[實用新型]一種超重力環境固定式多場耦合作用下材料性能測試系統

有效

• 申請號: 201920934892.0
• 申請日: 2019-06-20
• 公開（公告）號: CN210923332U
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 韋華;盧士亮;林偉岸;蔣建群;張澤;陳云敏
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/02;F27B17/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本實用新型公開了一種超重力環境固定式多場耦合作用下材料性能測試系統。包括吊裝密封艙、承力架、高溫爐、力學測試裝置、緩沖裝置；吊裝密封艙內部固定安裝有承力架和高溫爐，承力架罩在高溫爐上，緩沖裝置安裝于高溫爐內的底部，力學測試裝置上下兩端連接在承力架頂部和高溫爐底部內，試樣連接安裝在力學測試裝置末端。本實用新型解決高速旋轉狀態下體積力?面力?溫度耦合作用下材料動態性能測試的難題，裝置結構簡單，操作方便且安全可靠。

技術領域

本實用新型涉及材料性能測試技術領域，尤其涉及一種超重力環境下固定式體積力-面力-溫度耦合作用下材料性能測試系統。

背景技術

隨著現代航空發動機推重比增加和渦輪級數減少，渦輪前燃氣進口溫度從上世紀70年代的1400-1500K發展到本世紀初的1600-1750K，推重比12-15發動機渦輪前燃氣進口溫度將高達2000-2200K，這對發動機核心熱端部件提出了更高的性能要求。高壓渦輪工作葉片作為熱端部件關鍵組成部分之一，服役時長期工作在高溫、高壓、高轉速、交變負載等耦合加載條件下。

服役時渦輪工作葉片繞發動機軸線高速旋轉，其作用是利用燃氣膨脹做功，將燃氣的位能和熱能轉換為轉子的機械功，所以服役過程中渦輪工作葉片主要承受離心載荷、熱載荷、氣動載荷和振動載荷的耦合作用。離心載荷產生的離心應力，屬于體積力，使積疊線與徑向線不完全重合的彎扭結構葉片，同時產生徑向拉應力、扭轉應力和彎曲應力。熱載荷產生的熱應力與幾何約束密切相關，幾何約束越多，熱應力越大，尤其氣膜孔處的應力集中，將顯著減低葉片的疲勞壽命。氣動載荷產生的氣動力，是一種表面分布壓力，屬于面積力，作用在葉片各個表面，沿葉高和葉寬方向呈不均勻分布。因此，渦輪工作葉片在徑向拉應力、扭轉應力、彎曲應力和熱應力的耦合作用下同時發生剪切變形、拉伸變形和扭曲變形，這顯然不同于實驗室單軸應力狀態下的變形行為。

原子固相擴散是導致材料服役過程中微觀組織演化的根本原因，葉片高速旋轉產生的體積力-面力-溫度動態耦合顯著增加原子在界面、位錯、空洞等缺陷處的擴散速率，使其顯微結構演化不同于軸向面力作用。同時，密度不同的析出相在超重力作用下，由于其彈性模量、熱膨脹性等不同在各析出相之間產生復雜的互不協調的塑性變形，進一步增大不同密度物質間相對運動的驅動力，進而在材料內部產生巨大的內應力，致使材料的損傷機制顯著不同于面力作用下材料損傷機制。

實用新型內容

為了解決針對上述高速旋轉狀態下體積力-面力-溫度耦合作用下材料動態性能測試的難題，本實用新型首創提供了一種超重力環境下固定式體積力-面力-溫度耦合作用下材料性能測試系統，裝配簡單、使用方便、安全系數高，并且是用于超重力工況的材料性能測試，該裝置適合1g-2500g超重力環境下，溫度從室溫-1600℃，提供的最大面力為300kN。

本實用新型解決高速旋轉狀態下材料高溫力學性能測試的關鍵難題。利用該裝置，借助超重力環境下，可以實時獲得體積力-面力-溫度耦合環境下材料力學性能數據。

本實用新型采用的技術方案：

本實用新型包括吊裝密封艙、承力架、高溫爐、力學測試裝置、緩沖裝置；吊裝密封艙內部固定安裝有承力架和高溫爐，承力架罩在高溫爐上，緩沖裝置安裝于高溫爐內的底部，力學測試裝置上下兩端連接在承力架頂部和高溫爐底部內，試樣6連接安裝在力學測試裝置末端。

所述的吊裝密封艙包括上密封穹頂和吊裝密封腔體，吊裝密封腔體內部設有腔體，腔體上端開口，吊裝密封腔體的兩側側壁向外連接有艙體吊耳，兩側的艙體吊耳鉸接連接到超重力離心機的吊籃轉臂上，上密封穹頂通過螺栓安裝連接到吊裝密封腔體的腔體開口端面并密封連接；上密封穹頂的中央安裝有艙體接口件，艙體接口件具體包括上玻璃壓裝法蘭、上法蘭緊固螺釘、石英玻璃和真空插座，石英玻璃被上玻璃壓裝法蘭固定安裝在通訊上密封艙蓋頂部中心的開口處，上玻璃壓裝法蘭通過上法蘭緊固螺釘固定于上密封艙蓋頂部，通訊上密封艙蓋，通訊艙體底部開孔，開孔處安裝真空插座。