[发明专利]离心力-高温耦合环境下材料性能测试试验机系统

说明书

本发明公开了一种离心力‑高温耦合环境下材料性能测试试验机系统。转子系统和下驱式主轴复合体安装在实验腔内，实验腔底部通过缓冲结构装在装置底座上，离心主机安装在装置底座上并下驱式主轴复合体下端连接，下驱式主轴复合体和转子系统连接，升降系统装在装置底座且位于实验腔上方，升降系统和实验腔盖连接；挂杯中安装有材料性能测试系统，挂杯装保温装置，保温装置装加热装置，加热装置装承力装置，挂杯通过吊耳铰接地悬挂在超重力离心机的旋转臂端部。本发明实现离心超重力环境下持久、蠕变、疲劳等材料性能的高通量测试，能给试样施加均匀应力梯度、不均匀应力梯度、均匀温度场、不均匀温度场，以最大限度模拟试样的工况环境。

技术领域

本发明涉及材料性能测试技术领域的一种超重力材料性能测试试验机，尤其涉及一种离心力-高温耦合环境下材料性能测试试验机系统。

背景技术

叶片类机械是航天航空、冶金、能源行业的关键设备，如航空发动机、压缩机、汽轮机、水轮机等，这类机械的设计、运行、维护关系到重大工程项目的安全稳定，对国民经济，国家安全有着重大的意义。

涡轮工作叶片作为航空发动机高温燃气做功的核心部件，通常设计为变截面、强扭面(扭曲度超60度)、薄壁曲面(缘头最薄处不足3mm)、复杂拓扑形状的几何结构。特殊的几何结构和复杂的工况环境使涡轮工作叶片成为航空发动机热端部件中可靠性最低、故障率较高的部件。虽然叶片-轮盘系统属于圆周循环对称结构，但由于加工误差、装配、工作时磨损不均匀等因素，导致该系统周期性对称结构失谐，使叶片模态振型不能沿圆周方向均匀地传递到所有叶片上，而是将振动能量集中在几个叶片上，使它们的振幅及应力显著大于其他叶片，从而发生严重的振动模态局部化现象，极易诱发叶片的高周疲劳断裂。美国军方统计数据表明，近20年来，涡轮叶片引发的航空发动机事故占总事故的44.3％，其中56％的事故与涡轮叶片高周疲劳断裂有关。

目前现有的材料力学性能测试装置主要集中在1g下的标准试样的性能测试上。虽然标准试样力学性能数据在一定程度上能为高速旋转类部件强度设计提供实验依据，但与实际工况相比，标准试样在性能测试过程中无法综合反映高速旋转类部件几何特征相关的凝固组织和应力分布不均、薄壁效应、加工工艺等耦合作用对其动态疲劳性能的影响，因而严重制约了我国高速旋转类部件可靠性设计水平。

发明内容

针对高速旋转部件性能测试装置无法进行高通量测试的设备难题，本发明提供了一种装配简单、使用方便、安全系数高，在超重力环境下单次实验能够实现多种性能同时测试的试验机系统。

本发明采用的技术方案：

本发明包括离心主机、转子系统、实验腔、升降系统和下驱式主轴复合体；转子系统和下驱式主轴复合体安装在实验腔内，实验腔底部通过缓冲结构安装在装置底座上，离心主机安装在实验腔侧方的装置底座上并下驱式主轴复合体下端连接，下驱式主轴复合体上端和转子系统连接，升降系统安装在装置底座上且位于实验腔上方，升降系统和实验腔的腔盖连接。

所述的实验腔包括立式肘夹、直线导轨、实验腔盖、实验腔体、防护壳、阻尼器和真空接口；实验腔体底部的实验腔底板通过阻尼器固定安装在离心超重力实验室的地面上，实验腔体顶部设有实验腔盖，实验腔盖两侧外边缘设有凸板，凸板上开设通孔，实验腔体顶面边缘固定有竖直的直线导轨，凸板的通孔套装于直线导轨中，通过直线导轨和凸板通孔的配合安装使得实验腔盖与实验腔体的精确定位安装配合；实验腔盖周围的实验腔体顶面沿圆周均布固定安装有三个立式肘夹，实验腔盖通过立式肘夹与实验腔体固定；实验腔盖和实验腔体接触面之间用O型橡胶圈密封，实验腔体侧壁开设有真空接口，真空接口与外部的地面真空系统或充气系统相连；实验腔体内周围设有三层防护壳。

所述的升降系统包括驱动电机、升降机、丝杠和升降支架；升降支架横跨安装在实验腔上方，驱动电机固定在升降支架上，驱动电机输出轴经升降机和丝杠传动连接驱动丝杠上下升降，丝杠竖直布置，丝杠下端和实验腔盖的中心固定连接。