[发明专利]一种预载荷高频振动疲劳试验装置

说明书

本发明公开了一种预载荷高频振动疲劳试验装置，包括试样和夹具，其中：所述试样为条状，其包括位于中间的试验段，位于试验段两端的挟持段，两个挟持段的端部各连接有一个螺柱；所述夹具包括一个夹具底座和两个夹块，夹具底座安装于电动振动台的连接盘上，并通过多个第二螺栓固定在连接盘上；夹具底座的两端各设置有一个卡槽，卡槽的开口宽度小于试样的挟持段的宽度；试样两端的螺柱分别卡入两个卡槽内，且在螺柱的端部安装有螺母，螺母的外径大于卡槽的开口宽度；两个夹块分别压在两个卡槽之上，并通过多个第一螺栓与夹具底座固定。本发明有效解决了基于振动台的高频疲劳试验系统中施加平均应力的问题。

技术领域

本发明涉及一种预载荷高频振动疲劳试验装置，属于材料与结构疲劳试验领域。

背景技术

随着现代工业对燃气涡轮发动机安全性、可靠性及经济性要求的不断提高，故障来源、机制、预防及维护是科研工作者们长期以来需要不断深入研究的课题。高循环疲劳失效问题是目前现代燃气涡轮发动机结构完整性中的突出问题。燃气涡轮发动机工作过程中，高速旋转的风扇、压气机和涡轮叶片不仅承受着巨大的离心力载荷，同时还承受着气流强迫振动引起的高频振动载荷。气流激励导致叶片上的振动载荷频率甚至超过1000Hz，循环数达到10⁷循环甚至以上，以至于外场确认安全的叶片亦有可能在一个飞行起落中发生高循环疲劳破坏。

由于高循环失效对结构表面状态非常敏感，而航空涡轮发动机在经历起飞、着陆或低空飞行过程中，常常会因为强大的气流压力吸入一些外物，随后进入发动机气流通道后与高速旋转的叶片发生碰撞形成外物冲击损伤而极易成为疲劳源，造成叶片过早发生高循环疲劳失效危及飞行安全。

预防叶片的高循环疲劳失效问题的有效途径之一是提高部件的抗疲劳能力，而材料疲劳性能提升及抗疲劳结构设计是提高部件的抗疲劳能力的主要方面，其中就需要大量的材料和结构的疲劳试验数据。而一方面，巨大的循环数让目前频率不超过350Hz的电磁或液压式疲劳试验机负担过重，往往试验耗时过长；另一方面振动台虽然能实现频率达到5000Hz，但往往是对称振动循环无法提供模拟离心力载荷的平均应力。

发明内容

本发明的目的是提供一种预载荷高频振动疲劳试验装置，以解决基于振动台的高频疲劳试验系统中施加平均应力的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种预载荷高频振动疲劳试验装置，包括试样和夹具，其中：

所述试样为条状，其包括位于中间的试验段，位于试验段两端的挟持段，两个挟持段的端部各连接有一个螺柱；

所述夹具包括一个夹具底座和两个夹块，夹具底座安装于电动振动台的连接盘上，并通过多个第二螺栓固定在连接盘上；夹具底座的两端各设置有一个卡槽，卡槽的开口宽度小于试样的挟持段的宽度；试样两端的螺柱分别卡入两个卡槽内，且在螺柱的端部安装有螺母，螺母的外径大于卡槽的开口宽度；两个夹块分别压在两个卡槽之上，并通过多个第一螺栓与夹具底座固定。

进一步的，所述试样为条板形，且为两端的挟持段的纵向截面较大，中间的试验段的纵向截面较小的哑铃状。

进一步的，所述试样的试验段上下表面分别与挟持段上下面表面采用一组第一圆弧面过渡连接。

进一步的，所述试样的试验段的两个侧面分别与挟持段两个侧面采用一组第二圆弧面过渡连接。

进一步的，所述试样两侧具有模拟叶片前后缘特征的带状楔形结构。

进一步的，所述第一螺栓为细牙内六角螺栓，第二螺栓为内六角螺栓，螺母为细牙外六角螺母。

进一步的，所述电动振动台是苏试DC-600-6电动振动试验系统，能够提供频率为5～5000Hz，额定正弦推力5.88KN，最大载荷200Kg。