[发明专利]一种圆棒试件拉压-弯曲复合疲劳试验夹具

说明书

本发明涉及一种圆棒试件拉压‑弯曲复合疲劳试验夹具，包括上下夹头、上下承力框、上下转接头、调节螺钉，上下夹头通过螺纹与上下承力框连接，上下转接头位于上下承力框底部凹槽中、可沿凹槽滑动，圆棒试件通过螺纹与上下转接头连接，通过调节上下承力框两侧调节螺钉的旋入深度可以改变圆棒试件中心线与疲劳机轴向载荷的相对位置，当圆棒试件中心线与疲劳机轴向载荷不重合时，圆棒试件除单轴载荷外还将承受附加的弯曲载荷；试验时，上下夹头下端压紧在上下转接头矩形块上、上端被疲劳机夹紧。本发明能够实现圆棒试件的稳定夹持，并开展拉压‑弯曲复合疲劳试验，为航空发动机涡轮叶片等服役过程中同时承受拉伸、弯曲载荷的结构的寿命评估奠定基础。

技术领域

本发明涉及金属材料复合疲劳性能试验夹具，尤其是金属材料拉压-弯曲复合疲劳试验夹具的设计制造领域，在此基础上可以开展金属材料拉压-弯曲复合疲劳试验，为航空发动机涡轮叶片等服役过程中同时承受拉伸、弯曲载荷的工程结构的寿命评估奠定基础。

背景技术

航空发动机涡轮叶片服役条件恶劣，高速旋转状态下的离心载荷使涡轮叶片产生拉伸应力，积叠线不与径向线重合的涡轮叶片在离心载荷作用下还将产生弯曲应力；气动载荷主要以表面压力的形式作用在涡轮叶片表面上，由于叶片不同部位气动载荷分布的不均匀性，涡轮叶片还将承受弯曲力矩、扭转力矩。作为航空发动机的核心部件之一，涡轮叶片损坏后果很严重，但是材料手册中通常仅有单轴拉伸、拉压疲劳试验数据，难以支撑同时承受拉伸、弯曲载荷的工程结构的寿命评估。因此，开展涡轮叶片材料拉压-弯曲复合疲劳试验，确定其寿命具有十分重要的意义。

北航闫晓军等针对涡轮叶片疲劳试验研制了涡轮叶片夹具(闫晓军,聂景旭.定向结晶涡轮叶片蠕变/疲劳寿命的试验与分析[J].航空动力学报,2005,20(6):925-931.)，该夹具利用互相垂直的两对销轴将夹具的主要零件进行连接，每个销轴联接的两个零件构成一个转向节，零件可以绕销轴进行小幅转动；零件在销轴联接处存在间隙，通过调整销轴连接部位的间隙，可以改变涡轮叶片与疲劳试验机主轴的夹角，从而给涡轮叶片施加弯曲载荷。在此基础上，北航王荣桥等(CN102539135A、CN201710769710.4)建立了涡轮叶片热机械疲劳试验系统以及涡轮叶片叠加高周振动的热机械疲劳试验系统。国内梁文、石炜、赵伟等(梁文,石炜,赵伟,等.DD6单晶涡轮叶片热机综合疲劳试验研究[J].燃气涡轮试验与研究,2015,28(5):29-32.)在该夹具基础上设计了二位移调节机构来调节叶片应力场，二位移调节机构主要利用一个丝杠机构，在平面坐标系(x，y)内调节叶冠夹具的前后及左右位置，从而调节涡轮叶片加载中心位置，实现涡轮叶片弯曲载荷的施加。

然而，上述夹具及系统均是针对真实涡轮叶片特定截面的考核，无法直接应用于圆棒试件试验中。此外，北航所发明的夹具依靠销轴连接，需要在主要零件上加工销轴孔，这必然使得销轴孔处产生应力集中，从而影响夹具强度；梁文、石炜、赵伟等所设计的二位移调节机构结构复杂，应用不方便，同时也需要加工丝杠孔等结构，也会在丝杠孔处产生应力集中，从而影响夹具强度。

综上所述，在现有技术条件的基础上，难以实现圆棒试件拉压-弯曲复合疲劳试验。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种圆棒试件拉压-弯曲复合疲劳试验夹具，满足在单轴拉压载荷及弯曲载荷作用下圆棒试件的稳定夹持，并开展拉压-弯曲复合疲劳试验，为航空发动机涡轮叶片等服役过程中同时承受拉伸、弯曲载荷的工程结构的寿命评估奠定基础。