三維光彈性測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開(kāi)涉及試驗(yàn)力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三維光彈性測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國(guó)航空動(dòng)力工程的發(fā)展中，三維光彈性測(cè)試方法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、改進(jìn)、生產(chǎn)、使 用等各個(gè)環(huán)節(jié)都得到應(yīng)用，它對(duì)設(shè)計(jì)水平的提高、產(chǎn)品質(zhì)量的控制、使用安全性的提高起了 積極的作用，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，已經(jīng)成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)等部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分 析的重要手段。但航空動(dòng)力工程中還存在一系列復(fù)雜的力學(xué)問(wèn)題尚待解決，僅僅依靠成熟 的、單一的手段難以解決面臨的復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題，必須發(fā)展新方法、新技術(shù)并綜合運(yùn)用各種 試驗(yàn)和理論分析、數(shù)值計(jì)算等方法，才能達(dá)到目的。它必須不斷提高精度、簡(jiǎn)化方法、縮短周 期，綜合考慮所要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)及所需獲得的數(shù)據(jù)、費(fèi)用和時(shí)間。
[0003] 現(xiàn)有三維光彈性測(cè)試方法主要包括選用制造環(huán)氧樹(shù)脂模型的原材料、通過(guò)澆注方 式或機(jī)械加工方式制造模型、模型的凍結(jié)加載、模型的切片、模型在任意載荷下應(yīng)力的確定 等步驟。其中，光彈性模型的澆注工藝常用二次固化法。模型制作完畢后，需進(jìn)行退火，減 少模型中存在的初始應(yīng)力。模型加載裝置分為通用及專(zhuān)用兩種，加載裝置應(yīng)保證加于模型 上的載荷與實(shí)物載荷嚴(yán)格一致。模型在任意載荷作用下應(yīng)力的確定包括基本數(shù)據(jù)的測(cè)取和 基本方程的建立以及補(bǔ)充方程式的建立。
[0004] 多年以來(lái)，傳統(tǒng)的三維光彈性測(cè)試方法在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用深度與廣度均不如英、美等 發(fā)達(dá)國(guó)家，主要原因如下：
[0005] 1)三維光彈性測(cè)試方法技術(shù)環(huán)節(jié)多，工程性很強(qiáng)，掌握這門(mén)技術(shù)需要的時(shí)間比較 長(zhǎng)。
[0006] 2)進(jìn)行三維光彈性?xún)鼋Y(jié)試驗(yàn)時(shí)，常需要設(shè)計(jì)加工專(zhuān)用加載裝置；
[0007] 3)三維光彈性測(cè)試成本高，試驗(yàn)周期長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本公開(kāi)的目的在于提供一種技術(shù)流程簡(jiǎn)化、試驗(yàn)周期短的三維光彈性測(cè)試方法， 從而至少在一定程度上克服由于相關(guān)技術(shù)的限制和缺陷而導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。
[0009] 本公開(kāi)的其它特性和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)下面的詳細(xì)描述變得顯然，或部分地通過(guò)本公開(kāi) 的實(shí)踐而習(xí)得。
[0010] 根據(jù)本公開(kāi)的第一方面，一種三維光彈性測(cè)試方法，包括：
[0011] SI.制備待進(jìn)行應(yīng)力分析的構(gòu)件的局部部分的光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ停?br>[0012] S2.依據(jù)測(cè)試內(nèi)容，選取對(duì)應(yīng)的測(cè)試模塊構(gòu)成光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷募虞d裝置，并對(duì)所 述光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行凍結(jié)加載；
[0013] S3.對(duì)所述局部部分進(jìn)行數(shù)字化分析，以及對(duì)所述局部部分的光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷?切片平面進(jìn)行應(yīng)力分析，并對(duì)兩種分析結(jié)果進(jìn)行比較。
[0014] 本公開(kāi)的一種示例性實(shí)施例中，所述步驟Sl包括：
[0015] SlL基于光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼婵諠沧⒐に嚪椒ǔ尚退龃M(jìn)行應(yīng)力分析的構(gòu)件 的光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ兔鳎?br>[0016] S12.自所述光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ兔髦羞x取所述局部部分進(jìn)行機(jī)械加工，得到所述局 部部分的光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br>[0017] 本公開(kāi)的一種示例性實(shí)施例中，所述局部部分之外的部分采用等效體進(jìn)行代替。
[0018] 本公開(kāi)的一種示例性實(shí)施例中，所述步驟Sl包括：
[0019] SlL獲取待進(jìn)行應(yīng)力分析的構(gòu)件的所述局部部分的陰模；
[0020] S12.基于光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼婵諠沧⒐に嚪椒▽?duì)所述陰模進(jìn)行真空澆注得到所 述局部部分的光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br>[0021 ] 本公開(kāi)的一種示例性實(shí)施例中，所述步驟S2包括：
[0022] S21.提供施加拉力載荷的測(cè)試模塊、施加壓力載荷的測(cè)試模塊、施加彎曲載荷的 測(cè)試模塊、施加扭轉(zhuǎn)載荷的測(cè)試模塊、施加離心載荷的測(cè)試模塊中的一種或多種；
[0023] S22.依據(jù)測(cè)試內(nèi)容，選取對(duì)應(yīng)的測(cè)試模塊構(gòu)成光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷募虞d裝置，并對(duì) 所述光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行凍結(jié)加載。
[0024] 本公開(kāi)的一種示例性實(shí)施例中，所述步驟S2中，施加離心載荷測(cè)試時(shí)，光彈性試 驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢鼋Y(jié)過(guò)程中同時(shí)采用輔助模型進(jìn)行凍結(jié)加載。
[0025] 本公開(kāi)的一種示例性實(shí)施例中，所述數(shù)字化分析為有限元分析。
[0026] 本公開(kāi)的一種示例性實(shí)施例中，所述步驟S3包括：
[0027] S31.對(duì)所述待進(jìn)行應(yīng)力分析的構(gòu)件的局部部分進(jìn)行有限元分析；
[0028] S32.從所述有限元分析的應(yīng)力值最大的方向切片，切片平面為最大應(yīng)力面；
[0029] S33.對(duì)所述局部部分的光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖畲髴?yīng)力面進(jìn)行應(yīng)力分析，對(duì)所述有限 元分析和應(yīng)力分析的結(jié)果進(jìn)行比較，并比較兩種分析結(jié)果。
[0030] 本公開(kāi)的一種示例性實(shí)施例中，其中，進(jìn)行離心載荷測(cè)試時(shí)，采用應(yīng)力條紋級(jí)數(shù)值 的處理方法對(duì)所述應(yīng)力分析結(jié)果進(jìn)行處理。
[0031] 本公開(kāi)的一種示例性實(shí)施例中，所述比較兩種分析結(jié)果包括：比較所述有限元分 析和應(yīng)力分析的結(jié)果的分布趨勢(shì)及比較所述有限元分析和應(yīng)力分析的結(jié)果中的最大應(yīng)力 值。
[0032] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本公開(kāi)示例性實(shí)施例中的三維光彈性測(cè)試方法具有以下有益技 術(shù)效果：
[0033] 光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹苽鋵?shí)現(xiàn)"局部化"，降低了光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭苽涞某杀?。光?性試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膬鼋Y(jié)加載實(shí)現(xiàn)"模塊化"，減少了設(shè)計(jì)加工光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ图虞d裝置的時(shí)間與 成本；以及，對(duì)有限元分析和應(yīng)力分析的結(jié)果進(jìn)行比較，簡(jiǎn)化了現(xiàn)有技術(shù)流程，減少了應(yīng)力 分離和補(bǔ)充方程式的建立等環(huán)節(jié)，試驗(yàn)周期顯著縮短，進(jìn)而使得試驗(yàn)成本降低，周期縮短， 十分有利于本方法在航空發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，也有利于向其他行業(yè)推廣。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 此處的附圖被并入說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分，示出了符合本發(fā)明的實(shí)施 例，并與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明的原理。顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本公開(kāi) 的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù) 這些附圖獲得其他的附圖。
[0035] 圖1是本公開(kāi)示例性實(shí)施例中一種三維光彈性測(cè)試方法的流程示意圖。
[0036] 圖2是本公開(kāi)示例性實(shí)施例中燃?xì)鉁u輪工作葉片原型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037] 圖3是本公開(kāi)示例性實(shí)施例中燃?xì)鉁u輪工作葉片光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0038] 圖4A及4B是本公開(kāi)示例性實(shí)施例中燃?xì)鉁u輪工作葉片輔助模型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039] 圖5是本公開(kāi)示例性實(shí)施例中燃?xì)鉁u輪工作葉片光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膬鼋Y(jié)加載圖。
[0040] 圖6是本公開(kāi)示例性實(shí)施例中燃?xì)鉁u輪工作葉片榫頭部分的切片平面及測(cè)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例性實(shí)施例。然而，示例性實(shí)施例能夠以多種形 式實(shí)施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實(shí)施方式；相反，提供這些實(shí)施方式使得本公開(kāi)將 全面和完整，并將示例性實(shí)施例的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在圖中，相同的附 圖標(biāo)記表示相同或類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，因而將省略它們的詳細(xì)描述。
[0042] 此外，所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式結(jié)合在一個(gè)或更多實(shí)施 例中。在下面的描述中，提供許多具體細(xì)節(jié)從而給出對(duì)本公開(kāi)的實(shí)施例的充分理解。然而， 本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，可以實(shí)踐本公開(kāi)的技術(shù)方案而沒(méi)有所述特定細(xì)節(jié)中的一個(gè)或更 多，或者可以采用其它的組件、步驟等。在其它情況下，不詳細(xì)示出或描述公知結(jié)構(gòu)以避免 模糊本公開(kāi)的各方面。
[0043] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中三維光彈性測(cè)試的試驗(yàn)方法本身復(fù)雜，技術(shù)難度大，同時(shí)試驗(yàn)成 本高和試驗(yàn)周期長(zhǎng)，影響該技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的問(wèn)題，本示例實(shí)施 方式中提供一種技術(shù)環(huán)節(jié)少、試驗(yàn)成本低、周期短，有利于推廣應(yīng)用的三維光彈性測(cè)試方 法。
[0044] 本示例性實(shí)施例中的三維光彈性測(cè)試方法主要分三個(gè)階段，第一階段是光彈性試 驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹苽?，第二階段是光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膬鼋Y(jié)加載，第三階段是模型應(yīng)力的分析處理。 參考圖1中所示，該三維光彈性測(cè)試方法可以包括：
[0045] 步驟SI.制備待進(jìn)行應(yīng)力分析的構(gòu)件的局部部分的光彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br>[00