[发明专利]一种共振式疲劳试验裂纹预置方法

说明书

本申请属于航空发动机试验技术领域，涉及一种共振式疲劳试验裂纹预置方法，所述方法包括首先通过标准紧凑拉伸试验，确定标准试验件的柔度与共振频率之间的关系；之后建立待预制裂纹试验件模型，并采用有限元法计算待预制裂纹试验件柔度与裂纹扩展长度之间的关系，根据上述两个关系式确定所述待预制裂纹试验件的裂纹扩展长度与共振频率之间的关系；最后根据预定裂纹长度所对应的共振频率，对待预制裂纹试验件进行裂纹预制。本申请解决了现有裂纹预置方法对于叶片等结构复杂的试验件以及高温和环境模拟试验气氛试验中裂纹长度测量精度差的问题，无需其他测量仪器和设备，适用于各种复杂试验环境。

技术领域

本申请属于航空发动机试验技术领域，特别涉及一种共振式疲劳试验裂纹预置方法。

背景技术

航空发动机研制中为了研究零部件的断裂特性以及分析裂纹故障扩展模式，需要在零部件上预置一定长度的裂纹。现有裂纹预置方法一般利用COD规、电位法以及光学显微镜目视测量的办法在裂纹扩展过程中监测裂纹长度。但以上方法只能用于标准试验件或具有规则形状的零部件，不适用于具有结构复杂的试验件；并且以上方法不能用于存在高温、腐蚀气氛等环境模拟实验条件的情况。对于航空发动机叶片等特殊结构的试验件的环境模拟实验中的预置定量裂纹尚没有有效方法。

此外，以上方法都需要专门的测试装置或设备。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供了一种共振式疲劳试验裂纹预置方法，利用共振式疲劳试验机裂纹扩展程度与共振频率存在相关性的特点，建立了一种用频率作为表征参量的裂纹长度表征及定量预置方法，该方法适用于在电磁谐振式高周疲劳试验机上开展的疲劳试验。

本申请共振式疲劳试验裂纹预置方法，包括：

步骤S1、通过标准紧凑拉伸试验，确定标准试验件的柔度与共振频率之间的关系；

步骤S2、建立待预制裂纹试验件模型，并采用有限元法计算待预制裂纹试验件柔度与裂纹扩展长度之间的关系；

步骤S3、确定所述待预制裂纹试验件的裂纹扩展长度与共振频率之间的关系；

步骤S4、获取预定裂纹长度，并根据步骤S3确定的关系计算对应的共振频率，并按该共振频率对待预制裂纹试验件进行裂纹预制。

优选的是，所述步骤S1包括：

步骤S11、获取裂纹长度与共振频率之间的关系；

步骤S12、根据标准试验件裂纹长度与柔度关系，确定所述标准试验件的柔度与共振频率之间的关系，所述柔度为相对于载荷加载轴向方向的柔度。

优选的是，步骤S11进一步包括：

根据裂纹扩展试验监测裂纹长度与共振频率；

拟合裂纹长度与共振频率的数学关系式。

优选的是，所述裂纹扩展试验在恒ΔF加载模式下进行。

优选的是，所述步骤S2中建立待预制裂纹试验件模型时，其参数包括裂纹的起始位置、待预制裂纹试验件的材料及环境参数。

优选的是，所述环境参数包括温度。

优选的是，所述步骤S4中，对待预制裂纹试验件进行试验包括：

使所述试验件处于高频状态，此时共振频率为f₀；

计算预定裂纹扩展长度对应的共振频率f₁；

使共振频率自f₀降至f₁时试验自动停止。

本申请解决了现有裂纹预置方法对于叶片等结构复杂的试验件以及高温和环境模拟试验气氛试验中裂纹长度测量精度差的问题。