[發明專利]一種圓棒試件拉壓-彎曲復合疲勞試驗夾具

有效

• 申請號: 201910137101.6
• 申請日: 2019-02-25
• 公開（公告）號: CN109632474B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 胡殿印;王榮橋;張斌;郝鑫奕;趙淼東;彭馳;曹福粱
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/04
• 分類號: G01N3/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗;成金玉

本發明涉及一種圓棒試件拉壓?彎曲復合疲勞試驗夾具，包括上下夾頭、上下承力框、上下轉接頭、調節螺釘，上下夾頭通過螺紋與上下承力框連接，上下轉接頭位于上下承力框底部凹槽中、可沿凹槽滑動，圓棒試件通過螺紋與上下轉接頭連接，通過調節上下承力框兩側調節螺釘的旋入深度可以改變圓棒試件中心線與疲勞機軸向載荷的相對位置，當圓棒試件中心線與疲勞機軸向載荷不重合時，圓棒試件除單軸載荷外還將承受附加的彎曲載荷；試驗時，上下夾頭下端壓緊在上下轉接頭矩形塊上、上端被疲勞機夾緊。本發明能夠實現圓棒試件的穩定夾持，并開展拉壓?彎曲復合疲勞試驗，為航空發動機渦輪葉片等服役過程中同時承受拉伸、彎曲載荷的結構的壽命評估奠定基礎。

技術領域

本發明涉及金屬材料復合疲勞性能試驗夾具，尤其是金屬材料拉壓-彎曲復合疲勞試驗夾具的設計制造領域，在此基礎上可以開展金屬材料拉壓-彎曲復合疲勞試驗，為航空發動機渦輪葉片等服役過程中同時承受拉伸、彎曲載荷的工程結構的壽命評估奠定基礎。

背景技術

航空發動機渦輪葉片服役條件惡劣，高速旋轉狀態下的離心載荷使渦輪葉片產生拉伸應力，積疊線不與徑向線重合的渦輪葉片在離心載荷作用下還將產生彎曲應力；氣動載荷主要以表面壓力的形式作用在渦輪葉片表面上，由于葉片不同部位氣動載荷分布的不均勻性，渦輪葉片還將承受彎曲力矩、扭轉力矩。作為航空發動機的核心部件之一，渦輪葉片損壞后果很嚴重，但是材料手冊中通常僅有單軸拉伸、拉壓疲勞試驗數據，難以支撐同時承受拉伸、彎曲載荷的工程結構的壽命評估。因此，開展渦輪葉片材料拉壓-彎曲復合疲勞試驗，確定其壽命具有十分重要的意義。

北航閆曉軍等針對渦輪葉片疲勞試驗研制了渦輪葉片夾具(閆曉軍,聶景旭.定向結晶渦輪葉片蠕變/疲勞壽命的試驗與分析[J].航空動力學報,2005,20(6):925-931.)，該夾具利用互相垂直的兩對銷軸將夾具的主要零件進行連接，每個銷軸聯接的兩個零件構成一個轉向節，零件可以繞銷軸進行小幅轉動；零件在銷軸聯接處存在間隙，通過調整銷軸連接部位的間隙，可以改變渦輪葉片與疲勞試驗機主軸的夾角，從而給渦輪葉片施加彎曲載荷。在此基礎上，北航王榮橋等(CN102539135A、CN201710769710.4)建立了渦輪葉片熱機械疲勞試驗系統以及渦輪葉片疊加高周振動的熱機械疲勞試驗系統。國內梁文、石煒、趙偉等(梁文,石煒,趙偉,等.DD6單晶渦輪葉片熱機綜合疲勞試驗研究[J].燃氣渦輪試驗與研究,2015,28(5):29-32.)在該夾具基礎上設計了二位移調節機構來調節葉片應力場，二位移調節機構主要利用一個絲杠機構，在平面坐標系(x，y)內調節葉冠夾具的前后及左右位置，從而調節渦輪葉片加載中心位置，實現渦輪葉片彎曲載荷的施加。

然而，上述夾具及系統均是針對真實渦輪葉片特定截面的考核，無法直接應用于圓棒試件試驗中。此外，北航所發明的夾具依靠銷軸連接，需要在主要零件上加工銷軸孔，這必然使得銷軸孔處產生應力集中，從而影響夾具強度；梁文、石煒、趙偉等所設計的二位移調節機構結構復雜，應用不方便，同時也需要加工絲杠孔等結構，也會在絲杠孔處產生應力集中，從而影響夾具強度。

綜上所述，在現有技術條件的基礎上，難以實現圓棒試件拉壓-彎曲復合疲勞試驗。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種圓棒試件拉壓-彎曲復合疲勞試驗夾具，滿足在單軸拉壓載荷及彎曲載荷作用下圓棒試件的穩定夾持，并開展拉壓-彎曲復合疲勞試驗，為航空發動機渦輪葉片等服役過程中同時承受拉伸、彎曲載荷的工程結構的壽命評估奠定基礎。