对CT压缩机定子叶片模态分析，一个比有限元分析更便捷更省时...

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具有竞争力的公司总是在不断找寻管理风险的方法。无论是进行根本原因分析，部署新设备，评估损坏的部件，还是安装不同的硬件

–  知识就是力量。

本文讨论一种高回报的方法，可以在只使用有限元分析方法（FEA）一小部分的时间来解答许多振动问题。当您用它来掌控振动的风险，降低分析成本或验证FEA结果时，您将可能成为一个真正的游戏规则改变者。

有限元分析需要精确的模型几何知识，有关部件的材料属性，并了解部件是如何被约束的，这可能需要花费数周的时间才能完成。如果所涉及的部件有内部通道或由各向异性材料制成，则需要花费的时间将会更多。

当涉及到振动造成的故障时，频率和振型可能是评估风险和起因所有需要的。振型有时可以显示裂纹位置，传播方向与特定驱动或频率的关系。

加快分析的一种方法就是通过测试来测量频率和振型，以避免复杂的有限元分析方法。

您可能已经知道冲击测试(ping或tap测试)是一种很好的测量频率的方法，但是您知道一系列的冲击测试可以被处理来确定振型吗？更让人信服的是，您不需要振动台，全息设备，甚至实验室来做这些测试。

Stream Lion Design旨在了解如何有效地测试并且可以用来确定压缩机的定子叶片振型和固有频率。该计划是将测试方法与有限元分析结果进行比较，以了解美国晶钻仪器（CI）公司开发的EDM Modal软件是否适合该工作。

除了更快的分析速度，这里是其它一些测试方法的优点：

• 能够对已实际安装的部件进行模态研究
  
• 绕过了解材料属性的需求
  
• 不需要做3D结构扫描
  
• 容易研究空心和/或单晶体的设计
  
  

在这里，我们将对比EDM Modal和有限元分析方法，以帮助您确定这种类型的测试对于您的项目是否有意义。该示例使用燃烧涡轮机前级压缩机定子叶片。

EDM模态方法(频率和振型的测试)

一旦定子叶片安装在工作台上(固定在燕尾上)，则可以使用标尺粗略地测量弦和跨度。另外，我们使用由美国晶钻仪器公司自主研发的无线超小型动态数据采集仪Spider-20E负责实时采集记录振动测试数据。这些测量是必要的，由此可以在EDM Modal软件中近似的表示该部分的几何结构。该软件使用简化的几何模型来建立测量网格，用于确定测量锤击和响应的位置。振型的动画也将使用此输入的几何模型。



在这种案例中，构建具有13X7的测试网格几何模型。使用模式和标记将建模的网格转换到实际的翼型表面。接下来，通过在相同位置进行锤击而按序移动加速度计导不同响应点的测试，来完成一个移动响应点的测试。EDM Modal然后组合所有的测量来确定频率，阻尼系数和振型。

在经过两个小时的测试之后振型就已经可以用来进行审核了。

这里是一些结果。以下的这些图形显示了振型动画在未变形几何结构上叠加的结果。翼型的末端方向是在屏幕顶部的受约束端。



复杂的振型包括弯曲和倾斜两条

第4阶弯曲(4F)

从开始到完成，使用 EDM Modal 整个过程不到一天的时间。这比使用有限元分析方法通常所需的时间更短 - 特别是当您考虑生成所需的3D扫描和建模工作时。

有限元分析方法

一旦EDM Modal方法完成，使用有限元分析相同的部件。使用FARO Edge ScanArm®和激光线性扫描仪扫描叶片。CAD几何模型是使用Geomagic DesignX®构建的，而有限元分析是使用ANSYS®来完成的。

下图显示了前10阶定子叶片固有频率的有限元分析结果。颜色代表正和负模态位移，有助于识别振型。模态8和10是第4阶弯曲和弯曲/条纹模式。正如你所看到的，它们与EDM Modal方法比较的话，结果吻合相当好。



在这种情况下，检查频率一直到2500Hz的频宽。发现EDM Modal和有限元分析得到的频率彼此相差在1%以内。这是一个极好的相关性，特别是因为有限元分析的工作涉及材料和几何结构的近似处理。由此，EDM Modal测试结果为有限元分析提供了一个很好的验证工具。

总结

如果你的项目能够从了解频率和振型中获益，那么，EDM Modal测试方法可能正是您所需要的。受益点包括：

• 非常快速和准确
  
• 不需要详细的3D模型
  
• 不需要材料属性
  
• 可用于验证有限元分析结果
  
  

Paul V. Sickles, PE

Stream Lion Design, LLC

如果您有任何问题或者您打算在您的项目中使用该技术，请随时联系我们。

原文来自：http://streamliondesign.com/wp/186-2/

美国晶钻仪器公司是一家测试仪器、数字信号处理技术的高科技公司，为全球范围内客户提供振动测试、信号分析和数据采集产品，代表产品有CoCo80X、Spider80X、Spider81、Spider20等，以便携式、易用性、安全性、高质量、高精度、高性能为特点。客户包括波音、NASA、欧洲航天局、美国福特、通用、IBM、思科、戴尔等上百家著名公司。

杭州锐达数字技术有限公司是美国晶钻仪器公司驻中国代表处与技术支持与产品维护中心，是机械状态监测、振动噪声测试、动态信号分析、动态数据采集、动态测量等领域的供应商，提供手持一体化动态信号分析系统、多通道网络化动态数据采集系统、分布式振动控制系统和远程振动测试系统等。

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