一種高低周複合疲勞試驗高周振幅測量裝置及方法
2023-07-29 06:22:41 1
一種高低周複合疲勞試驗高周振幅測量裝置及方法
【專利摘要】一種高低周複合疲勞試驗高周振幅測量裝置及方法，包括：第一低周載荷加力機構、第一傳力銷釘、傳力主拉力板、第一壓緊螺栓、葉片夾具、第一傳力頂板、高頻感應加溫圈、第一滾動軸承、傳力圓棒、第二傳力頂板、渦輪盤、承力凸耳、第二滾動軸承、渦輪葉片、第二壓緊螺栓、高周載荷傳遞板、第二低周載荷加力機構、第二傳力銷釘、激振器、針尖和長焦顯微鏡。本發明實現了即使在較高溫度（200℃）下，仍能準確測量葉尖的振幅。
【專利說明】一種高低周複合疲勞試驗高周振幅測量裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及榫接高低周複合疲勞試驗領域，具體來說，是一種用於實驗室高低周複合疲勞試驗中葉尖振幅測量裝置及方法。
【背景技術】
[0002]渦輪是航空發動機中核心部件之一，它的壽命很大程度上決定了發動機的壽命。其榫接部位工作環境十分苛刻，除了受到高溫高壓燃氣的衝擊，還承受離心力和熱應力構成的低循環載荷，以及葉片受氣動載荷而產生的高循環載荷。因此，榫接部位極易產生疲勞裂紋。
[0003]為對渦輪榫接結構進行準確定壽，需在實驗室開展榫接高低周複合疲勞試驗。為此，實驗室提出了全尺寸渦輪榫接高溫複合疲勞加載方案，由液壓系統提供低周載荷，電磁激振器提供振動載荷。位移傳感器一般只能測量物體在溫度不高時下的振幅值，但是對於本試驗中葉片溫度在200°C左右，且被包在夾具內，此時用傳統的位移傳感器不能測量葉尖的振幅，為此亟需一種新方法去準確測量葉尖振幅。
【發明內容】
[0004]為了克服【背景技術】中的不足，本發明提出了一種高低周複合疲勞試驗高周振幅測量量裝置及方法，實現了即使在較高溫度(200°C )下，仍能準確測量葉尖的振幅。
[0005]本發明技術解決方案:一種高低周複合疲勞試驗高周振幅測量裝置，包括:第一低周載荷加力機構1、第一傳力銷釘2、傳力主拉力板3、第一壓緊螺栓4、葉片夾具5、第一傳力頂板6、高頻感應加溫圈7、第一滾動軸承8、傳力圓棒9、第二傳力頂板10、渦輪盤11、承力凸耳12、第二滾動軸承13、渦輪葉片14、第二壓緊螺栓15、高周載荷傳遞板16、第二低周載荷加力機構18、第二傳力銷釘19、激振器20 ;在試驗過程中,第一低周載荷加力機構I通過第一傳力銷釘2與傳力主拉力板3連接，然後通過傳力圓棒9以及第二傳力頂板10將力傳給葉片夾具5，其中在葉片夾具承力凸耳12上安裝滾動軸承13來減少力的消耗，此即是低周傳力裝置連接關係；激振器20通過激勵高周載荷傳遞板16上的激振點17來模擬高周載荷，此即高周傳力裝置連接關係；針尖21在激振點17前緣處安裝，長焦顯微鏡22安裝在針尖21前0.4m-0.6m處。
[0006]所述長焦顯微鏡22為解析度為0.0Olmm,焦距為300mm。
[0007]高低周複合疲勞試驗高周振幅測量方法，其實現步驟如下:
[0008](I)在激振點17前緣處安裝一根針尖21 ;在針尖21前0.4m_0.6m處安裝長焦顯微鏡22 ；
[0009](2)通過ANSYS軟體進行有限元計算，模擬渦輪葉片和渦輪盤以及夾具結構在試驗狀態下的位移場，確定針尖處的位移幅值和葉尖位移幅值的比值；
[0010](3)在實驗室進行高低周複合疲勞試驗時，通過長焦顯微鏡觀測針尖的位移幅值，然後通過換算，即獲得葉尖處的振幅。[0011]本發明與現有技術相比優點在於:
[0012](I)本發明由於安裝了針尖和長焦顯微鏡；實現了在試驗溫度下(200°C)葉尖振幅的測量，克服了位移傳感器不能測量試驗狀態下葉尖的振幅。
[0013](2)本發明的長焦顯微鏡解析度達到0.001mm，放大倍數高，且通過數值模擬結果得到的換算比，即可獲得葉尖振幅值，可改善高低周複合疲勞試驗精度，且簡單易於實現。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明測量裝置整體結構主視圖；
[0015]圖2為本發明測量裝置整體結構側視圖；
[0016]圖3為渦輪盤和渦輪葉片及夾具結構在試驗狀態下的位移場。
【具體實施方式】
[0017]如圖1、2所示，第一低周載荷加力機構I通過第一傳力銷釘2與傳力主拉力板3連接，然後通過傳力圓棒9以及第二傳力頂板10將力傳給葉片夾具5，其中在葉片夾具承力凸耳12上安裝滾動軸承13來減少力的消耗，此即是低周傳力裝置連接關係。激振器20通過激勵高周載荷傳遞板16上的激振點17來模擬高周載荷，此即高周傳力裝置連接關係。
[0018]在測量過程中，低周載荷通過第一低周載荷加力機構1、第二低周載荷加力機構18施加，通過傳力主拉力板3以及傳力圓棒9後移至輪盤11榫槽後方，然後用第一傳力頂板6、第二傳力頂板10從後方推至試驗葉片夾具5上的承力凸耳12上。這樣，在保證低周載荷很好傳遞的同時，使承力凸耳12上的滑動摩擦變為滾動摩擦，摩擦係數減少了兩個數量級，變為要克服承力凸耳面上的滾動摩擦力，激振器20產生的振動載荷可以很容易地克服此力，在基本上不受損失的情況下順利地傳到輪盤11榫槽榫齒上。為進一步減少高周激振力的傳遞阻力，在承力凸耳12和傳力圓棒9上均套加第一滾動軸承8和第二滾動軸承13，這樣對激振器的功率要求可以大幅度下降。同時，此方案高周振動支點位於傳力圓棒9處，此時在激振點17處施加振動則可使渦輪盤榫齒的振動應力的分布滿足:在渦輪盤一齒的振動應力最大，二、三、四齒振動應力逐漸減小。
[0019]如圖2所示，在激振點17前緣安裝5mm長針尖21，在針前0.5m處安裝長焦顯微鏡22 (解析度為0.001mm，焦距為300mm)。測量過程中通過激振器20模擬施加高周載荷，激勵高周載荷傳遞板16振動，針尖21隨之振動，長焦顯微鏡22精確讀取針尖位移幅值。
[0020]如圖3所示，採用ANSYS軟體對渦輪盤和渦輪葉片以及夾具結構進行有限元分析，施加邊界條件來模擬在試驗過程中它們受到的載荷:①對盤心進行全約束，對夾具施加IOT拉力，來模擬試驗時的低周載荷；②在夾具前緣施加位移邊界條件，其中振幅為8mm，頻率為23.5Hz，來模擬高周載荷。最後可以獲得整個結構的位移場，並確定針尖位移幅值和葉尖位移幅值的比值，通過分析結果可知，兩者比值為2.26:1.[0021]因此，在進行榫接高低周複合疲勞試驗時，只要通過長焦顯微鏡觀測針尖處振幅，然後通過針尖和葉尖位移幅值比，就可以獲得葉尖振幅值。
[0022]本發明未詳細闡述部分屬於本領域公知技術。
[0023]以上所述，僅為本發明部分【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本領域的人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種高低周複合疲勞試驗高周振幅測量裝置，包括:第一低周載荷加力機構(I)、第一傳力銷釘(2)、傳力主拉力板(3)、第一壓緊螺栓(4)、葉片夾具(5)、第一傳力頂板(6)、高頻感應加溫圈(7 )、第一滾動軸承(8 )、傳力圓棒(9 )、第二傳力頂板(10 )、渦輪盤(11)、承力凸耳(12)、第二滾動軸承(13)、渦輪葉片(14)、第二壓緊螺栓(15)、高周載荷傳遞板(16)、第二低周載荷加力機構(18)、第二傳力銷釘(19)、激振器(20);在試驗過程中，第一低周載荷加力機構(I)通過第一傳力銷釘(2)與傳力主拉力板(3)連接，然後通過傳力圓棒(9)以及第二傳力頂板(10)將力傳給葉片夾具(5)，其中在葉片夾具承力凸耳(12)上安裝滾動軸承(13)來減少力的消耗，此即是低周傳力裝置連接關係；激振器(20)通過激勵高周載荷傳遞板(16)上的激振點(17)來模擬高周載荷，此即高周傳力裝置連接關係；針尖(21)在激振點(17 )前緣處安裝，長焦顯微鏡(22 )安裝在針尖(21)前0.4m-0.6m處。
2.根據權利要求1所述的高低周複合疲勞試驗高周振幅測量裝置，其特徵在於:所述長焦顯微鏡(22)為解析度為0.001mm，焦距為300mm。
3.利用權利要求1所述的裝置進行高低周複合疲勞試驗高周振幅測量方法，其特徵在於實現步驟如下: (1)在激振點(17)前緣處安裝一根針尖(21);在針尖(21)前0.4m-0.6m處安裝長焦顯微鏡(22); (2)通過ANSYS軟體進行有限元計算，模擬渦輪葉片和渦輪盤以及夾具結構在試驗狀態下的位移場，確定針尖處的位移幅值和葉尖位移幅值的比值； (3)在實驗室進行高低周複合疲勞試驗時，通過長焦顯微鏡觀測針尖的位移幅值，然後通過換算，即獲得葉尖處的振幅。
【文檔編號】G01M13/00GK103592018SQ201310567800
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月14日 優先權日:2013年11月14日
【發明者】胡殿印, 王榮橋, 魏佳明, 劉華偉, 樊江 申請人:北京航空航天大學