[发明专利]一种涡扇发动机风扇叶片多轴加载疲劳试验台及方法

权利要求书

1.一种涡扇发动机风扇叶片多轴加载疲劳试验台，其特征在于，包括：试件、垂直加载装置、水平加载装置、扰动加载装置、裂纹图像检测装置、液压系统、电控系统及上位机软件；

试件，由叶片试件及涡轮盘试件组成，叶片试件有效模拟风扇叶片根部几何及材料特性，叶片试件与涡轮盘试件构成一种燕尾榫连接结构；试件的几何形状和尺寸大小在设定范围能进行调整，试件的材料组成及表面喷涂处理可依据加载试验要求进行选择；所述涡轮盘试件左右对称设计，保证涡轮盘试件在进行左右拉伸加载时所受到载荷相等，涡轮盘试件的上、左及右边加工通孔，以方便与夹具连接；

垂直加载装置，输出垂直方向载荷，实现对叶片试件根部的拉力加载，是由材料疲劳试验机、上下液压夹头、垂直方向试件夹具组成；所述垂直方向试件夹具包括：涡轮盘试件上夹具、叶片试件夹具及转接夹具；所述上下液压夹头位于同一竖直轴线上；上液压夹头通过涡轮盘试件夹具固定涡轮盘试件，下液压夹头通过叶片试件夹具连接叶片试件，通过垂直方向加载，有效模拟叶片试件受到的法向离心力；所述上下液压夹头为所述材料疲劳试验机附件，所述材料疲劳试验机还包括横梁、立柱、机架及垂直加载液压作动器；所述垂直加载液压作动器安装在机架内部，所述立柱安装在机架的左右两侧，所述横梁套在立柱上，并固定在一定高度；

水平加载装置，作用为对称输出水平方向载荷，实现对涡轮盘试件的拉力加载，模拟发动机实际工作时涡轮盘在受载时引起的燕尾槽膨胀，水平加载装置安装在材料疲劳试件的机架上，高度在横梁位置以下；

扰动加载装置，输出对叶片根部的扰动载荷，模拟叶片在实际工况下因气流扰动承受的振动载荷，扰动加载装置安装在材料疲劳试验机工作面上，载荷作用在叶片试件根部；

液压系统，由一系列液压元器件组成，提供液压油液，为水平加载装置的液压加载作动器提供动力；液压系统通过液压管路连接到液压作动器上，液压系统安装在水平地面上；

所述电控系统，通过信号线路与液压系统及扰动加载系统连接，为各个加载系统提供所需类型的电源输出接口，并控制液压系统及扰动加载系统的各个功能的工作，电控系统可以采集应变片上的电路信号，并进行一定的信号处理；电控系统安装在电控柜里，电控柜安装在水平地面上；

裂纹图像检测装置，安装在CCD相机支架上，由照明光源打在试件表面，疲劳加载中，CCD相机对试件进行连续拍照，并将照片传送给上位机软件；

所述上位机软件，用于设置试验加载各个参数，并控制电控系统实现对各个加载装置的控制；同时控制CCD相机对试件进行拍照，并进行裂纹图像检测，计算出疲劳裂纹尖端位移、应变场测量给出分析结果。

2.根据权利要求1所述的涡扇发动机风扇叶片多轴加载疲劳试验台，其特征在于：水平加载装置，由液压加载作动器、加载夹头、涡轮盘试件水平夹具、水平加载平台组成；所述水平加载平台通过与材料疲劳试验机的左右立柱连接而固定在一定高度上，所述液压加载作动器安装在所述的水平加载平台上，且左右对称分布在垂直加载装置两侧，两个液压加载作动器分别通过水平加载夹头连接涡轮盘试件上夹具，涡轮盘试件上夹具另一端通过销轴涡轮盘试件相连接，通过在试件上贴应变片，实现对水平输出载荷的检测。

3.根据权利要求2所述的涡扇发动机风扇叶片多轴加载疲劳试验台，其特征在于：所述水平加载平台包括：底板、固定法兰、拉杆、底板支撑套筒架；所述底板支撑套筒架分别与左右立柱套合，套筒底面与所述材料疲劳试验机工作面贴紧，套筒上面焊接有固定板，固定板上加工有螺纹孔，所述底板与固定板相连，底板固定在距离材料疲劳试验机工作面一定高度的空间位置上；所述两个固定法兰分左右分别通过固定在底板，所述液压加载作动器安装于法兰上，在固定法兰上加工有两个沉孔，所述拉杆分别将左右的固定法兰相连。

4.根据权利要求1所述的涡扇发动机风扇叶片多轴加载疲劳试验台，其特征在于：所述扰动加载装置由扰动加载平台，电动推杆，扰动加载框组成；扰动加载平台安装在材料疲劳试验机工作面上，扰动加载平台的几何中心与垂直加载装置在一条中心线上，电动推杆对称安装在扰动加载平台的两侧上，扰动加载框从叶片根部穿过，电动推杆的末端与扰动加载框连接，在扰动加载框上加工有螺纹孔，通过旋入螺钉将扰动加载框固定在叶片根部的一定位置上，电动推杆通过丝杆的往复运动带动加载框微动，实现对叶片试件的扰动加载。