[发明专利]一种陶瓷基复合材料榫连接结构高温强度测试试验装置及试验方法

说明书

本发明涉及一种陶瓷基复合材料榫连接结构高温强度测试试验装置及试验方法，步骤：(1)特制试验件加工，确定特制试验件的尺寸大小，设计试验件中榫头尺寸的形状(2)确定专用夹具结构，通过确定特制试验件的结构，获得专用夹具结构形状的要求。(3)测试结构安装，在确定的试验件与专用夹具的基础上，对测试装置进行安装。

技术领域

本发明属于材料结构力学性能测试领域，特别涉及一种针对陶瓷基复合材料榫连接结构的高温强度测试试验装置及方法试验。

背景技术

陶瓷基复合材料作为一种高温结构材料，因其在高温下具有良好的力学性能，在航空航天飞行器中需要承受极高温度的特殊部位结构应用具有很大潜力。与传统材料相比，陶瓷基复合材料具有耐高温、耐磨损、耐化学腐蚀、高比强等优点，且密度仅为合金的1/3左右，且强度不会随着温度升高而降低。此前针对陶瓷基复合材料的力学性能主要集中于材料的标准件，而结构件的相关研究相对较少。但航空发动机上已经逐步安装应用陶瓷基复合材料在涡轮叶片上。因此，开展对陶瓷基复合材料结构件的强度测试十分有必要。考虑到发动机涡轮叶片的结构复杂性，因此首先针对叶片的部分结构进行相关研究。日本IHI公司针对陶瓷基复合材料的榫头结构开展研究并进行相关试验，针对榫头不同部位采用不同陶瓷基复合材料编织方法，得到了陶瓷基复合材料榫头的强度性能相关数据，为后续应用奠定基础。相较与日本的研究，本发明的试验件考虑了叶片段的编织方式，是榫头与叶片的结合而非单独的榫头结构，其数据结果在应用上更具有参考价值，同时，针对榫头的编织方法，本发明采用的是沿着榫头倾斜面的角度，而日本的研究中并未考虑的倾斜面的存在，而本发明中考虑了倾斜面变化的影响，更适合于实际应用。

陶瓷基复合材料的强度性能通过在高温下开展拉伸试验获得。通过拉伸试验是的陶瓷基复合材料榫连接结构受到均匀分布力，从而获得结构的应力应变曲线。且考虑到实际结构中轮盘的尺寸，将陶瓷基复合材料榫头加工成与实际尺寸相符的大小，可以直接以用于结构的强度预测。现有技术中，为考虑到倾斜面存在对于陶瓷基复合材料榫头结构力学性能的影响，本发明中则主要考虑了倾斜面存在对其的影响。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术没有针对具体榫连接结构特征以及陶瓷基复合材料的不足，提供一种陶瓷基复合材料榫连接结构高温强度测试试验装置及测验方法，将陶瓷基复合材料纤维增强的特点应用于榫连接结构的特征上，有利于陶瓷基复合材料后续在具体结构件上的应用以及对于陶瓷基复合材料未来加工，实现后续陶瓷基复合材料应用于具体结构件例如涡轮叶片时，能够在高温环境下稳定工作。

本发明技术解决方案：一种陶瓷基复合材料榫连接结构高温强度测试试验装置，其特征在于包括：特制试验件及专用夹具；特制试验件通过专用夹具固定在试验台上。其中，特制试验件为模拟叶片榫头部分的结构件，通过陶瓷基复合材料的编织工艺获得；专用夹具分为三部分，用于固定特制试验件的两端，传递相应的轴向拉力，并限制特制试验件垂直方向的移动；通过专用夹具与特制试验件，开展陶瓷基复合材料榫连接结构的高温强度测试，获得榫连接结构的强度性能数据。

实现步骤如下：

(1)开展特制试验件的加工，首先要根据实际发动机涡轮叶片榫头的尺寸大小，确定所需特制试验件的尺寸结构，并绘制相关加工图；针对特制试验件榫头端结构中接触面倾斜方向不同，采用不同的陶瓷基复合材料编织方法，使得榫头端中陶瓷基复合材料的增强方向与榫头端斜面的倾斜方向保持平行；也即特制试验件榫头端倾斜面方向即为陶瓷基复合材料的增强方向。

(2)确定专用夹具结构，通过确定特制试验件的结构，可以获得专用夹具结构形状的要求，所述专用夹具分三个部分，分别为第一、第二和第三夹具。其中用于与特制试验件中榫头端固定的为第三夹具，第三夹具结构上采用与榫头形状一致的凹槽以便榫头固定，同时底部采用保留螺纹加工的一段圆柱以便于试验台相固定；用于与特制试验件非榫头端固定的为两个对半式夹具，即第一夹具和第二夹具；通过在第一夹具和第二夹具中加工凹槽以及螺栓来固定非榫头端，同时第一夹具顶部采用保留螺纹加工的一段圆柱以便于试验台相固定。