超声变幅杆组件、超声疲劳加载测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种超声变幅杆组件，其杆体包括第一超声变幅杆和第二超声变幅杆，第一超声变幅杆和第二超声变幅杆中的一者设置密封法兰，另一者连接试样；密封法兰位于第一超声变幅杆或第二超声变幅杆的振动节点处。套筒套设于杆体的外部，套筒与杆体之间形成两端封堵的环形腔隙。冷却流道包括开设于杆体内部的内流道，内流道与环形腔隙连通。通过在杆体上设置密封法兰，确保其能够与复杂氛围腔或高温氛围腔有效集成；冷却介质先后流经内流道和环形腔隙，可自内而外冷却超声变幅杆组件的杆体，从而大大增加制冷效率。本发明专利技术还提供一种具有上述超声变幅杆组件的超声疲劳加载测试装置，以及基于该超声疲劳加载测试装置进行的超声疲劳加载测试方法。劳加载测试方法。劳加载测试方法。

【技术实现步骤摘要】
超声变幅杆组件、超声疲劳加载测试装置及测试方法


[0001]本专利技术涉及材料高周及超高周疲劳性能、耐久性测试领域，特别是涉及一种可用于高温与复杂氛围环境下的超声变幅杆组件、超声疲劳加载测试装置及测试方法。

技术介绍

[0002]航空发动机和地面燃气轮机以其复杂的加工与装配工艺，被誉为现代工业的“皇冠”，是国家综合实力的重要标志之一。先进航空发动机燃气进口的温度可达1380℃，推力可达226kN。作为服役环境最恶劣的零件，涡轮叶片承受巨大离心力和气动力的作用，叶片部分承受约140MPa的拉应力，叶根部分承受约280～560MPa的平均应力。叶身部分和叶根部分分别承受约650～980℃和760℃的高温环境。除了高温条件，热端叶片的服役环境还处在高压、高震动、高负荷、高腐蚀的极端状态。材料在高温及复杂氛围环境下的高周及超高周疲劳失效时有发生，给国民经济带来巨大损失。因此，开展上述材料在高温及复杂氛围环境下的高周及超高周疲劳性能测试是亟待解决的难题。
[0003]超声疲劳测试技术以其测试频率较高、能耗极低的特点，在材料高周及超高周疲劳性能测试领域具有无可替代的优势和重要地位。具备拉伸
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压缩、三点弯曲、悬臂弯曲、双轴弯曲、双轴拉伸、组合拉伸
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弯曲、组合拉伸
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扭转等复杂机械载荷测试功能的超声测试设备层出不穷，形成了大量实验室样机和商业化产品。随着测试需求越来越高，环境下的超声疲劳测试仪器与测试方法也不断发展，如高温环境下的超声疲劳测试设备、湿度环境下的超声疲劳测试设备、腐蚀环境下的超声疲劳测试设备等。
[0004]由于常规超声疲劳组件结构简单，难以整体放置在高温环境下使用。现有的高温环境超声疲劳测试仪器采用感应加热线圈对试样较小的局部进行感应加热，由此在试样中产生较大的温度梯度，测试结果并不准确。现有超声疲劳组件难以与复杂氛围腔集成，因而难以进行复杂氛围环境下的超声疲劳测试。进一步的，现有超声疲劳组件更不能实现高温
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复杂氛围环境下的超声疲劳测试。
[0005]综上所述，有必要提出一种可用于高温与复杂氛围环境下的超声疲劳加载测试方案，以克服现有超声疲劳组件存在诸多不足，填补高温及复杂氛围环境下的超声疲劳测试的空白。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种可用于高温与复杂氛围环境下的超声变幅杆组件、超声疲劳加载测试装置及测试方法，以填补高温及复杂氛围环境下的超声疲劳测试的空白。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0008]本专利技术提供一种超声变幅杆组件，能够实现对超声振动的放大，其包括：
[0009]杆体，所述杆体包括第一超声变幅杆和与所述第一超声变幅杆对接的第二超声变幅杆，所述第一超声变幅杆和所述第二超声变幅杆中的一者上设置能够与外部设备的氛围腔或高温氛围腔密封对接的密封法兰，另一者用于连接试样；所述密封法兰位于所述第一
超声变幅杆或所述第二超声变幅杆的振动节点处；
[0010]套筒，所述套筒套设于所述杆体的外部，且所述套筒的两端分别与所述第一超声变幅杆和所述第二超声变幅杆密封连接，所述套筒与所述杆体之间形成两端封堵的环形腔隙；
[0011]冷却流道，所述冷却流道包括开设于所述杆体内部的内流道，所述内流道的一端连接冷却介质进入流道，另一端通过冷却介质衔接流道与所述环形腔隙的一端连通，所述环形腔隙的另一端连接冷却介质排出流道；所述第一超声变幅杆和所述第二超声变幅杆中一者的所述振动节点处设置所述冷却介质进入流道，另一者的所述振动节点处设置所述冷却介质衔接流道；冷却介质经所述冷却介质进入流道进入，先后流经所述内流道和所述环形腔隙后，经所述冷却介质排出流道排出。
[0012]可选的，所述第一超声变幅杆的一端与所述第二超声变幅杆的一端对接，所述第一超声变幅杆的另一端沿远离所述第二超声变幅杆的方向依次设置有第一外置法兰和所述密封法兰，且所述第一外置法兰和所述密封法兰均位于所述第一超声变幅杆的所述振动节点处；所述第二超声变幅杆的另一端沿远离所述第一超声变幅杆的方向依次套设有第二外置法兰和第三外置法兰，且所述第二外置法兰和所述第三外置法兰均位于所述第二超声变幅杆的所述振动节点处；
[0013]所述套筒的一端与所述第一外置法兰或所述密封法兰密封对接，另一端与所述第二外置法兰或所述第三外置法兰密封对接。
[0014]可选的，所述第一超声变幅杆与所述第二超声变幅杆之间通过空心螺柱连接；所述内流道依次贯穿所述第一超声变幅杆、所述空心螺柱和所述第二超声变幅杆设置。
[0015]可选的，所述套筒的一端与所述密封法兰密封对接，另一端套设于与所述第三外置法兰外，并与所述第三外置法兰过盈配合。
[0016]可选的，所述密封法兰内沿其径向开设有冷却介质入口；所述第一外置法兰和所述密封法兰密封对接，且所述第一外置法兰和所述密封法兰的对接处开设有环套于所述第一超声变幅杆外周的第一环形冷却槽，所述冷却介质入口通过所述第一环形冷却槽与所述冷却介质进入流道连通，以将所述冷却介质引入；
[0017]所述第二外置法兰和所述第三外置法兰密封对接，且所述第二外置法兰和所述第三外置法兰的对接处开设有环套于所述第二超声变幅杆外周的第二环形冷却槽；
[0018]所述套筒与所述第二外置法兰间隙配合，所述第二外置法兰内沿其径向开设有下流道，所述套筒与所述第二外置法兰之间的间隙和所述下流道连通形成迂回流道，所述迂回流道的一端通过所述第二环形冷却槽与所述冷却介质衔接流道连通，另一端与所述环形腔隙连通；
[0019]所述第一外置法兰和所述密封法兰上贯通设置有沿所述第一超声变幅杆轴向延伸的冷却介质出口，所述冷却介质出口与所述环形腔隙连通，以将所述冷却介质排出。
[0020]同时，本专利技术提出一种超声疲劳加载测试装置，包括超声换能器、超声连接器和如上所述的超声变幅杆组件；其中：
[0021]所述超声换能器用以产生机械超声振动载荷；
[0022]所述超声连接器与所述超声换能器刚性连接，用以实现超声振动的传递；
[0023]所述超声变幅杆组件与所述超声连接器刚性连接，用以实现对超声振动的放大，
并向所述试样输出超声振动载荷。
[0024]可选的，所述超声连接器上设置有第四外置法兰，能够与具有拉伸载荷加载功能或弯曲载荷加载功能的外部设备连接。
[0025]可选的，所述超声换能器、所述超声连接器和所述超声变幅杆组件依次轴向连接后形成装置主体，所述装置主体的轴向长度为550～650mm。
[0026]可选的，所述装置主体的轴向长度为592.5mm，其中，所述超声连接器的轴向长度为142mm，所述第一超声变幅杆的轴向长度为125mm，所述第二超声变幅杆的轴向长度为137.5mm。
[0027]可选的，所述装置主体的纵向振动频率为20kHz。
[0028]此外，本专利技术提出一种基于上述超声疲劳加载测试装置的超声疲劳加载测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声变幅杆组件，其特征在于，包括：杆体，所述杆体包括第一超声变幅杆和与所述第一超声变幅杆对接的第二超声变幅杆，所述第一超声变幅杆和所述第二超声变幅杆中的一者上设置能够与外部设备的氛围腔或高温氛围腔密封对接的密封法兰，另一者用于连接试样；所述密封法兰位于所述第一超声变幅杆或所述第二超声变幅杆的振动节点处；套筒，所述套筒套设于所述杆体的外部，且所述套筒的两端分别与所述第一超声变幅杆和所述第二超声变幅杆密封连接，所述套筒与所述杆体之间形成两端封堵的环形腔隙；冷却流道，所述冷却流道包括开设于所述杆体内部的内流道，所述内流道的一端连接冷却介质进入流道，另一端通过冷却介质衔接流道与所述环形腔隙的一端连通，所述环形腔隙的另一端连接冷却介质排出流道；所述第一超声变幅杆和所述第二超声变幅杆中一者的所述振动节点处设置所述冷却介质进入流道，另一者的所述振动节点处设置所述冷却介质衔接流道；冷却介质经所述冷却介质进入流道进入，先后流经所述内流道和所述环形腔隙后，经所述冷却介质排出流道排出。2.根据权利要求1所述的超声变幅杆组件，其特征在于，所述第一超声变幅杆的一端与所述第二超声变幅杆的一端对接，所述第一超声变幅杆的另一端沿远离所述第二超声变幅杆的方向依次设置有第一外置法兰和所述密封法兰，且所述第一外置法兰和所述密封法兰均位于所述第一超声变幅杆的所述振动节点处；所述第二超声变幅杆的另一端沿远离所述第一超声变幅杆的方向依次套设有第二外置法兰和第三外置法兰，且所述第二外置法兰和所述第三外置法兰均位于所述第二超声变幅杆的所述振动节点处；所述套筒的一端与所述第一外置法兰或所述密封法兰密封对接，另一端与所述第二外置法兰或所述第三外置法兰密封对接。3.根据权利要求2所述的超声变幅杆组件，其特征在于，所述套筒的一端与所述密封法兰密封对接，另一端套设于与所述第三外置法兰外，并与所述第三外置法兰过盈配合。4.根据权利要求3所述的超声变幅杆组件，其特征在于，所述密封法兰内沿其径向开设有冷却介质入口；所述第一外置法兰和所述密封法兰密封对接，且所述第一外置法兰和所述密封法兰的对接处开设有环套于所述第一超声变幅杆外周的第一环形冷却槽，所述冷却介质入口通过所述第一环形冷却槽与所述冷却介质进入流道连通，以将所述冷却介质引入；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏伟，赵久成，赵蒙莉，万杰，王可心，牟禹安，朱志远，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：