【摘 要】
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在严苛的工作环境下,航空发动机热端部件失效现象频发。作为研究保障条件,高温应变测试技术与航空发动机密切相关,尤其在研究热端部件力学行为和使用寿命时,高温应变测量是非常重要的有效途径。目前,利用高温应变计对结构应变进行精准测量是迫切需要解决的难点。为提高应变计测量精度,本文建立了高温应变计有限元模型,采用有限元法研究了敏感栅结构参数和涂层工艺参数对测量精度的影响。提出一个新的无量纲结构参数横向效应长
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在严苛的工作环境下,航空发动机热端部件失效现象频发。作为研究保障条件,高温应变测试技术与航空发动机密切相关,尤其在研究热端部件力学行为和使用寿命时,高温应变测量是非常重要的有效途径。目前,利用高温应变计对结构应变进行精准测量是迫切需要解决的难点。为提高应变计测量精度,本文建立了高温应变计有限元模型,采用有限元法研究了敏感栅结构参数和涂层工艺参数对测量精度的影响。提出一个新的无量纲结构参数横向效应长度比,建立了测量误差与横向效应长度比的函数关系,基于函数关系式推导出参数优化公式。基于Design Expert软件,以高测量精度为目标,采用响应面法对栅丝长度、栅丝间距、栅丝弯数进行了优化设计。研究表明:栅丝直径越小,测量误差越小;栅丝长度、间距、弯数、长宽比存在使测量误差最小的中间最优值;测量误差与横向效应长度比呈分段线性函数关系,利用关系式可以快速估算出给定敏感栅结构参数的测量误差,估算结果相对误差不超过10%;利用优化公式设计出的参数组合测量误差不超过0.10%。应变计稳态热输出随过渡层、基底和覆盖层的厚度的增加而减小,随过渡层和基底的线膨胀系数的增加而增大。敏感栅结构参数中,对测量精度的影响大小依次为栅丝长度、栅丝间距、栅丝弯数,使应变计测量精度最高的参数组合为:栅丝直径0.02mm,栅丝长度8.80mm,栅丝间距0.42mm,栅丝弯数5弯。本研究为应变计选用及其参数优化设计提供了有效方法,也为应变计测量误差分析提供了参考。
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