[发明专利]一种施加预载荷的高速冲击试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种施加预载荷的高速冲击试验装置及方法，该装置的包括试件靶板、力加载装置、第一靶架、第二靶架、驱动组件和冲击装置；所述试件靶板的两端分别为固定端和连接端，所述固定端固定于所述第一靶架上，所述连接端与所述力加载装置的输出端连接；力加载装置固定于所述第二靶架上；所述力加载装置通过所述驱动组件驱动用以对试件靶板施加自固定端指向连接端的拉应力或者自连接端指向固定端的压应力；所述冲击装置指向试件靶板的中心。可通过调节调压阀改变预应力，并直接根据经验公式精确算出预应力大小，试件靶板上无需安装应变片，有效避免了因冲击使应变片损坏而导致所加载的预应力偏差，操作简单，试验效果也更稳定。

技术领域

本发明属于高速冲击试验领域，具体涉及一种施加预载荷的高速冲击试验装置及方法。

背景技术

航空、航天、军事等领域的结构件可能遭受高速冲击载荷，如叶片丢失、鸟/冰撞击、外物损伤等。这些结构件在正常使用时通常承受一定的载荷作用，而现有的高速冲击试验方法通常仅对未受载荷的结构件进行试验考核，因此无法评估其在受载情况下的抗冲击性能。对于结构高速或者低速冲击性能研究的试验有很多，而对于预载荷下结构冲击性能的研究却少之又少，研究方法也需要进一步改善。

预载荷对结构件抗冲击性能的影响是通过试验方式来测得的。冲击试验一般是确定军用、民用设备在经受外力冲撞或作用时产品安全性、可靠性和有效性的一种试验方法。由于复合材料广泛的应用于航空发动机上各个部件，并且航空发动机工作时压气机、涡轮转子有很大的转速，机匣部件通常承受内压载荷与轴向力，这使得发动机很多部件都是在承受相当大的载荷(如离心载荷、压力载荷等)下工作的。因此探究预载荷下高速冲击对结构件性能的影响更贴合实际，且尤为重要。目前研究预载荷下高速冲击试验大多都是使用落锤、摆锤或者空气炮来实现冲击载荷。而对于预加载的设备一般是以机械加载为主，也就是使试验件产生位移并固定此位移实现预加载。而测量所加预载荷的方法一般都是在试验件上贴应变片或者应变计，通过测量应变大小估算预载大小。这种做法费时费力且冲击试验时容易破坏应变片导致估算预载荷时增大误差。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种施加预载荷的高速冲击试验装置，该装置可实现在试验时直接施加目标预应力，且具有较高稳定性。

本发明还提供了一种采用上述试验装置的试验方法。

技术方案：本发明所述的一种施加预载荷的高速冲击试验装置，包括试件靶板、力加载装置、第一靶架、第二靶架、驱动组件和冲击装置；所述试件靶板的两端分别为固定端和连接端，所述固定端固定于所述第一靶架上，所述连接端与所述力加载装置的输出端连接；力加载装置固定于所述第二靶架上，力加载装置通过所述驱动组件驱动用以对试件靶板施加自固定端指向连接端的拉应力或者自连接端指向固定端的压应力；所述冲击装置指向试件靶板的中心。

有益效果：该试验装置通过力加载装置直接对试件靶板施加自固定端指向连接端的拉应力或自连接端指向固定端的压应力，拉应力或压应力均位于试件靶板所在平面内，从而在施加载荷时不会产生扭矩，提高试验的准确性。试件靶板上无需安装应变片，有效避免了因冲击使应变片损坏而导致所加载的预应力偏差，提高试验装置的稳定性。

具体的，所述驱动组件包括依次连接的空压机、调压阀和空气增压泵，所述空气增压泵的输出端连接所述力加载装置。通过驱动组件驱动力加载装置，可直接根据经验公式计算出预应力大小，比帖应变片操作更容易。

而本发明所述的一种采用上述试验装置的试验方法所采用的技术方案包括下述步骤：

(1)启动空压机充气，待空压机充气完毕后，将空气通入调压阀，并经过调压阀进入空气增压泵；

(2)根据公式预应力＝调压阀压力读数×空气增压泵倍数×流体压力读数；调整调节阀和空气增压泵，使得力加载装置对试件靶板施加目标大小的拉应力或者压应力；

(3)启动冲击装置冲击试件靶板的中心，完成试验。