[发明专利]一种测试发动机材料极高温疲劳S-N曲线的试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试发动机材料极高温疲劳S-N曲线的试验系统，属于试验测试技术领域。

背景技术

工程材料与结构在使用过程中，都承受着交变载荷，会发生疲劳破坏，为保障其安全性，需要测试其疲劳性能，经多年技术发展，业已形成完善的疲劳性能测试标准；但是，航空发动机材料常常在极高温环境下服役使用，因此，必须测定其极高温环境下的疲劳S-N曲线，用于评估疲劳寿命。目前，国内外的材料高温疲劳性能测试，主要是针对350°～650℃高温的蠕变性能和低周疲劳性能的测试，而对于在1000℃以上的极高温环境，尚缺乏有效的测试中、长寿命疲劳性能的试验系统。为此，本发明将常规疲劳试验机、试样夹具、冷却机、高温炉和试样集成为极高温环境下的疲劳S-N曲线测试系统，用于测试发动机材料极高温环境下中、长寿命疲劳S-N曲线，测试结果对于结构疲劳寿命评定具有重要的工程应用价值。

发明内容

1、目的：本发明的目的在于提供一种测试发动机材料极高温S-N曲线的疲劳试验系统，以用于测试发动机材料在极高温环境下的疲劳S-N曲线。

2、技术方案：本发明一种测试发动机材料极高温疲劳S-N曲线的试验系统，由疲劳试验机、上、下试样夹具、冷却机、高温炉和试样组成。它们之间的位置连接关系如下：试样夹具安装在疲劳试验机上，冷却机通过进、出水管与上、下试样夹具相连，试样安装在上、下试样夹具中；高温炉将试样包在里面。其中，疲劳试验机、上、下试样夹具、冷却机和试样按串联顺序连接在一起：

疲劳试验机→上试样夹具→冷却机→试样→下试样夹具→冷却机→疲劳试验机

所述的疲劳试验机为常规用高频疲劳试验机，用以对试样施加交变疲劳载荷，疲劳试验机的载荷范围需大于试样的试验载荷，可以是常规的MTS、INSTRON等疲劳试验机或者自制疲劳试验机。

所述的试样为各种不同材料和类型的棒材疲劳试样，该试样为哑铃状圆棒，两端有螺纹，试样两端的螺纹能够与试样夹具的螺纹配合在一起，并施加交变疲劳载荷。试样的尺寸和形状可以参照《金属轴向疲劳试验方法》(GB3075-82)中的标准进行设计。

所述的试样夹具是由带外螺纹的圆柱与带内螺纹的柱体组合成一体，用以安装夹持试样，有两个冷却孔，用于安装冷却水管，需根据试样夹持端的形状和尺寸设计和制造，能够将试样牢固夹持并施加交变疲劳载荷。

所述的冷却机通过进、出水管与上下夹具相连，由水泵输送纯净水循环，以对试样夹具制冷。

所述的高温炉为高温电阻丝加热炉，呈对开筒状，可以利用电阻丝的加热功能实现炉心的高温环境，其温度范围要满足试验要求。

所有装置根据试验要求连接和调试完毕后，便可根据具体试验要求完成极高温环境下的疲劳试验。该套系统有效解决了发动机材料极高温环境下的疲劳S-N曲线测试问题。

3、优点及功效：本发明的有益效果是可以完成发动机材料在极高温环境下的疲劳试验测试，而且该系统具有操作方便和测量精度高的特点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是用于极高温疲劳试验的试样示意图。

图2是试样夹具示意图。

图3是冷却机示意图。

图4是对开式高温炉示意图。

图5是疲劳试验机示意图。

图6是本发明的结构示意图。

图6中：1.疲劳试验机，2.上、下试样夹具，3.高温炉，4.试样，5.冷却机。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图6说明本发明的具体实施方式。本发明一种测试发动机材料极高温疲劳S-N曲线的试验系统，由疲劳试验机1、上、下试样夹具2、高温炉3、试样4和冷却机5组成。在图6中，上、下试样夹具2与试样4通过螺纹连接，能够保证试样4均匀轴向加载；试样夹具2与疲劳试验机1连接；安装在疲劳试验机1上的高温炉3移至相应位置后，将试样4包在里面；冷却机5通过进、出水管分别与上、下试样夹具2相连；以上设备和装置集成对接后，便组成了发动机材料极高温环境下的疲劳试验测试系统。

在极高温疲劳试验中，试样4的设计非常关键，必须能够保证均匀施加轴向交变载荷，图1具体给出了一种用于极高温疲劳试验的棒材试样，在试样4两端设计了螺纹，与上、下试样夹具2的螺纹配合，能够起到定位作用。上、下试样夹具2的示意图如图2所示，有一个带螺纹的试样安装孔和两个冷却孔，冷却孔用于连接冷却水管。疲劳试验机如图5所示，可以使用商用的MTS、INSTRON等疲劳试验机或者自制疲劳试验机。将试样4与上、下试样夹具2连接定位，并将上、下试样夹具2与配备有高温炉3的疲劳试验机1相连，再将冷却机5上的冷却水管与上、下试样夹具2上的冷却孔相连。所有装置根据试验要求连接和调试完毕后，便可根据具体试验要求完成发动机材料极高温环境下的疲劳S-N曲线测试。图3、图4是冷却机和开式高温炉示意图。