[发明专利]超声变幅杆组件、超声疲劳加载测试装置及测试方法

说明书

本发明公开一种超声变幅杆组件，其杆体包括第一超声变幅杆和第二超声变幅杆，第一超声变幅杆和第二超声变幅杆中的一者设置密封法兰，另一者连接试样；密封法兰位于第一超声变幅杆或第二超声变幅杆的振动节点处。套筒套设于杆体的外部，套筒与杆体之间形成两端封堵的环形腔隙。冷却流道包括开设于杆体内部的内流道，内流道与环形腔隙连通。通过在杆体上设置密封法兰，确保其能够与复杂氛围腔或高温氛围腔有效集成；冷却介质先后流经内流道和环形腔隙，可自内而外冷却超声变幅杆组件的杆体，从而大大增加制冷效率。本发明还提供一种具有上述超声变幅杆组件的超声疲劳加载测试装置，以及基于该超声疲劳加载测试装置进行的超声疲劳加载测试方法。

技术领域

本发明涉及材料高周及超高周疲劳性能、耐久性测试领域，特别是涉及一种可用于高温与复杂氛围环境下的超声变幅杆组件、超声疲劳加载测试装置及测试方法。

背景技术

航空发动机和地面燃气轮机以其复杂的加工与装配工艺，被誉为现代工业的“皇冠”，是国家综合实力的重要标志之一。先进航空发动机燃气进口的温度可达1380℃，推力可达226kN。作为服役环境最恶劣的零件，涡轮叶片承受巨大离心力和气动力的作用，叶片部分承受约140MPa的拉应力，叶根部分承受约280～560MPa的平均应力。叶身部分和叶根部分分别承受约650～980℃和760℃的高温环境。除了高温条件，热端叶片的服役环境还处在高压、高震动、高负荷、高腐蚀的极端状态。材料在高温及复杂氛围环境下的高周及超高周疲劳失效时有发生，给国民经济带来巨大损失。因此，开展上述材料在高温及复杂氛围环境下的高周及超高周疲劳性能测试是亟待解决的难题。

超声疲劳测试技术以其测试频率较高、能耗极低的特点，在材料高周及超高周疲劳性能测试领域具有无可替代的优势和重要地位。具备拉伸-压缩、三点弯曲、悬臂弯曲、双轴弯曲、双轴拉伸、组合拉伸-弯曲、组合拉伸-扭转等复杂机械载荷测试功能的超声测试设备层出不穷，形成了大量实验室样机和商业化产品。随着测试需求越来越高，环境下的超声疲劳测试仪器与测试方法也不断发展，如高温环境下的超声疲劳测试设备、湿度环境下的超声疲劳测试设备、腐蚀环境下的超声疲劳测试设备等。

由于常规超声疲劳组件结构简单，难以整体放置在高温环境下使用。现有的高温环境超声疲劳测试仪器采用感应加热线圈对试样较小的局部进行感应加热，由此在试样中产生较大的温度梯度，测试结果并不准确。现有超声疲劳组件难以与复杂氛围腔集成，因而难以进行复杂氛围环境下的超声疲劳测试。进一步的，现有超声疲劳组件更不能实现高温-复杂氛围环境下的超声疲劳测试。

综上所述，有必要提出一种可用于高温与复杂氛围环境下的超声疲劳加载测试方案，以克服现有超声疲劳组件存在诸多不足，填补高温及复杂氛围环境下的超声疲劳测试的空白。

发明内容

本发明的目的是提供一种可用于高温与复杂氛围环境下的超声变幅杆组件、超声疲劳加载测试装置及测试方法，以填补高温及复杂氛围环境下的超声疲劳测试的空白。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种超声变幅杆组件，能够实现对超声振动的放大，其包括：

杆体，所述杆体包括第一超声变幅杆和与所述第一超声变幅杆对接的第二超声变幅杆，所述第一超声变幅杆和所述第二超声变幅杆中的一者上设置能够与外部设备的氛围腔或高温氛围腔密封对接的密封法兰，另一者用于连接试样；所述密封法兰位于所述第一超声变幅杆或所述第二超声变幅杆的振动节点处；

套筒，所述套筒套设于所述杆体的外部，且所述套筒的两端分别与所述第一超声变幅杆和所述第二超声变幅杆密封连接，所述套筒与所述杆体之间形成两端封堵的环形腔隙；