小空心叶片涡流测厚传感器的仿真分析与研制

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1、硕士学位论文小空心叶片涡流测厚传感器的仿真分析与研制SIMULATIONANALYSISANDDESIGNOFSMALLHOLLOWBLADEEDDYCURRENTTHICKNESSSENSOR何全先哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：O441.3，TH711学校代码：10213国际图书分类号：537.8，681.2密级：公开工程硕士学位论文小空心叶片涡流测厚传感器的仿真分析与研制硕士研究生：何全先导师：梁廷伟高级工程师申请学位：工程硕士学科：航天工程所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O441.3，TH711

2、U.D.C:537.8，681.2SimulationanalysisanddesignofsmallhollowbladeeddycurrentthicknesssensorSIMULATIONANALYSISANDDESIGNOFSMALLHOLLOWBLADEEDDYCURRENTTHICKNESSSENSORCandidate：HeQuanxianSupervisor：SeniorEngineer.LiangTingweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AstronauticalEngineerin

3、gAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要发动机叶片制造过程中的误差和各种结构形式会直接影响到叶片的疲劳特性和结构强度，使得发动机的整体性能减弱，使用寿命缩短。为了保证发动机能够安全运行，要求发动机空心叶片外表面到内表面的法线方向厚度误差必须在允许的范围之内，进而确保空心叶片的强度指标和结构参数。目前对于新型航空发动机小空心叶片壁厚的测量范围要求为0.1mm-3mm，并

4、且测量的不确定度小于0.05mm。本课题选择了一种NDT检测法——涡流检测，设计出一种精密的小空心叶片涡流测厚传感器，在精度、稳定性以及测量范围上均能满足测量要求。本文首先介绍了涡流测厚的基本原理以及电磁场的基本理论，从电磁场基本理论出发，应用涡流阻抗分析法，总结出涡流强度与检测距离(测量厚度)和激励频率的关系，涡流传感器受到温度的影响，以及涡流的径向和纵向分布情况。然后利用有限元软件ANSYS对涡流测厚时的电磁场进行仿真分析，建立出轴对称的二维模型，考虑到周边空气，应用了远场单元，得出如下结论：测量的小空心叶片厚度发生改变时，测量线圈阻抗的虚部发生变化最为明显，这为信号的提取提供依

5、据；施加的激励频率越大，金属基底产生的涡流集肤效应越明显，频率的增加使得线圈阻抗的虚部增加，而实部几乎不变，因此对于不同探测范围，应当选择不同的激励频率；基底上产生的涡流和线圈平均半径大致相同；不同的基底材料使得磁力线的分布截然不同，通过对比4种基底材料，铜能引起的线圈阻抗虚部的变化幅度最小，而硅钢的效果最好，引起阻抗虚部的变化幅度最大，能够拥有较好的灵敏度和稳定性。通过有限元仿真只能定性的分析各个参数的影响，并不能得到准确的数值，因此最后通过正交实验得到了各参数的最优水平和最佳组合，并经过实际测量验证，成功研制出能够满足测量精度和测量范围的涡流测厚传感器。关键词：涡流测厚；电磁仿真

6、；正交实验；空心叶片；ANSYSI哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractErrorintheprocedureofenginebladeproductionandvariousstructurewilldirectlyaffectthestructuralstrengthandfatiguepropertiesoftheblade,makestheoverallpropertyoftheenginedebilitate,shortenit’sservicelife.Tomakesurethattheengineissecurity,it’srequiredthatthenor

7、maldirectionthicknesserroroftheoutersurfacetotheinnersurfaceofthehollowblademustbeinthepermittedrange,toensuretheintensityindexandstructureparametersofthehollowblade.Fornow,thesmallhollowbladethicknessmeasurementrangeofnewaircraft