刀片振动实验.docVIP

《叶片振动实验》 实验指导书 发动机结构强度实验室 2006年3月 叶片振动实验 1 实验目的 1 了解叶片振动实验的原理、方法及设备。 2 测定等截面叶片（平板）的低阶弯曲及扭转振动的固有频率和相应振型，并对实验值和理论值进行分析、比较。 2 实验内容 1 利用共振法测定叶片的固有频率。 2 了解叶片共振状态及振型的判断方法。 3 实验原理 利用共振法测定叶片的固有频率，也就是使叶片受到频率可调、有一定能量的激振力作用，当激振力频率等于或整分倍于叶片的固有频率()时，将产生共振，此时根据从仪表上读取的激振力频率就可以确定该振型下的叶片固有频率。 4 实验设备 振动台、电涡流激振器、电磁激振器、电磁振动台、压电晶体片、信号发生器、直流稳压电源、功率放大器、传声放大器、电荷放大器、带通滤波器、示波器、音频振荡器、频率计、加速度传感器。 试验件：等截面平板，材料为20号钢，弹性模量E=210GPA，泊松比μ=0.3，质量密度ρ=7800kg/m,试件尺寸如图1所示。 图1 等截面平板 5 实验步骤 被测叶片通过夹具固定在基础台上，采用电涡流激振器对其激振，通过调节信号发生器的频率由低到高进行扫频，当叶片处于共振状态时，信号发生器上的读数即为叶片的共振频率。叶片的共振状态及振型可以利用下面三种方法进行观察和判断： 1）砂型法 将细砂撒在叶片上面，共振时，细砂聚集在节线处，形成清晰的振型； 2）小球法 用质量很轻的小球感受叶片的振动，振幅最大时即为共振状态，也可以用来大致判断叶片的振型。 3）示波器法 利用电测传感器（压电晶体片）感受振动信号，并将其转换为电压信号，经放大后接入电子示波器，通过李沙育图可以判断共振状态及振型。 图2 电涡流激振叶片的测试系统 6 实验准备及预习要求 1、预习叶片振动实验的原理、方法及设备。 2、 复习叶片低阶弯曲及扭转振动的振型和振动应力的分布规律。 7 思考题 1、 什么是叶片的共振？什么是叶片的谐共振？如何测定？ 2、 理论计算得到的叶片固有频率与用共振法测得的固有频率有何异同？ 8 实验报告内容及格式 1、 实验目的 2、 实验内容 3、 实验原理（测试实验系统图） 4、 实验设备 5、 实验步骤 6、 实验结果与分析 1) 利用实验指导书中给出的等截面叶片固有频率计算公式，计算三阶弯曲和两阶扭转固有频率；绘制等截面叶片的振型（砂型）并记录固有频率的实验值（如表1）。 2) 分别记录等截面叶片和变截面叶片各测量点在一弯和二弯振型下的相对应变，并绘制相对应力分布曲线（如表2）。 3) 对理论值和实验结果进行误差分析，并写出对叶片振动实验的体会。行分析，并写出对叶片振动实验的体会。 7、 思考题 附录 等截面叶片(平板)固有频率计算公式 弯曲振动频率 (Hz) 式中，为横截面积；为截面惯性矩。各阶弯曲振动固有频率之比为 。 扭转振动频率 (Hz) 式中，为剪切弹性模量； 为截面抗扭几何刚度； 为截面极惯性矩。 各阶扭转振动固有频率之比为。 表1 等截面叶片振型、固有频率实验值和计算值对比 频率 阶次 振 型 固有频率实验值(Hz) 固有频率计算值(Hz) 误差(%) (计算值与涡流激振的值相比) 电涡流激振 激振器激振 晶体片激振 一弯fb1 二弯fb2 三弯fb3 一扭ft1 二扭ft2 表2 等截面叶片(平板)振动应力的实验值与计算值对比 测 点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 一 弯 fb1 涡流激振 相对值 相位 激振器激振 相对值 相位 二 弯 fb2 涡流激振 相对值 相位 激振器激振 相对值 相位