[發(fā)明專利]一種葉片前緣模擬件外物損傷缺口的制備裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110059478.1
• 申請(qǐng)日: 2021-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN112881203B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛建興;郭小軍;劉建新;鄢林;胡殿印;徐暢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué);中國(guó)航發(fā)湖南動(dòng)力機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01N3/303
• 分類號(hào): G01N3/303;G01N3/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 張乾楨;顧煒

本發(fā)明涉及一種葉片前緣模擬件外物損傷缺口的制備裝置及方法，裝置由定位夾具、圓柱座、壓頭、壓板共4大部件組成：圓柱座固定在試驗(yàn)臺(tái)上；定位夾具使用螺栓固定在試驗(yàn)臺(tái)上；試驗(yàn)件置于定位夾具中，定位夾具利用圓柱座的兩個(gè)相對(duì)向下的開槽與圓柱座固定；定位夾具兩端的凸臺(tái)限制圓柱座沿開槽的槽向移動(dòng)；壓頭位于圓柱座另外兩個(gè)相對(duì)的、向上的開槽中，與試驗(yàn)件頂部需制備缺口的位置接觸；壓板位于頂部，利用重物墜落沖擊產(chǎn)生缺口。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種葉片前緣模擬件外物損傷缺口的制備裝置及方法。

背景技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)被稱為工業(yè)制造中的“皇冠上的明珠”，航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的壓氣機(jī)葉片在工作過(guò)程中，沙石等外物沖擊導(dǎo)致葉片前緣產(chǎn)生缺口，在氣流激振及離心載荷作用下，將顯著降低葉片抗疲勞性能。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范GJB241-87與GJB242-87中提到，由小的硬度較高的顆粒造成的損傷被稱為外物損傷(Foreign Object Damage,簡(jiǎn)稱FOD)，且發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片需要達(dá)到一定的高周疲勞壽命。因此，有必要開展外部損傷所致缺口對(duì)壓氣機(jī)葉片疲勞性能的研究，而在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下實(shí)現(xiàn)葉片前緣缺口的有效制備，是開展上述研究的關(guān)鍵。

通常實(shí)驗(yàn)室中缺口的制備有三種方法，分別是空氣炮法，擺錘法與準(zhǔn)靜態(tài)法。三種方法各有優(yōu)劣。目前大多數(shù)文獻(xiàn)中缺口制備采用的方法是空氣炮法。胡緒騰等人在參考文獻(xiàn)(胡緒騰,賈旭,朱自佳,等.凹坑型硬物損傷對(duì)TC4材料疲勞強(qiáng)度的影響[J].航空動(dòng)力學(xué)報(bào),2018,33(4):969-979.)中采用了空氣炮法，其具體原理是調(diào)節(jié)高壓氣室內(nèi)的氣體壓力來(lái)控制彈體的發(fā)射速度，同時(shí)用激光測(cè)速測(cè)量彈體飛行速度，從而實(shí)現(xiàn)缺口制備。但其缺點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分散性較大，且設(shè)備比較龐大與復(fù)雜。

擺錘法是采用了控制撞擊能量的方法來(lái)制備缺口，將擺錘升高至一定高度后釋放，在下落的過(guò)程中擺錘的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，最終撞擊試驗(yàn)件產(chǎn)生缺口。但其缺點(diǎn)是能量的流向未知，且沖擊效果受限于實(shí)驗(yàn)裝置的體積。

Shankar等人在參考文獻(xiàn)(Shankar Mall,Joseph L Hamrick,TheodoreNicholas.High cycle fatigue behavior of Ti–6Al–4V with simulated foreignobject damage[J].Mechanics of Materials,2001,33(11).)采取了準(zhǔn)靜態(tài)法，利用了控制缺口深度的方法制備缺口，可使用疲勞機(jī)位移控制的方式控制深度，利用壓頭在試驗(yàn)件上產(chǎn)生準(zhǔn)靜態(tài)的壓痕以模擬缺口。但其缺口形成機(jī)制與前兩者不同，和實(shí)際有較大區(qū)別。

總之，現(xiàn)有技術(shù)方案具備以下不足：制備的缺口深度與形狀不好控制，制備的缺口實(shí)驗(yàn)結(jié)果分散性較高，設(shè)備較龐大且不方便搭建，設(shè)備的抗沖擊穩(wěn)定性較差，需要定期的檢查。現(xiàn)有設(shè)備只能進(jìn)行單一方法的缺口制備，不同的缺口制備方法，設(shè)備也不同。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種模擬葉片前緣外物損傷缺口的制備裝置及方法，解決模擬發(fā)動(dòng)機(jī)由外物損傷產(chǎn)生的缺口的問(wèn)題，克服加載的困難點(diǎn)，降低結(jié)果的分散性，能夠進(jìn)行對(duì)各種材料的缺口制備實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明是模擬發(fā)動(dòng)機(jī)由于外物損傷而造成的缺口的裝置。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：一種葉片前緣模擬件外物損傷缺口的制備裝置，包括：

定位夾具、圓柱座、壓頭與壓板；

定位夾具固定于試驗(yàn)臺(tái)上；

定位夾具有一條狹長(zhǎng)的開槽用于夾持試驗(yàn)件；

圓柱座內(nèi)壁有兩個(gè)相對(duì)向下的開槽和兩個(gè)相對(duì)向上的開槽，且相互垂直；

定位夾具利用圓柱座所述相對(duì)向下的開槽與圓柱座固定；

壓頭放在圓柱座所述相對(duì)向上的開槽中，壓頭的頭部與試驗(yàn)件頂部需制備缺口的位置接觸；