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利用高速攝像機NEO 25與數字圖像相關DIC技術測量航空發動機葉片應變

1實驗背景

航空發動機葉片在高速旋轉工況中承受極大的氣動載荷與離心力,其應變分布與動態響應直接關系到發動機的性能與安全。通過有限元等仿真手段可得到葉片仿真數據,但缺乏真實運行狀態下的全場動態響應數據支撐,制約葉片設計與驗證。某新型葉片研發團隊,通過引入中科君達視界的高速攝像技術與數字圖像相關DIC技術,開展非接觸式應變測量,獲取葉片在實際工況下的應變分布和振動特性。

2實驗目的

2.1 利用DIC技術獲取葉片在不同轉速下的全場應變分布,驗證仿真模型準確性。

2.2 分析葉根至葉尖的應變梯度,評估結構受力合理性。

2.3 評估真空環境、高速旋轉工況下DIC測量方案的適用性。

3實驗簡介

實驗選用中科君達視界的高速數字圖像相關DIC儀器,含2臺千眼狼NEO 25高速攝像機,具有1280×1024分辨率下25,000幀/秒采集幀率,架設于真空艙正下方,葉片位于艙內,兩臺高速攝像機形成合適夾角,搭配100mm長焦鏡頭與偏振片,捕捉葉片局部動態圖像,并消除反光現象;葉片表面用啞光筆制作2mm散斑,提供DIC軟件分析計算所需的隨機紋理特征。高速攝像機捕捉全程啟用鎖相裝置,確保拍攝區域穩定,不受葉片旋轉影響。

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4實驗數據解析

4.1 基于FEA仿真模型預測的應變特征如下:

  • 空間分布:葉根處因約束強烈,應變最大,沿展向向葉尖遞減,形成平滑過渡。

  • 載荷響應:應變隨轉速平方增長,整體呈階梯狀上升趨勢。

  • 量級范圍:峰值軸向應變1000με左右,符合材料彈性極限要求。

4.2 基于DIC儀器實測數據分析結果如下:

  • 單幀應變云圖顯示,葉根至葉尖的應變場整體呈現梯度過渡特征,葉根處應變大,到葉尖處逐漸變小,整體趨勢符合仿真預期。

  • 各轉速穩態段,全場平均徑向應變均值隨轉速遞增,增長呈階梯狀上升趨勢,與仿真預期基本吻合,表明DIC儀器成功捕捉到由離心載荷引起的宏觀變形響應。

  • 峰值應變水平位于800-1100με區間,與仿真預期量級一致,驗證了DIC測量定量準確性。

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5實驗結論

技術層面,千眼狼高速攝像技術結合數字圖像相關DIC技術具備在真空、高轉速環境下穩定獲取葉片動態變形數據的能力,應變均值響應與仿真趨勢一致,測量的主應變量級與理論預測相符,表明DIC技術適用于高速旋轉葉片的動態特性分析。后續實驗將通過在高曲率局部區域使用更細密的散斑,進一步提高應變梯度解析能力,更好地實現“仿真-實測”閉環驗證。



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