[发明专利]一种SiC纤维增强钛基复合材料整体叶环性能评估方法

说明书

本发明属于复合材料性能评估领域，具体涉及一种SiC纤维增强钛基复合材料整体叶环性能评估方法。首先利用专用性能测试装置对SiC纤维增强钛基复合材料整体叶环的性能进行测试，通过精准设计的匹配间隙，使环形试样平稳且同轴地嵌入到支撑模具中，采用位移控制的横梁移动方式进行加载，进而获得叶环的断裂应力。然后利用有限元软件对叶环的载荷分布进行模拟，修正混合定律公式，获得复合材料整体叶环的周向承载性能。本发明方法可快速、简洁和高效的评估复合材料整体叶环承载能力，节约了制造和试验成本，缩短了研制周期，规避了棒状试样“以直代弯”的固有缺点，载荷状态更符合整体叶环承载规律，测试结果更具真实性和有效性。

技术领域

本发明涉及SiC纤维增强钛基复合材料整体叶环性能测试领域，具体涉及一种SiC纤维增强钛基复合材料整体叶环性能评估方法。

背景技术

连续SiC纤维增强钛基复合材料具有高比强度、高比模量、热稳定性好等性能优势，用其制备的复合材料整体叶环，与传统钛合金整体叶盘相比，减重可达30％以上，可显著提高发动机的性能，在航空工业中具有明确的应用前景。复合材料整体叶环其结构设计和制造水平决定了结构件的承载能力，目前超转破裂试验为评估该类转动件极限强度的常规方法，根据试验结果优化复合材料整体叶环的制备工艺。

复合材料整体叶环制造难度大、研制周期长、制造成本高，尤其对于外部增强结构的复合材料整体叶环，需要2件复合材料加强环和1件钛合金主体环匹配组装后，对整件叶环实施强度考核。超转破裂试验对设备要求高，该试验通常采用多轮次加载，在试验期间需多次中断时间监测叶环变形情况，因此整个试验过程耗时较长，试验最终为破坏性试验，测试费用高昂，根据试验结果对复合材料整体叶环进行多次结构设计和制造水平的迭代优化需要耗费大量研究成本和时间成本。

为了缩短复合材料整体叶环的研制周期，需要突破常规叶环性能评估方法，开发一种新型的测试手段评估复合材料整体叶环的承载能力，其目的是降低研制成本、缩短制造时间，简单、快捷地获得复合材料整体叶环的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种SiC纤维增强钛基复合材料整体叶环性能评估方法，该方法可快速、简洁和高效的评估复合材料整体叶环承载能力，载荷状态更符合整体叶环承载规律，测试结果更具真实性和有效性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种SiC纤维增强钛基复合材料整体叶环性能评估方法，该方法设计复合材料环形试样的专用性能测试装置，该装置设有支撑模具，支撑模具由四个相同的半圆盘组成，上下各两个半圆盘：位于上部左右相对应的半圆盘采用固定销钉定位、固定螺栓固定，位于下部左右相对应的半圆盘采用固定销钉定位、固定螺栓固定；组装后，四个半圆盘呈上下对称、左右对称，形成圆柱结构的支撑模具；圆柱结构的支撑模具外圆周设计环形的凹槽，环形试样套设于凹槽。

所述的SiC纤维增强钛基复合材料整体叶环性能评估方法，通过凹槽限位环形试样，避免两个相对应的半圆盘间出现微滑动造成拉伸方向与环形试样平面不同轴，支撑模具与环形试样间的匹配间隙为0.5mm。

所述的SiC纤维增强钛基复合材料整体叶环性能评估方法，专用性能测试装置采用上下两组高强度正交连接杆将支撑模具与力学试验机相连接，为了消除拉伸过程中环形试样出现微偏心，每组高强度正交连接杆设计为上下两个正交的连接杆：两个正交的连接杆之间通过高强销钉铰接，一个连接杆与支撑模具之间采用高强销钉铰接，另一个连接杆与力学试验机连接，形成正交双销钉连接结构。

所述的SiC纤维增强钛基复合材料整体叶环性能评估方法，上下两组高强度正交连接杆为上部正交连接杆、下部正交连接杆，上部正交连接杆为连接杆A和连接杆B为上下正交设置，连接杆A和连接杆B之间通过高强销钉A铰接，连接杆A的上部与力学试验机相连接，连接杆B的下部与支撑模具的上部通过高强销钉B铰接；下部正交连接杆为连接杆D和连接杆C为上下正交设置，连接杆D和连接杆C之间通过高强销钉C铰接，连接杆C的下部与力学试验机相连接，连接杆D的上部与支撑模具的下部通过高强销钉D铰接。