【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及疲劳测试领域，特别是指一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置及其结构设置方法。
技术介绍
1、航空发动机起飞—巡航—着陆过程中，涡轮盘长时间高速旋转会产生离心力，有时在离心力作用下还会产生弯曲应力，属于低周疲劳荷载；在发动机巡航服役期间，由于气流影响、结构振动、燃气动力等引起的高周小幅值振动应力的影响，发动机涡轮叶片同样会发生共振，属于高周疲劳载荷。综上，发动机涡轮叶片在服役过程中会受到低周疲劳荷载和高周疲劳荷载的叠加影响
2、《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范》(gjb241a-2010)中规定，发动机叶片及材料需进行轴向载荷与高周振动载荷协同加载下的疲劳试验。传统的疲劳设计认为材料在107循环周次以后的s-n曲线趋近于一条水平渐近线，即疲劳极限，当疲劳载荷低于该疲劳极限值时，材料不会疲劳失效，即“无限寿命设计”，然而近年来，李全通等（李全通，刘青川，申景生. tc17钛合金超高周弯曲振动疲劳试验。航空动力学报，2012, 3(27): 617-622）通过研究发现在循环应力幅值低于传统疲劳荷载的情况下，在107次循环以上航空钛合金材料仍然会发生疲劳断裂，而且超高周疲劳破坏裂纹起始往往会在试样的内部。此外，航空发动机巡航服役期普遍较长，例如，俄罗斯sam146飞机发动机每天最长连续工作超过9个小时，单台发动机最长的工作时间甚至达到了11000个飞行小时。航空发动机的压气机盘和转子叶片在且正常服役条件下会在300~350℃温度范围内长期工作，并需承受高达十亿次的循环载荷。发动机涡轮叶片高温条件下
3、
4、现有技术可以在一定条件下进行高低周复合疲劳实验，但这些装置还存在以下方面不足：
5、（1）现有的高低周复合疲劳装置激振频率较低，时间成本巨大，难以完成复合超高周疲劳加载，实验效率较低。
6、（2）受传统复合疲劳实验加载方式的限制，试件通常采用两端加载的方式，这样使得试件处的自由空间不足，难以在现有设备基础上进行高温试验。
7、（3）复合疲劳试样设计是超声疲劳领域的关键，采取两端加载方式使得复合疲劳试件难以设计，灵活性差。
8、（4）装置兼容性差，面对不同型号规格的现有设备，复合疲劳装置难以做到兼容。
9、亟待出现一种可解决上述问题的新型的航空发动机叶片高温环境拉压-弯曲复合超高周疲劳实验设备。
技术实现思路
1、本专利技术提出的一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置及其结构设置方法，解决了现有技术中高低周复合疲劳装置实验效率低、试件加载方式受限等问题。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置及其结构设置方法，连接试件，包括高周驱动系统、超高周驱动系统和夹持系统；
3、所述高周驱动系统包括激振设备和高周信号发生装置；所述激振设备包括励磁装置，所述高周信号发生装置通过功率变换装置连接励磁装置；
4、所述超高周驱动系统包括压电驱动装置和超高周信号发生装置；所述压电驱动装置包括顺序连接的压电换能装置、压电变幅装置和荷载传递机构；所述超高周信号发生装置通过功率变换装置连接压电换能装置；所述荷载传递机构连接试件；
5、所述夹持系统包括左导轨、右导轨、左一滑块、左二滑块、右一滑块、右二滑块、带孔板一、带孔板二、多孔接合板；左导轨和右导轨通过螺钉固定设置于激振设备台面上；所述滑块两侧还设置有将滑块固定于导轨上的把手；带孔板通过底部螺钉固定在滑块上；多孔接合板的下端通过螺钉固定在导轨上；
6、所述压电驱动装置依次穿过带孔板二、多孔接合板和带孔板一；所述压电驱动装置水平方向的轴线与带孔板一中间孔的圆心和带孔板二中间孔的圆心设置于一条直线上。
7、进一步地，还包括高温炉，所述高温炉为对开式炉膛，设置有试件入口；可开关的热电偶；所述高温炉在水平方向和竖直方向各设有一个石英观察窗；石英观察窗外还设置有用于检测试件位移数据的激光传感器；高温炉两侧还设置有一对机械臂，机械臂的下端通过磁力吸附连接激振设备。
8、进一步地，所述带孔板一、带孔板二、多孔接合板与压电驱动装置的空隙还设置有用于固定的垫片或金属丝。
9、进一步地，所述压电驱动装置上设置有法兰盘，所述法兰盘设置于压电换能装置靠近压电变幅装置一端；所述法兰盘与多孔接合板螺钉连接；所述法兰盘与多孔接合板之间还设置有橡胶垫圈和绝缘圆环。
10、优选地，所述激振设备台面上还设置有用于监测台面机械震动的加速度传感器。
11、优选地，还包括微控制器，所述微控制器连接激光传感器、位移传感器和加速度传感器。所述微控制器连接高周信号发生装置和超高周信号发生装置。
12、本专利技术公开的一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置的结构设置方法，包括寻找超高周驱动系统共振位移驻点处；并将带孔板约束在共振位移驻点处；包括以下步骤：
13、1、在高周驱动系统、超高周驱动系统和夹持系统安装后，只启动超高周驱动系统；
14、2、测量压电换能装置、压电变幅装置、荷载传递机构表面振幅，找到其表面共振位移驻点处；
15、3、通过滑动导轨来移动带孔板到对应的共振位移驻点处处，然后滑块两侧把手固定滑块位置，并向压电驱动装置和带孔板中间孔之间的缝隙中填入垫片或金属丝固定；
16、优选地，所述压电驱动装置表面位置安装有位移传感器，所述位移传感器连接微控制器；
17、进一步地，当出现压电换能装置部分的超高周振幅整体较大，但压电变幅装置和荷载传递机构出现两个及两个以上超高周振幅极小值点时，拆卸压电换能装置部分的带孔板，将滑块和带孔板移动到压电变幅装置和荷载传递机构部分。
18、优选地，所述滑块还设置有用于控制滑块和带孔板移动的机械部；所述机械部连接微控制器。
19、本专利技术公开的一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置及其结构设置方法，使试件发生正交加载的超高周复合疲劳；可通过改变高周驱动系统和超高周驱动系统控制端输入的频率和振幅，实现设备工作范围内任何高低周频率比和高周荷载幅值的加载；高周荷载和超高周荷载均通过荷载传递机构传递给试件加载端，试件的另一端既无约束也无加载，实现了试件一端加载一端自由，使得试件的自由端拥有足够多的自由空间，拥有足够的可拓展性；可将试件装入高温炉中，模拟高温环境下的的叶片服役情况；同时，给予试件设计更高的灵活度，试件在设计时只需满足高低周复合疲劳的条件即可，不需考虑由于试件尺寸的变化导致的夹具相应位置受到影响，在试件设计方面具有很高的兼容度。本专利技术将带孔板约束在超高周驱动系统共振位移驻点处，避免了带孔板对超高周驱动系统约束过大，导致压电材料处发出的机械振幅无法传递到试件处；同时减小了带孔板和压电驱动装置连接处由于振动而产生的摩擦，避免摩擦生热导致的压电驱动装置“掉频”本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置，连接试件，其特征在于：包括高周驱动系统、超高周驱动系统和夹持系统；
2.根据权利要求1所述的一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置，其特征在于：还包括高温炉，所述高温炉为对开式炉膛，设置有试件入口；可开关的热电偶；所述高温炉在水平方向和竖直方向各设有一个石英观察窗；石英观察窗外还设置有用于检测试件位移数据的激光传感器；高温炉两侧还设置有一对机械臂，机械臂的下端通过磁力吸附连接激振设备。
3.根据权利要求2所述的一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置，其特征在于：所述压电驱动装置上设置有法兰盘，所述法兰盘设置于压电换能装置靠近压电变幅装置一端；所述法兰盘与多孔接合板螺钉连接；所述法兰盘与多孔接合板之间还设置有橡胶垫圈和绝缘圆环。
4.根据权利要求3所述的一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置，其特征在于：所述激振设备台面上还设置有用于监测台面机械震动的加速度传感器。
5.根据权利要求4所述的一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置，其特征在于：还包括微控制器，所述微控制器连
6.一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置的结构设置方法，其特征在于：包括寻找超高周驱动系统共振位移驻点处；并将带孔板约束在共振位移驻点处；包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置的结构设置方法，其特征在于：所述压电驱动装置表面位置安装有位移传感器，所述位移传感器连接微控制器。
8.根据权利要求6所述的一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置的结构设置方法，其特征在于：当出现压电换能装置部分的高周振幅整体较大，但压电变幅装置和荷载传递机构出现两个及两个以上高周振幅极小值点时，拆卸压电换能装置部分的带孔板，将滑块和带孔板移动到压电变幅装置和荷载传递机构部分。
9.根据权利要求7或8所述的一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置的结构设置方法，其特征在于：所述滑块还设置有用于控制滑块和带孔板移动的机械部；所述机械部连接微控制器。
...【技术特征摘要】
1.一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置，连接试件，其特征在于：包括高周驱动系统、超高周驱动系统和夹持系统；
2.根据权利要求1所述的一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置，其特征在于：还包括高温炉，所述高温炉为对开式炉膛，设置有试件入口；可开关的热电偶；所述高温炉在水平方向和竖直方向各设有一个石英观察窗；石英观察窗外还设置有用于检测试件位移数据的激光传感器；高温炉两侧还设置有一对机械臂，机械臂的下端通过磁力吸附连接激振设备。
3.根据权利要求2所述的一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置，其特征在于：所述压电驱动装置上设置有法兰盘，所述法兰盘设置于压电换能装置靠近压电变幅装置一端；所述法兰盘与多孔接合板螺钉连接；所述法兰盘与多孔接合板之间还设置有橡胶垫圈和绝缘圆环。
4.根据权利要求3所述的一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置，其特征在于：所述激振设备台面上还设置有用于监测台面机械震动的加速度传感器。
5.根据权利要求4所述的一种拉压-弯曲复合超高周疲劳的模拟实验装置，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宠，赵梓裕，张宏，李浪，唐森，陈明三，王清远，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。