[發明專利]一種預載荷高頻振動疲勞試驗裝置

有效

• 申請號: 201810431938.7
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號: CN108801822B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 宋迎東;賈旭;胡緒騰;吳娜
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/38
• 分類號: G01N3/38
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

本發明公開了一種預載荷高頻振動疲勞試驗裝置，包括試樣和夾具，其中：所述試樣為條狀，其包括位于中間的試驗段，位于試驗段兩端的挾持段，兩個挾持段的端部各連接有一個螺柱；所述夾具包括一個夾具底座和兩個夾塊，夾具底座安裝于電動振動臺的連接盤上，并通過多個第二螺栓固定在連接盤上；夾具底座的兩端各設置有一個卡槽，卡槽的開口寬度小于試樣的挾持段的寬度；試樣兩端的螺柱分別卡入兩個卡槽內，且在螺柱的端部安裝有螺母，螺母的外徑大于卡槽的開口寬度；兩個夾塊分別壓在兩個卡槽之上，并通過多個第一螺栓與夾具底座固定。本發明有效解決了基于振動臺的高頻疲勞試驗系統中施加平均應力的問題。

技術領域

本發明涉及一種預載荷高頻振動疲勞試驗裝置，屬于材料與結構疲勞試驗領域。

背景技術

隨著現代工業對燃氣渦輪發動機安全性、可靠性及經濟性要求的不斷提高，故障來源、機制、預防及維護是科研工作者們長期以來需要不斷深入研究的課題。高循環疲勞失效問題是目前現代燃氣渦輪發動機結構完整性中的突出問題。燃氣渦輪發動機工作過程中，高速旋轉的風扇、壓氣機和渦輪葉片不僅承受著巨大的離心力載荷，同時還承受著氣流強迫振動引起的高頻振動載荷。氣流激勵導致葉片上的振動載荷頻率甚至超過1000Hz，循環數達到10⁷循環甚至以上，以至于外場確認安全的葉片亦有可能在一個飛行起落中發生高循環疲勞破壞。

由于高循環失效對結構表面狀態非常敏感，而航空渦輪發動機在經歷起飛、著陸或低空飛行過程中，常常會因為強大的氣流壓力吸入一些外物，隨后進入發動機氣流通道后與高速旋轉的葉片發生碰撞形成外物沖擊損傷而極易成為疲勞源，造成葉片過早發生高循環疲勞失效危及飛行安全。

預防葉片的高循環疲勞失效問題的有效途徑之一是提高部件的抗疲勞能力，而材料疲勞性能提升及抗疲勞結構設計是提高部件的抗疲勞能力的主要方面，其中就需要大量的材料和結構的疲勞試驗數據。而一方面，巨大的循環數讓目前頻率不超過350Hz的電磁或液壓式疲勞試驗機負擔過重，往往試驗耗時過長；另一方面振動臺雖然能實現頻率達到5000Hz，但往往是對稱振動循環無法提供模擬離心力載荷的平均應力。

發明內容

本發明的目的是提供一種預載荷高頻振動疲勞試驗裝置，以解決基于振動臺的高頻疲勞試驗系統中施加平均應力的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種預載荷高頻振動疲勞試驗裝置，包括試樣和夾具，其中：

所述試樣為條狀，其包括位于中間的試驗段，位于試驗段兩端的挾持段，兩個挾持段的端部各連接有一個螺柱；

所述夾具包括一個夾具底座和兩個夾塊，夾具底座安裝于電動振動臺的連接盤上，并通過多個第二螺栓固定在連接盤上；夾具底座的兩端各設置有一個卡槽，卡槽的開口寬度小于試樣的挾持段的寬度；試樣兩端的螺柱分別卡入兩個卡槽內，且在螺柱的端部安裝有螺母，螺母的外徑大于卡槽的開口寬度；兩個夾塊分別壓在兩個卡槽之上，并通過多個第一螺栓與夾具底座固定。

進一步的，所述試樣為條板形，且為兩端的挾持段的縱向截面較大，中間的試驗段的縱向截面較小的啞鈴狀。

進一步的，所述試樣的試驗段上下表面分別與挾持段上下面表面采用一組第一圓弧面過渡連接。

進一步的，所述試樣的試驗段的兩個側面分別與挾持段兩個側面采用一組第二圓弧面過渡連接。

進一步的，所述試樣兩側具有模擬葉片前后緣特征的帶狀楔形結構。

進一步的，所述第一螺栓為細牙內六角螺栓，第二螺栓為內六角螺栓，螺母為細牙外六角螺母。

進一步的，所述電動振動臺是蘇試DC-600-6電動振動試驗系統，能夠提供頻率為5～5000Hz，額定正弦推力5.88KN，最大載荷200Kg。