【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空发动机，具体而言，涉及一种航空发动机涡轮叶片模拟件高温高周疲劳试验装置及试验方法。
技术介绍
1、航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，而涡轮叶片则是其重要的组成部件，要提高航空发动机的性能就必须提升涡轮叶片的性能。由于涡轮叶片往往工作于高温、高压、高转速的环境中，在气流激振作用下容易产生较大振动应力并发生高周疲劳失效。
2、因此，如何研究涡轮叶片的高周疲劳特性，从而揭示其损伤机理，并提出涡轮叶片的寿命改善方法，是亟需解决的问题之一。
3、需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、本专利技术实施例的目的在于提供一种航空发动机涡轮叶片模拟件高温高周疲劳试验装置及试验方法。
2、本专利技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本专利技术的实践而习得。
3、根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种航空发动机涡轮叶片模拟件高温高周疲劳试验装置，疲劳试验装置包括：振动试验台、水冷盘、工装夹具底座、工装夹具盖板、试验架组件、激光位移传感器、加速度传感器、高温炉加热系统、温度传感器、数据采集和模态分析设备、振动控制与数据分析系统、振动控制设备和振动实验台水冷机；其中，所述水冷盘固定在所述振动试验台上，所述振动实验台水冷机通过进水管和出水管与所述水冷盘形成一个水冷循环；所述工装夹具底座固定在所
4、在本公开的一种示例性实施例中，所述试验架组件包括竖直支撑组件和水平安装杆构，所述水平安装杆件两侧设置有与所述竖直支撑组件表面凹槽孔位配合的孔，通过螺栓将竖直支撑组件和水平安装杆连接；所述水平安装杆上设置有一个能够使所述激光位移传感器移动的凹槽。
5、在本公开的一种示例性实施例中，所述工装夹具底座与所述工装夹具盖板装配面内各设有凹槽，以用于匹配固定模拟件。
6、在本公开的一种示例性实施例中，所述试验装置还包括底座，所述试验架组件和所述振动实验台均固定于所述底座上。
7、在本公开的一种示例性实施例中，所述数据采集和模态分析设备具有八通道，每个通道最大采样率为204.8khz且均有独立的led状态显示灯。
8、在本公开的一种示例性实施例中，加速度传感器的量程为500g，灵敏度为10.42mv/g，分辨率为0.0015g。
9、在本公开的一种示例性实施例中，所述激光位移传感器的线性量程为50mm，采样频率范围为1.5khz～49khz，分辨率为7.5um。
10、在本公开的一种示例性实施例中，所述振动试验台的额定正弦激振力为10kn，最大加速度为1000m/s2，额定位移为51mm。
11、根据本专利技术实施例的另一个方面，提供了一种航空发动机涡轮叶片模拟件高温高周疲劳试验方法，疲劳试验方法包括：
12、提供上述的疲劳试验装置；
13、对所述疲劳试验装置的水冷盘进行气密性试验，确保所述水冷盘降温能力和气密性满足预设条件；
14、打开所述振动控制设备启动疲劳试验装置；通过力锤激励法进行测试，移动力锤法采用多点激励，单点测量的方式；试验之前需要在基于模拟件的几何形状，在模态分析软件中完成几何模型的建立；将所述加速度传感器粘贴至模拟件的一个激振点上，并根据模态分析软件中的指令敲击对应的激振点，所述加速度传感器就可得到该点的加速度响应，待所有点的信号采集完成后，通过模态分析系统便识别出模拟件的模态参数；
15、结合有限元的分析结果与模拟件的应变测量结果对模拟件最大应力部位的应力进行标定，并采用间接法标定高温下的应力；
16、对安装固定好的模拟件进行一次室温环境下的扫频试验，记录模拟件的固有频率；然后设置所述高温炉加热控制器的加热程序，对模拟件进行加热，当模拟件温度达到目标温度时，保温十分钟并进行一次高温扫频试验，记录模拟件的一阶固有频率；最后，采用追踪驻留的方式进行高周疲劳试验，控制试验过程中的振幅大小；
17、设定试验终止条件，以模拟件的固有频率下降2％或者模拟件表面出现明显的裂纹作为试验终止的条件；或者，试验循环数达到107次，试验终止。
18、在本公开的一种示例性实施例中，振动应力标定试验包括：
19、确定应变测点位置，选取模拟件夹持端附近应力较大的位置粘贴应变片；
20、利用所述振动实验台对模拟件进行目标阶次下的共振驻留试验，测量模拟件在一阶共振状态下的振动响应，记录其在不同振幅下的应变幅值，并采用线性拟合的方式得到二者的关系曲线；
21、比例系数k的确定基于有限元分析的结果，需对模拟件和夹具整体、模型进行有限元谐响应分析，给定整体位移幅值，得到模拟件整体及试验段应力云图；提取与应变片粘贴位置对应区域内所有节点的应力，计算得到该区域内应力的平均值，该应力值即应变片测点位置的应力值和模拟件最大应力值，后者应力值除以前者应力值即可得到比例系数k；
22、采用室温下测得模拟件端部位移与测点应变关系近似替代高温状态下的模拟件端部位移与测点应变的关系；将应变值乘上对应温度的弹性模量得到对应温度下的应力值，并将对应温度下的应力值乘上比例系数k，进而得到高温下模拟件的最大应力，该最大应力值即为高周疲劳试验的应力水平。
23、本专利技术提供的一种航空发动机涡轮叶片模拟件高温高周疲劳试验装置，相比于传统的采用电磁感应加热进行疲劳试验的方式，本专利技术提供的试验装置建造成本低，易维护、安装灵活且操作简便，不需要大型基建建设和大量人员进行试验跟踪，降低了人工成本。本专利技术提供的试验装置通过调整高度和宽度可适用于不同规格的模拟件，具有极强的适用性。通过本专利技术提供的涡轮叶片模拟件高温高周疲劳试验方法进行疲劳试验时，能够根据试验结果检测到模拟件是否在高温下失效，并在检测到模拟件失效时，试验装置可自动准确获得模拟件失效时的疲劳次数。
24、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。
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1.一种航空发动机涡轮叶片模拟件高温高周疲劳试验装置，其特征在于，包括：振动试验台、水冷盘、工装夹具底座、工装夹具盖板、试验架组件、激光位移传感器、加速度传感器、高温炉加热系统、温度传感器、数据采集和模态分析设备、振动控制与数据分析系统、振动控制设备和振动实验台水冷机；其中，所述水冷盘固定在所述振动试验台上，所述振动实验台水冷机通过进水管和出水管与所述水冷盘形成一个水冷循环；所述工装夹具底座固定在所述水冷盘上，所述工装夹具底座与所述工装夹具盖板配合实现对模拟件的固定；所述试验架组件与工作夹具底座对应设置，所述激光位移传感器位置可调地安装在所述试验架组件上；所述加速度传感器固定在所述振动试验台或所述水冷盘上，以感应加速度；所述高温炉加热系统固定在所述水冷盘上，所述高温炉加热系统的加热板覆盖在所述工装夹具底座与所述工装夹具盖板周围，对模拟件进行加热；所述温度传感器的探头通过所述高温炉加热系统的观察窗玻璃板放置在模拟件周围进行测温；所述数据采集和模态分析设备、所述振动控制与数据分析系统、所述振动控制设备与所述振动试验台之间通过通信线缆连接。
2.根据权利要求1所述的疲劳试验
3.根据权利要求1所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述工装夹具底座与所述工装夹具盖板装配面内各设有凹槽，以用于匹配固定模拟件。
4.根据权利要求1所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括底座，所述试验架组件和所述振动实验台均固定于所述底座上。
5.根据权利要求1所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述数据采集和模态分析设备具有八通道，每个通道最大采样率为204.8kHz且均有独立的LED状态显示灯。
6.根据权利要求1所述的疲劳试验装置，其特征在于，加速度传感器的量程为500g，灵敏度为10.42mV/g，分辨率为0.0015g。
7.根据权利要求1所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述激光位移传感器的线性量程为50mm，采样频率范围为1.5KHz～49KHz，分辨率为7.5um。
8.根据权利要求1所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述振动试验台的额定正弦激振力为10KN，最大加速度为1000m/s2，额定位移为51mm。
9.一种航空发动机涡轮叶片模拟件高温高周疲劳试验方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的疲劳试验方法，其特征在于，振动应力标定试验包括：
...【技术特征摘要】
1.一种航空发动机涡轮叶片模拟件高温高周疲劳试验装置，其特征在于，包括：振动试验台、水冷盘、工装夹具底座、工装夹具盖板、试验架组件、激光位移传感器、加速度传感器、高温炉加热系统、温度传感器、数据采集和模态分析设备、振动控制与数据分析系统、振动控制设备和振动实验台水冷机；其中，所述水冷盘固定在所述振动试验台上，所述振动实验台水冷机通过进水管和出水管与所述水冷盘形成一个水冷循环；所述工装夹具底座固定在所述水冷盘上，所述工装夹具底座与所述工装夹具盖板配合实现对模拟件的固定；所述试验架组件与工作夹具底座对应设置，所述激光位移传感器位置可调地安装在所述试验架组件上；所述加速度传感器固定在所述振动试验台或所述水冷盘上，以感应加速度；所述高温炉加热系统固定在所述水冷盘上，所述高温炉加热系统的加热板覆盖在所述工装夹具底座与所述工装夹具盖板周围，对模拟件进行加热；所述温度传感器的探头通过所述高温炉加热系统的观察窗玻璃板放置在模拟件周围进行测温；所述数据采集和模态分析设备、所述振动控制与数据分析系统、所述振动控制设备与所述振动试验台之间通过通信线缆连接。
2.根据权利要求1所述的疲劳试验装置，其特征在于，所述试验架组件包括竖直支撑组件和水平安装杆构，所述水平安装杆件两侧设置有与所述竖直支撑组件表面凹槽孔位配合的孔，通过螺栓将竖直支撑组件和水平安装...
【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，曲一心，赵玉杰，宋誉宇，伍佳伟，王威，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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