Dieses Experiment verwendet ein Ultra-Hochgeschwindigkeits-Bildgebung system zusammen mit der Stereo-Digital-Image-Korrelation (DIC), um die dynamische Verformung von Motor blättern bei 40.000 U/min direkt zu messen. Durch quantitative Analyse von Schlüssel metriken-einschl ießlich der resultierenden Verschiebung, Änderung des Zwischen punkt abstands, Schwingungs amplitude außerhalb der Ebene, und Lagrange-Dehnung-Der Test überprüft die strukturelle Integrität der Klinge und das aero dynamische Verhalten unter Hoch geschwindigkeit bedingungen. Die gemessenen Daten unterstützen auch die Optimierung der Motor leistung und liefern experimentelle Belege für die Validierung von Simulations modellen.
Hoch geschwindigkeit motoren sind in Thermo management modulen und Präzisions antriebs systemen weit verbreitet. Bei Hoch geschwindigkeit rotation werden die Schaufeln-als Kern komponenten-durch Zentrifugal lasten und aero dynamische Belastungen angeregt, was zu elastischen radialen Dehnungen, Biege vibrationen und Dehnung schwankungen führt. Diese Reaktionen können zu strukturellem Versagen führen und die aero dynamische Leistung und Effizienz beeinträchtigen.
Derzeit wird das Verformung verhalten der Schaufel unter Hoch geschwindigkeit rotation häufig haupt sächlich durch Simulations modelle vorhergesagt. Die experimentellen Validierung daten sind jedoch unzureichend, was es schwierig macht, die reale Leistung unter komplexen Betriebs bedingungen genau darzustellen. In der Zwischenzeit haben herkömmliche Hoch geschwindigkeit kameras in der Regel Schwierigkeiten, sowohl eine hohe zeitliche Auflösung als auch eine hohe räumliche Genauigkeit für quantitative Messungen zu erreichen.
Um diese Lücke zu schließen, stellte ein inländischer Motor hersteller das von Agile Device entwickelte Revealer-Stereo-Hochgeschwindigkeits-DIC-System vor. Kombination von Revealer NEO25 Hochgeschwindigkeits-Kamera einheiten mit DIC, um berührungs lose 3D-Vollfeldmessungen der Blatt verschiebung, Längen änderung und Vibrationen außerhalb der Ebene durch zuführen. und Dehnung reaktion unter Hoch geschwindigkeit rotation. Ziel ist es, die Zuverlässigkeit von Simulations modellen unter Verwendung von Messdaten zu validieren.
2.1 Test-Exemplar
Das Exemplar ist ein kleines Hoch geschwindigkeit motor blatt mit einem Außen durchmesser von ca. 4 cm. Der Motor wird mit 40.000 U/min angetrieben.
2.2 Experimentelle Ausrüstung
Das Experiment verwendet das DIC-System (Revealer Stereo-Hochgeschwindigkeits-Digital Image Correlation), das von Agile Device vollständig intern entwickelt wurde. Schlüssel konfiguration:
Hoch geschwindigkeit kameras: Revealer NEO25 × 2 (Stereo-Setup)
Akquisition seins tel lungen: 41.000 fps unter ROI-Modus
Aufnahme dauer: ca. 0,025 s
Objektiv: 100mm Objektiv mit fester Brennweite
Beleuchtung: Unendliche Lichtquelle mit hoher Intensität
Polarisatoren: Polarisation filter, die vor den Linsen montiert sind, um starke Spiegel reflexion zu unterdrücken
2.3 Experimentelle Methode
Ein Stereo kalibrierung verfahren wird zuerst durchgeführt, um das 3D-Meßkoordinaten system zu etablieren. Die Stereo-Hoch geschwindigkeit kameras erfassen dann die Speckle-Bilder der rotierenden Klinge für etwa 0,025 Sekunden. Unter Verwendung des DIC-Algorithmus werden die 3D-Verschiebung und die Lagrange-Dehnung über die Zeit für ausgewählte Verfolgungs punkte (Teilmenge punkte) und einen ausgewählten Polygon-ROI (Teilmenge bereich) erhalten.
In Anbetracht der dominanten Rotation mit starrem Körper bei Hoch geschwindigkeit drehbewegungen werden relative Größen-wie die Änderung des Punkt-zu-Punkt-Abstands-verwendet, um die Änderung der Klingen länge zu charakterisieren. Verringerung des Einflusses der globalen starren Bewegung auf die Verformung messungen.
3.1 Die daraus resultierende Verschiebung eines ausgewählten Tracking-Punktes
Ein Verfolgungs punkt auf der Klinge wird ausgewählt und die resultierende 3D-Verschiebung während der Rotation wird überwacht. Die Hochgeschwindigkeits-DIC-Ergebnisse zeigen eine deutliche periodische Variation mit einer Amplitude von ca. 32mm. Diese Verschiebung wird haupt sächlich durch die Rotation des starren Körpers um die Wellen achse beigetragen und wird haupt sächlich verwendet, um die Vollständigkeit und Stabilität des DIC-Systems bei der Erfassung von Bewegungs bahnen unter Hoch geschwindigkeit rotation zu überprüfen.
3.2 Längen änderung zwischen zwei ausgewählten Punkten
Zwei Tracking-Punkte werden auf derselben Klinge ausgewählt. Der zeitliche Verlauf ihrer Punkt-zu-Punkt-Entfernungs änderung wird berechnet, um die radiale Zug verformung zu charakterisieren, die durch Zentrifugal belastung angetrieben wird. Bei Miniatur-Hoch geschwindigkeit motoren ist der Sicherheits abstand zwischen Klinge und Gehäuse ein kritischer Konstruktion parameter, um ein Reiben oder sogar ein Versagen während des Betriebs zu verhindern. Daher ist die Messung der Zentrifugal dehnung der Klinge unter Hoch geschwindigkeit bedingungen ein zentrales Ziel dieses Tests.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Schwankung amplitude der Zwischen punkt distanz differenz innerhalb von 20 bis 30 μm liegt, was mit Simulations vorhersagen überein stimmt. Dies zeigt an, dass bei einem stationären Betrieb von 40.000 U/min die Zentrifugal dehnung der Klinge innerhalb des elastischen Regimes bleibt und die Struktur einen ausreichenden Längen rand beibehält. Aus gestalteri scher Sicht bietet diese gemessene Dehnung eine direkte experimentelle Anleitung zur Bestimmung des radialen Abstands von Klinge zu Gehäuse, um das Reib risiko zu verringern und die allgemeine Zuverlässigkeit und Lebensdauer zu verbessern.
3.3 Außer planmäßige Schwingungs amplitude an einem ausgewählten Punkt
Die Verschiebung außerhalb der Ebene (senkrecht zur Rotations ebene) eines ausgewählten Verfolgungs punkts wird analysiert. DIC-Messungen zeigen, dass die Schwingungs amplitude im Allgemeinen innerhalb von 2mm gesteuert wird, was auf keine signifikante Resonanz außerhalb der Ebene oder instabile Vibrationen unter der aktuellen Geschwindigkeit und den Betriebs bedingungen hinweist. Die Gesamt rotor dynamik bleibt stabil.
3.4 Lagrange-Belastung in einer ausgewählten Region
Ein Bereich auf der Blatt oberfläche wird ausgewählt, und die Zeitreihen-Lagrange-Dehnung wird unter Verwendung der Revealer DIC-Software berechnet. Die Ergebnisse zeigen, dass die durchschnitt liche Lagrange-Dehnung innerhalb von ungefähr 10 με (Mikro dehnung) schwankt, was darauf hindeutet, dass das Blatt material in einem elastischen Zustand mit geringer Dehnung mit ausreichender struktureller Sicherheits marge bleibt. Aus Sicht der Dehnung unterstützen die Messungen auch die Angemessen heit der Material parameter und Last einstellungen des Simulations modells.
4.1
Dieses Experiment erreichte eine berührungs lose dynamische Verdrängungs-und Dehnung messung eines kleinen Motor blatts mit einer Hoch geschwindigkeit drehung von 40.000 U/min. Überprüfung der Anwendbar keit von Stereo-Hochgeschwindigkeits-DIC unter extremen Betriebs bedingungen. Im Vergleich zur alleinigen Simulation liefert Hochgeschwindigkeits-DIC direkte quantitative experimentelle Belege für die Bewertung der Motor leistung, was dazu beiträgt, die Konstruktion überprüfung zyklen zu verkürzen und Sicherheits risiken zu verringern.
4.2
Die gemessenen Ergebnisse zeigen, dass die axiale/radiale Längen änderungs größe der Klinge 20 bis 30 μm beträgt, was mit den Simulations ergebnissen überein stimmt. Anzeige der Zentrifugal verformung im stetigen Hoch geschwindigkeit betrieb ist steuerbar und beeint rächt igt nicht die aero dynamische Leistung oder strukturelle Sicherheit. Vibrationen außerhalb der Ebene und Lagrange-Dehnungen zeigen keine Instabilität, was eine reibungslose dynamische Reaktion während des Starts und des stetigen Betriebs bestätigt und eine hohe Zuverlässigkeit der Design lösung zeigt.
4.3
Für die Auswahl der Geräte kann die Revealer NEO25 Hoch geschwindigkeit kamera in Kombination mit einem Speckle-Muster und einem Stereo-DIC-Workflow eine Genauigkeit auf Mikrometer ebene für die dynamische Verformung messung von rotierenden Hoch geschwindigkeit strukturen erreichen. Es eignet sich gut für die technische Validierung von kleinen Hoch geschwindigkeit motoren, Mikro rotoren und ähnlichen rotierenden Komponenten.
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