[实用新型]十字形双轴高温力学性能试验夹具

说明书

本实用新型涉及十字形双轴高温力学性能试验夹具，包括呈十字形分布的四个夹具接头；所述夹具接头的后端为球头万向接头，用于与拉力设备联接；每个夹具接头还包括T形盖板，所述T形盖板与所述T形开口槽形状配合，所述T形盖板对应T形开口槽的定位孔和连接孔同样开孔，所述T形盖板与所述槽底用于夹装试验件，并通过与定位孔配合的定位销，以及与连接孔配合的螺钉固定试验件。本实用新型设计的十字形双轴高温力学性能试验夹具的夹具接头采用了球头万向接头技术，借助于球头在万向接头的自由转动和滑动功能，从而能够有效避免夹具接头对试验件产生非预期的弯矩和扭矩。

技术领域

本实用新型涉及高温结构材料双轴力学性能测试技术领域，十字形双轴高温力学性能试验夹具，用于航空发动机涡轮部件材料的平面双轴拉伸、拉－拉疲劳和持久/蠕变力学性能试验。

背景技术

由于十字形平面双轴试验件具有平面内加载、变形路径可实时控制等优点，在金属板材本构模型验证与成形极限确定等方面得到广泛的应用，具有重要的工程应用价值。另外，十字形平面双轴试验件因其可实现不同比例、不同相位的双轴加载形式，故而在受力呈现复杂多轴应力状态的工程实践中越来越受到关注和重视，尤其是在航空发动机涡轮部件的结构设计、多轴力学性能试验与计算仿真分析等研究领域更为显著和迫切。

十字形平面双轴试验件在航空发动机涡轮部件的研制中具有两个重要的研究方向。其一，高性能的定向凝固和单晶涡轮叶片材料通常具有明显的各向异性，在实际服役过程中常常处于复杂应力状态，需要对定向凝固和单晶涡轮叶片材料进行双轴甚或多轴力学性能加载试验，真实反映和揭示涡轮叶片各向异性材料的应力状态，获得准确的应力响应，才能充分评价定向凝固和单晶涡轮叶片的结构强度和寿命。其二，绝大部分航空发动机涡轮盘采用各向同性材料，例如镍基变形高温合金和镍基粉末高温合金，但涡轮盘在实际服役过程中承受典型的双轴应力状态，即离心力和周向力，且离心力和周向力在涡轮盘不同位置具有不同的比例和大小，需要对涡轮盘考核部位的双轴应力状态进行确认，然后通过载荷转换施加在十字形平面双轴试验件上并开展相应的试验，以实现涡轮盘考核部位的强度和寿命评价。若要实现航空发动机涡轮部件在实际服役过程中的平面双轴应力响应，必须开展十字形平面双轴试验件的力学性能试验。需要突破的关键问题有两个，一是十字形平面双轴试验件的结构优化设计方法，二是十字形平面双轴试验件的力学性能试验夹持方案。针对十字形平面双轴试验件的结构优化设计方法，国内外众多研究机构开展了大量的基础研究和技术改进，基本形成了十字形平面双轴试验件的结构优化设计方法的业内共识。但是，针对十字形平面双轴试验件的力学性能试验夹持方案，国内外研究机构开展的研究较少，基本上都是根据各自的试验目的和要求设计专用的试验夹具，尚未形成统一、有效的标准方法。更为普遍的是，国内外现有双轴试验机自带的双轴夹具基本都是液压式的，只能在低温、室温或较低的高温条件下开展相关试验，不具备高温试验能力。因此，如要开展十字形平面双轴试验件的高温力学性能试验，需要设计和加工高温力学性能试验过渡夹具予以实现。更为重要的是，如果高温力学性能试验过渡夹具与十字形平面双轴试验件和双轴试验机“过度”刚性配合，一旦十字形平面双轴试验件的四个夹持段与两个加载轴方向不一致，将导致十字形平面双轴试验件在试验过程中发生非预期的弯曲和扭转，极易在十字形平面双轴试验件的标距段产生附加的弯矩和扭矩，导致应力/应变测试结果偏差较大，从而依据相关试验标准判定所获试验数据无效，造成试验资源的浪费。可以看出，减小或消除附加的弯矩和扭矩，对准确获得十字形平面双轴试验件的双轴应力应变至关重要，同时也是十字形平面双轴试验件高温力学性能试验过渡夹具设计的主要技术瓶颈。国内外各类力学性能试验标准(例如ASTM、ISO、GB、GJB和HB等)均做出使得试样标矩内的弯曲或扭转减至最小的重要说明，也给出了不同的量化指标要求，尽管这些要求基本都是针对单轴试样提出的，但对十字形平面双轴试验件也同样适用。

因此，为了消除非预期的弯曲和扭转带来的弯矩和扭矩对十字形平面双轴试验件应力/应变的影响，本专利提出了一种十字形平面双轴试验件的高温力学性能试验过渡夹具设计方法和实施途径，可以获得高温结构材料的平面双轴拉伸、拉－拉疲劳和持久/蠕变力学性能试验数据，为航空发动机涡轮部件的结构设计和强度评估提供技术支持。

实用新型内容