CMC涡轮导叶缘板T型结构高温性能试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种CMC涡轮导叶缘板T型结构高温性能试验装置及方法，包括：涡轮导叶缘板T型特征结构试验件、挡板、上夹具、下夹具、上转接头、加载头、下转接头、高温炉。涡轮导叶缘板T型结构试验件位于下夹具和挡板之间，挡板与下夹具连接用于固定涡轮导叶缘板T型结构试验件；上转接头分别与万能电子试验机上夹头和上夹具相连接，上夹具分别与上转接头和加载头相连接；下转接头分别与万能电子试验机下夹头和下夹具相连接；下夹具与下转接头相连接；高温炉分为左右两部分，与上下夹具相连。本发明专利技术可以直接用于常规力学试验机，简单易施，成本可控。通过修改固定槽的尺寸即可适配不同尺寸，无需对主体部分进行修改，提高了装置的通用性。用性。用性。

【技术实现步骤摘要】
CMC涡轮导叶缘板T型结构高温性能试验装置及方法


[0001]本专利技术属于复合材料高温力学测试领域，具体涉及一种陶瓷基复合材料涡轮导叶缘板T型结构高温性能试验装置及方法。

技术介绍

[0002]陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composite，简称CMC）因其具有高比强、高比模、耐高温、抗烧蚀、抗氧化和低密度等特点，被视为军用/商用航空发动机核心机热端结构最理想的材料，可应用在航空发动机燃烧室内衬、火焰筒、涡轮叶片等热端部位，从而显著提高航空发动机性能。T型结构是航空发动机涡轮导向叶片缘板的主要特征结构，其在高温环境下的力学性能测试方法对涡轮导向叶片的结构设计及力学性能评价具有重要意义。
[0003]在现有技术中，T型结构的力学性能试验过程中的位移测量多基于试验机本身的位移测量系统，例如专利CN 214096940 U一种T型结构件拉伸工装，公开了一种通过增设拉伸机构，实现记录T型结构件在匀速连续拉力下位移的测量方法；专利CN 110031313 A一种用于评价T型结构力学性能的试验装置及方法，公开了一种采用工装将标准试验机拉力的方向转换为单向拉伸或剪切力，在单向承载的状态下，测量T型结构变形的试验方法。这种方法虽然简单易施，但其缺点在于变形测量结果并非完全是T型结构本身的变形，还包含了测试夹具及试验机变形，因此测量结果往往偏大。除上述不足外，现有技术中均缺乏高温状态下T型结构件的力学性能测试方法。
[0004]因此，有必要提供一种在高温状态下实现CMC涡轮导叶缘板T型特征结构力学性能测试的试验方法，为涡轮导向叶片的结构设计及力学性能评价提供依据。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术的不足，提供一种能够在高温状下实现CMC涡轮导叶缘板T型结构高精度变形和强度测试的试验方法，为CMC涡轮导叶缘板T型结构设计与分析提供依据。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种CMC涡轮导叶缘板T型结构高温性能试验装置，包括上转接头,上转接头的上端与万能电子试验机的上夹头连接，上转接头的下端与上夹具的上端连接，上夹具的下端连接加载头，加载头与涡轮导叶缘板T型结构的竖向板的下侧面接触，涡轮导叶缘板T型结构的竖向板位于涡轮导叶缘板T型结构的横向板中部，涡轮导叶缘板T型结构的竖向板与涡轮导叶缘板T型结构的横向板一体成型构成涡轮导叶缘板T型结构，涡轮导叶缘板T型结构的横向板通过挡板固定在下夹具的上部，下夹具的下端与下转接头的上端连接，下转接头的下端与万能电子试验机的下夹头连接，万能电子试验机对上转接头和下转接头分别压力向上和向下的力时，加载头对涡轮导叶缘板T型结构施加向上的力，本装置还包括高温炉,高温炉为涡轮导叶缘板T型结构提供高温试验环境。
[0007]进一步的，上转接头的上端为矩形块状结构，用于与万能电子试验机的上夹头相
连接，上转接头的中部为两侧内凹的梯型结构，用于增加上转接头的强度，上转接头的下端开设有与上夹具的上端卡合的凹腔一，凹腔一的壁面设有螺纹通孔。
[0008]进一步的，上夹具的上端开设有与凹腔一的壁面相适应的螺纹通孔，上夹具的上端与上转接头的下端通过螺栓固定连接，上夹具的下端也开设有螺纹通孔。
[0009]进一步的，加载头开设有与上夹具的下端相适应的螺纹通孔，加载头通过螺栓与上夹具的下端固定连接，加载头与涡轮导叶缘板T型结构的竖向板的下侧面接触处为圆弧结构，加载头对涡轮导叶缘板T型结构施力时，仅为加载头的圆弧结构向涡轮导叶缘板T型结构的竖向板的下侧面施加向上的力，加载头靠近挡板的位置设置凹槽，避免在安装和试验过程中，加载头与挡板碰撞。
[0010]进一步的，下夹具的上部开设有与涡轮导叶缘板T型结构的横向板形状相适应的固定槽，固定槽四个角均为圆角，避免在试验过程中涡轮导叶缘板T型结构的横向板损坏，挡板上设置有螺纹通孔，与下夹具的上部通过螺栓固定，进而将涡轮导叶缘板T型结构的横向板固定在固定槽中，下夹具的下端开设有螺纹通孔。
[0011]进一步的，下转接头的上端开设有与下夹具的下端卡合的凹腔二，凹腔二的壁面设有与下夹具的下端相适应的螺纹通孔，下转接头的上端与下夹具的下端通过螺栓固定连接，下转接头的中部为两侧内凹的梯型结构，用于增加下转接头的强度，下转接头的下端为矩形块状结构，用于与万能电子试验机的下夹头相连接。
[0012]进一步的，高温炉内侧设置有与上夹具和下夹具相适配的凹槽，高温炉分为两部分，其中一部分开设有观察窗口，观察窗口正对着涡轮导叶缘板T型结构的侧面，用于观察涡轮导叶缘板T型结构的竖向板与涡轮导叶缘板T型结构的横向板试验断裂的情况，用于使用数字图像相关技术观测涡轮导叶缘板T型结构的试验过程。
[0013]进一步的，高温炉的观察窗口安装有石英玻璃片。
[0014]进一步的，本专利技术中的上转接头、上夹具、加载头、挡板、下夹具和下转接头均为陶瓷部件。
[0015]本专利技术还提供了上述CMC涡轮导叶缘板T型结构高温性能试验装置的试验方法，具体为，包括以下步骤：步骤1，涡轮导叶缘板T型结构作为试验件，对涡轮导叶缘板T型结构面向高温炉观察窗口的侧面喷涂高温散斑，用于数字图像相关技术观测涡轮导叶缘板T型结构的试验变形过程；步骤2，将步骤1中的涡轮导叶缘板T型结构安装在下夹具的固定槽中，安装挡板，使涡轮导叶缘板T型结构固定在固定槽中，用螺栓将挡板与下夹具拧紧固定；步骤3，将加载头用螺栓固定在上夹具的下端；步骤4，将上转接头和下转接头分别安装在万能电子试验机的上夹头和下夹头，并对中处理；步骤5，将加热棒固定在涡轮导叶缘板T型结构的竖向板上下两侧；步骤6，将相机固定在三角架上，将同步控制器分别与相机和电脑端连接，使用蓝光灯补光，将石英玻璃片放置于高温炉的观测窗口处，保证升温效率同时不影响数字图像相关技术观测，将相机对准高温炉观察窗口处的喷涂散斑区域并测试系统；步骤7，将热电偶放置于涡轮导叶缘板T型结构附近，并将热电偶与多通道测温仪
连接，打开多通道测温仪测温；步骤8，打开水冷机，使用水冷系统冷却上转接头、上夹具、加载头、挡板、下夹具和下转接头；步骤9，通过高温炉加热涡轮导叶缘板T型结构至设定温度；步骤10，将万能电子试验机的位移与载荷清零，在位移模式下对上转接头和下转接头由零缓慢加载，直至涡轮导叶缘板T型结构的竖向板与涡轮导叶缘板T型结构的横向板断裂，加载过程中，采用数字图像相关技术记录涡轮导叶缘板T型结构侧面散斑变化；步骤11，使用万能电子试验机加载过程为恒定位移加载，不得有冲击现象；步骤12，涡轮导叶缘板T型结构断裂后，停止万能电子试验机加载，关闭高温炉和数字图像相关技术观测系统；步骤13，待实验环境降至室温后取下涡轮导叶缘板T型结构，关闭水冷机和多通道测温仪；步骤14，应用图像处理软件计算试验过程中的应变场分布和涡轮导叶缘板T型结构的位移变化。
[0016]有益效果1、本专利技术最高测试温度可达到1200℃，能够满足CMC涡轮叶片结构的高温测试需求。
[0017]2、本专利技术高温炉结构方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.CMC涡轮导叶缘板T型结构高温性能试验装置，其特征在于，包括上转接头(1),所述的上转接头(1)的上端与万能电子试验机的上夹头连接，上转接头(1)的下端与上夹具(2)的上端连接，所述的上夹具(2)的下端连接加载头(3)，所述的加载头(3)与涡轮导叶缘板T型结构(4)的竖向板的下侧面接触，所述的涡轮导叶缘板T型结构(4)的竖向板位于涡轮导叶缘板T型结构(4)的横向板中部，涡轮导叶缘板T型结构(4)的竖向板与涡轮导叶缘板T型结构(4)的横向板一体成型构成涡轮导叶缘板T型结构(4)，所述的涡轮导叶缘板T型结构(4)的横向板通过挡板(5)固定在下夹具(6)的上部，所述的下夹具(6)的下端与下转接头(7)的上端连接，所述的下转接头(7)的下端与万能电子试验机的下夹头连接，万能电子试验机对上转接头(1)和下转接头(7)分别压力向上和向下的力时，加载头(3)对涡轮导叶缘板T型结构(4)施加向上的力，本装置还包括高温炉(8),所述的高温炉(8)为涡轮导叶缘板T型结构(4)提供高温试验环境。2.根据权利要求1所述的CMC涡轮导叶缘板T型结构高温性能试验装置，其特征在于，所述的上转接头(1)的上端为矩形块状结构，用于与万能电子试验机的上夹头相连接，所述的上转接头(1)的中部为两侧内凹的梯型结构，用于增加上转接头(1)的强度，所述的上转接头(1)的下端开设有与上夹具(2)的上端卡合的凹腔一，所述的凹腔一的壁面设有螺纹通孔。3.根据权利要求2所述的CMC涡轮导叶缘板T型结构高温性能试验装置，其特征在于，所述的上夹具(2)的上端开设有与所述的凹腔一的壁面相适应的螺纹通孔，所述的上夹具(2)的上端与上转接头(1)的下端通过螺栓固定连接，所述的上夹具(2)的下端也开设有螺纹通孔。4.根据权利要求3所述的CMC涡轮导叶缘板T型结构高温性能试验装置，其特征在于，所述的加载头(3)开设有与上夹具(2)的下端相适应的螺纹通孔，所述的加载头(3)通过螺栓与上夹具(2)的下端固定连接，所述的加载头(3)与涡轮导叶缘板T型结构(4)的竖向板的下侧面接触处为圆弧结构，加载头(3)对涡轮导叶缘板T型结构(4)施力时，仅为加载头(3)的圆弧结构向涡轮导叶缘板T型结构(4)的竖向板的下侧面施加向上的力，加载头(3)靠近挡板(5)的位置设置凹槽，避免在安装和试验过程中，加载头(3)与挡板(5)碰撞。5.根据权利要求4所述的CMC涡轮导叶缘板T型结构高温性能试验装置，其特征在于，所述的下夹具(6)的上部开设有与涡轮导叶缘板T型结构(4)的横向板形状相适应的固定槽，所述的固定槽四个角均为圆角，避免在试验过程中涡轮导叶缘板T型结构(4)的横向板损坏，挡板(5)上设置有螺纹通孔，与下夹具(6)的上部通过螺栓固定，进而将涡轮导叶缘板T型结构(4)的横向板固定在固定槽中，所述的下夹具(6)的下端开设有螺纹通孔。6.根据权利要求5所述的CMC涡轮导叶缘板T型结构高温性能试验装置，其特征在于，所述的下转接头(7)的上端开设有与下夹具(6)的下端卡合的凹腔二，所述的凹腔二的壁面设有与下夹具(6)的下端相适应的螺纹通孔，下转接头(7)的上端与下夹具(6)的下端通过螺栓固定连接，所述的下转接头(7)的中部为两侧内凹的梯型结构，用于增加...

【专利技术属性】
技术研发人员：于国强，隋正卿，高希光，邵红艳，潘容，宋迎东，倪政，周世皓，宋方潇，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
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