[发明专利]复材风扇叶片叶根元件级试样的拉-弯耦合强度试验系统

说明书

一种复材风扇叶片叶根元件级试样的拉‑弯耦合强度试验系统，包括：弯矩加载模块、支承模块、榫头夹具模块、拉伸夹具模块和限位模块，弯矩加载模块与支承模块固定连接，通过弯矩加载模块施加载荷模拟还原试样在实际工况下的受载，支承模块经由拉伸夹具模块向试样施加模拟离心载荷的拉伸载荷，限位模块在弯矩加载过程中限制榫头整体不发生偏转并避免拉伸偏心而带来额外弯矩的影响。本发明结合叶片在实际工况下所受的载荷条件，通过配套的试样的夹具为试样施加载荷，模拟实际工况下所受的载荷，以验证试样的破坏载荷的大小和发生破坏的形式。本装置能对所施加的载荷进行精确的测量和控制，可满足对于复材风扇叶片叶根元件级试样的强度试验的需求。

技术领域

本发明涉及一种材料物理检测领域的技术，具体是一种复材风扇叶片叶根元件级试样的拉-弯耦合强度试验系统。

背景技术

风扇叶片是大涵道比风扇发动机前端的重要部件之一，风扇叶片的质量影响着大涵道比涡扇航空发动机的效率。要减轻风扇叶片的质量，发展重量更轻的复合材料风扇叶片就更是一种必然趋势，复合材料的使用是实现发动机更高涵道比和减轻重量的唯一途径。用预浸料/热压罐技术成型的复合材料风扇叶片由数百层碳纤维预浸料层叠铺放加压固化而成，由于其层叠结构这一结构特性，铺层复合材料结构的各层间强度较低，最主要的失效形式即为层间分，，离。因此，铺层复材叶片对气动载荷所引起的弯矩比较敏感，验证风扇叶片是否会在气动载荷和离心载荷的共同作用下发生层间分离而产生结构上的破坏是必要的。

复合材料性能表征复杂，复材风扇叶片需要经过积木式验证才能投入使用，从材料测试建立材料性能，到部件试验建立设计值，试验内容由简至繁，最后才对所设计的结构性能进行分析验证。元件级试验是积木式试验的重要环节之一，是连接材料试验和全尺寸部件试验之间的重要桥梁。元件级试样件完整保留研究部分的设计特征，对次要部分进行简化，而且与全尺寸试验相比，可显著降低多批次试验的成本，分析结果对全尺寸部件的设计优化也有指导意义。

元件级试样的验证，需要设计合理的实验方案以及可用于元件级试样的验证的装备。榫头三维造型复杂，属于非标准试样，当前，无用于叶根榫头元件级试样的强度验证的设备。因此，对用于复材风扇叶片叶根元件级试样的拉-弯耦合强度试验系统的开发对与国内复材风扇叶片的研制具有非常重要的工程实用价值。

发明内容

本发明针对上述现有技术的缺陷和不足，提出一种复材风扇叶片叶根元件级试样的拉-弯耦合强度试验系统，结合叶片在实际工况下所受的载荷条件，通过配套的试样的夹具为试样施加载荷，模拟实际工况下所受的载荷，以验证试样的破坏载荷的大小和发生破坏的形式。本装置能对所施加的载荷进行精确的测量和控制，可满足对于复材风扇叶片叶根元件级试样的强度试验的需求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种复材风扇叶片叶根元件级试样的拉-弯耦合强度试验系统，包括：弯矩加载模块、支承模块、榫头夹具模块、拉伸夹具模块和限位模块，其中：弯矩加载模块与支承模块固定连接，通过弯矩加载模块施加载荷模拟还原试样在实际工况下的受载，支承模块经由拉伸夹具模块向试样施加模拟离心载荷的拉伸载荷，限位模块在弯矩加载过程中限制榫头整体不发生偏转并避免拉伸偏心而带来额外弯矩的影响。

所述的弯矩加载模块包括：液压缸和液压缸安装架以及液压系统，其中：液压缸设置于液压缸安装架上，液压系统通过液压缸的出油口和进油口构成液压回路以施加载荷。

所述的支承模块包括：系统底座、轴承组件与安装轴，其中：安装轴设置于系统底座上并通过紧固螺栓与拉伸机固定连接，轴承组件通过螺栓设置于系统底座上。

所述的轴承组件包括：调心滚子轴承与轴承座，其中：轴承座上设有通孔和定位孔，轴承座过螺栓和定位销与支承模块的系统底座相连。

所述的系统底座上设有用于安装螺栓的光孔和定位销孔，用于确定其他各零件的相对位置。