[发明专利]一种双轴高低循环复合疲劳试验装置有效

专利信息
申请号: 201310003921.9 申请日: 2013-01-06
公开(公告)号: CN103076246A 公开(公告)日: 2013-05-01
发明(设计)人: 石多奇;骆银银;杨晓光 申请(专利权)人: 北京航空航天大学
主分类号: G01N3/32 分类号: G01N3/32;G01N3/10;G01M13/00
代理公司: 北京慧泉知识产权代理有限公司 11232 代理人: 王顺荣;唐爱华
地址: 100191*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 高低 循环 复合 疲劳 试验装置
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种双轴高低循环复合疲劳试验装置,属于材料与结构疲劳性能试验领域。

背景技术

现代燃气涡轮发动机的设计需要在高性能、高可靠性、良好经济性之间上取得综合平衡。燃气涡轮发动机的转子叶片,诸如风扇、压气机和涡轮叶片在工作时由于旋转都承受着较大的低频离心力载荷,同时还受到气流强迫振动的高频载荷,使得在发动机转子叶片中普遍存在高低循环复合疲劳破坏模式。这就意味着要想设计出性能良好、可靠的发动机必需提高部件的抗疲劳性能。

提高部件的抗疲劳性能主要从材料性能和部件结构疲劳性能的提升来实现。而其中对于材料疲劳性能的研究就需要各种疲劳试验数据。

在燃气涡轮发动机工作的过程中,由于转子的高速旋转使得风扇、压气机和涡轮叶片都承受较高的离心力。同时在每一级的压气机和涡轮中,都有静子叶片和转子叶片。静子叶片引导气流流过转子叶片,经过每个静子叶片时气流的压力和速度都会发生周期性的变化,体现为对转子叶片的周期性激振力。当满足一定条件时,转子叶片需要承受高频率的强迫振动载荷,造成高循环疲劳;同时,在启动-停车过程中叶片还承受以离心应力为主的低循环疲劳。当转子叶片的疲劳性能不足时将会产生复合疲劳破坏。

本发明是为了能够良好的模拟在转子叶片工作中出现的高低循环复合疲劳载荷引起的破坏,主要针对板状试样进行高低循环复合疲劳试验。

发明内容

1、发明目的

本发明的目的是提供一种双轴高低循环复合疲劳试验装置,解决针对板状试样的双向同时加载的问题。

2、技术方案

本发明为一种双轴高低循环复合疲劳试验装置,见图1,该装置包括液压疲劳试验机及上、下夹头、电磁激振器(18)、试样(7)以及夹具和定位连接装置。它们之间的位置连接关系是:电磁激振器(18)通过定位连接装置中的柱形连接头(16)、连接杆(15)、U型连接头(14)和夹具中的中间夹块2(11)连接;中间夹块2(11)、中间夹块1(10)通过连接件夹住试样(7)中部的方形质量块凸台,试样(7)两端通过连接件与夹具中的夹板(3)连接;夹板(3)与夹具中连接头(2)通过螺栓相连;连接头(2)的竖直端置于液压疲劳试验机上、下夹头沟槽中与液压疲劳试验机接触,依靠该试验机液压力夹紧。

所述液压疲劳试验机是岛津EHF-EM100K型液压疲劳试验机,可以提供动态100KN,静态150KN的力。其上、下夹头为该机附件。

所述电磁激振器是JZQ-80型激振器,可以提供频率为1-1.5KHz,最大800N的激振力,它通过连接件固接在大质量工作台上。同时该电磁激振器配备相应的功率放大器和信号源。

所述试样,见图5,是采用对称设计,中间带有方形质量块凸台,两头呈方形并带通孔的条状件;其作用为:(a)可以通过设计质量块凸台的几何尺寸来调整其质量,进而改变试样的固有频率和模态,以更好地模拟真实叶片的固有频率和模态;(b)质量块凸台与平板光滑段之间的过渡区域可以使高循环疲劳载荷造成的弯曲应力有效集中在考核部位;(c)质量块凸台正中的侧平面提供了水平激振的加载面,避免因直接加载在试样其它部位产生的表面损伤。试样采用对称设计,使得在中间凸台的侧平面加载高循环激励载荷时,在试样上下两部分造成的应力相同,同时也可以保证在试样两端固支的情况下,依然可以施加水平方向的高循环疲劳载荷。试样两端经过加厚设计,并带有销钉孔,可以通过销钉连接实现可靠定位并传递低循环疲劳载荷,同时避免低循环疲劳载荷产生附加弯矩。

所述夹具包括夹板(3)、连接头(2)、中间夹块1(10)和中间夹块2(11);前二者通过螺栓连接;后二者通过螺栓夹紧试样(7)中部的方形质量块凸台;该夹板(3)是采用分半设计,外形呈L型结构件,其立面及平面都设置有连接孔;夹板(3)与试样之间平面接触,在连接螺栓作用下产生一定的压力,可以有效提高接触刚性。夹板(3)以及试样上的销孔与销钉(6)之间采用过渡配合,既便于装卸又不至于产生过大的间隙影响加载精度,同时过渡配合可以使得销钉(6)成为承力部件,有效避免了螺栓由于受剪力而产生破坏。该连接头(2)外形呈T型结构件,其水平面设有连接孔;其竖直端置于液压疲劳试验机上、下夹头沟槽中与液压疲劳试验机接触。分散的螺栓位置设计可以有效地提高刚度,同时可以通过连接相对位置的微调使试样对中。该中间夹块1(10)是中部开有沟槽、两端设有连接孔的矩形件;该中间夹块2(11)的外形呈T型结构件,其水平面的外形及尺寸与中间夹块1(10)相对应,其竖直端设有连接孔,通过小销钉(13)与U型连接头(14)连接。

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