[發明專利]一種高溫超高周疲勞試驗系統及試驗方法

有效

• 申請號: 201710232760.9
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN107144474B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 許巍;楊憲峰;李影;郭廣平
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/38
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 梁瑞林

本發明屬于力學性能測試技術領域，涉及一種高溫超高周疲勞試驗系統及試驗方法。其特征在于：還包括蝸輪蝸桿裝置(2)、力傳感器(3)、配重體(4)、靜態機架(5)、試樣夾具、高溫爐(7)和主控計算機。試驗的步驟為：輸入試驗參數；裝卡試樣和加熱；試樣加載。本發明提出了一種高溫超高周疲勞試驗系統及試驗方法，大幅度提高了試驗效率，降低了試驗成本。

技術領域

本發明屬于力學性能測試技術領域，涉及一種高溫超高周疲勞試驗系統及試驗方法。

背景技術

疲勞失效是工程材料常見的破壞形式。針對工程材料開展疲勞性能測試，獲取特定應力水平下的疲勞破壞壽命，對于工程結構件的設計和壽命預測具有非常重要的意義。以往，高周疲勞測試的最大循環數通常不超過10⁷，疲勞設計中也常將10⁷的疲勞壽命作為設計壽命。近年來，隨著工業技術的發展，先進材料的抗疲勞能力得到極大提升，部分工業裝備(飛機、高鐵等)對關鍵部件的抗疲勞性能也提出了更高的要求，要求部分關鍵部件的疲勞壽命達到10⁸甚至是10¹⁰，例如，美國空軍的“發動機結構完整性大綱”在修訂中明確要求“發動機部件高周疲勞壽命最低應達到10⁹”，因此基于傳統10⁷高周疲勞測試不能完全滿足現代材料疲勞性能的測試需求，亟需開展10⁹超高周疲勞性能測試。傳統的高頻疲勞試驗機最大加載頻率不超過300Hz，如果完成一根10⁹疲勞試驗，也需要接近40天時間，而完成一條完整的疲勞應力-壽命(S-N)曲線大概需要1年的時間，試驗效率較低。而采用最新的超聲疲勞試驗機，加載頻率可達到20kHz，盡管試驗效率較高，但由于測試頻率極高，試樣過熱等不利因素對測試結果會產生較大影響，此外，超聲疲勞測試條件下與普通高頻疲勞測試條件下的材料破壞機理是否相同還處于爭議中。因此，國內外主流疲勞試驗標準并沒有接受20kHz的超聲疲勞測試方法。

發明內容

本發明的目的是：提出一種高溫超高周疲勞試驗系統及試驗方法，以便提高試驗效率，降低試驗成本。

本發明的技術方案是：一種高溫超高周疲勞試驗系統，包括電磁振動臺1，被測試樣8帶有上螺紋段8a和下螺紋段8b；其特征在于：還包括蝸輪蝸桿裝置2、力傳感器3、配重體4、靜態機架5、試樣夾具、高溫爐7和主控計算機；靜態機架5包括兩個支板5a和一個橫梁5b，支板5a的下邊緣通過螺栓固定在電磁振動臺1的臺架上，橫梁5b的兩端分別與兩個支板5a的上邊緣連接為整體，在橫梁5b的中心有一個通孔5c；蝸輪蝸桿裝置2固定在橫梁5b上，蝸輪蝸桿裝置2的蝸桿從上述通孔5c向下穿出；力傳感器3的上端與蝸桿的下端連接，試樣夾具包括上夾具6a和下夾具6b，力傳感器3的下端與上夾具6a的上端連接，上夾具6a的下端與試樣8的上螺紋段8a連接，試樣8的下螺紋段8b與下夾具6b的上端連接，下夾具6b的下端與電磁振動臺1的輸出軸1a連接；配重體4是帶有中心孔的金屬圓餅，配重體4套在電磁振動臺1的輸出軸1a上并且固定在電磁振動臺1的振動臺面上；高溫爐7帶有對開式爐體，試樣8位于高溫爐7的爐腔內；電磁振動臺1的控制信號輸入端與主控計算機的控制信號輸出端連接，力傳感器3的信號輸出端與主控計算機的力傳感器信號輸入端連接。

一種高溫超高周疲勞試驗方法，使用如權利要求1所述的高溫超高周疲勞試驗系統，其特征在于，試驗的步驟如下：

1、輸入試驗參數：在正式加載前，將加載頻率、應力比、最大載荷和最大循環數輸入主控計算機；

2、裝卡試樣和加熱：將試樣8裝卡在試樣夾具上，當試驗大綱要求進行高溫試驗時，在試樣上安裝熱電偶，合上高溫爐7，通電對試樣8進行加熱，待試樣達到試驗大綱規定的溫度后，保溫；

3、試樣加載：根據應力比執行不同步驟：