,证明了所提工艺与参数的有效性,提升了涡轮叶片的制造精度与效率。     

涡轮叶片精铸模具辅助机构参数化研究

涡轮叶片精铸模具是航空发动机涡轮叶片类零件精密铸造过程中的关键工装,其设计过程繁琐,使得采用现有通用软件系统进行模具设计时,只能依靠设计经验丰富的人员手工操作实现,自动化程度不高,严重制约了其设计周期。通过分析涡轮叶片的结构特征以及现有涡轮叶片精铸模具的结构特点,提取精铸模具的设计方案及模具辅助机构生成的设计知识,采用构建精铸模具模板库的方法,基于UG平台对涡轮叶片精铸模具辅助机构进行参数化设计,提高了设计效率,缩短了生产周期。