CN109342212A - 超高温疲劳试验装置及其夹具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超高温疲劳试验装置及超高温疲劳试验装置的夹具。所述夹具用于夹持一试验件。所述试验件具有两个端部和连接两个所述端部的连接部，两个所述端部的尺寸大于所述连接部的尺寸。所述夹具包括夹头和两个夹板。所述夹头具有两个沿载荷方向延伸的延伸部，两个所述延伸部的相对的侧壁与所述试验件的一所述端部相匹配，并能与所述试验件的一端卡合。两个所述夹板可拆卸地夹持于所述夹头两侧，且两个所述夹板均能与两个所述延伸部接触。所述夹头与两个所述夹板均为陶瓷材料。本发明的夹具能够防止试验件从夹具脱出，使夹具能够更加牢固地夹持试验件，并可以适用于超高温环境。

Description

超高温疲劳试验装置及其夹具

技术领域

本发明涉及测试装置技术领域，尤其涉及一种超高温疲劳试验装置及超高温疲劳试验装置的夹具。

背景技术

涡轮组件是一种将流动工质的能量转换为机械功的旋转式机械，它是航空发动机的主要部件，对航空发动机的性能有很大影响。其中，涡轮组件主要包括叶片和轮盘。陶瓷基复合材料作为涡轮叶片的主要材料，其疲劳性能直接影响涡轮叶片的工作性能和服役寿命。

目前，为了测试上述材料的疲劳性能，常常将由试验件的两端做成燕尾型结构，同时，采用具有燕尾槽的夹具夹持于试验件的两端，并通过驱动机构进行疲劳试验。但是，该过程存在夹具夹持不牢固以及试验可靠性差的问题，并且由合金制备而成的夹具不能适用于超高温环境。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高温疲劳试验装置的夹具，能够更加牢固地夹持试验件，并可以适用于超高温环境。

本发明的另一目的在于提供一种超高温疲劳试验装置，能够提高试验的可靠性。

根据本发明的一个方面，提供一种超高温疲劳试验装置的夹具，用于夹持一试验件。所述试验件具有两个端部和连接两个所述端部的连接部，两个所述端部的尺寸大于所述连接部的尺寸。所述夹具包括夹头和两个夹板。所述夹头具有两个沿载荷方向延伸的延伸部，两个所述延伸部的相对的侧壁与所述试验件的一所述端部相匹配，并能与所述试验件的一端卡合。两个所述夹板可拆卸地夹持于所述夹头两侧，且两个所述夹板均能与两个所述延伸部接触。所述夹头与两个所述夹板均为陶瓷材料。

在本公开的一种示例性实施例中，两个所述夹板通过螺栓连接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述螺栓数量为两个，且两个所述螺栓均穿过所述夹头。

在本公开的一种示例性实施例中，两个所述夹板均具有向两个所述延伸部之间延伸的凸出部，所述凸出部能顶抵位于两个所述延伸部之间的所述试验件。

根据本发明的一个方面，提供一种超高温疲劳试验装置，包括支撑板、移动板、第一夹具、第二夹具以及驱动机构。所述移动板与所述支撑板正对设置。所述第一夹具位于所述支撑板与所述移动板之间，且与所述支撑板连接。所述第二夹具位于所述支撑板与所述移动板之间，且与所述移动板连接。所述驱动机构用于驱动所述支撑板与所述移动板相向或背向移动。其中，所述第一夹具和所述第二夹具均为上述任一项所述的超高温疲劳试验装置的夹具，并沿载荷方向分布，所述第一夹具和所述第二夹具能够夹持于所述试验件的两端。

在本公开的一种示例性实施例中，所述超高温疲劳试验装置还包括加热炉，所述加热炉位于所述支撑板和所述移动板之间，所述加热炉具有空腔，所述空腔沿载荷方向贯通，且所述第一夹具和所述第二夹具均位于所述空腔内。

在本公开的一种示例性实施例中，所述空腔的内壁设有石墨层。

在本公开的一种示例性实施例中，所述超高温疲劳试验装置还包括第一连杆、第二连杆、第一密封块以及第二密封块。所述第一连杆连接所述支撑板和所述第一夹具。所述第一密封块设于所述第一连杆，且与所述空腔的内壁滑动密封配合。所述第二连杆连接所述移动板和所述第二夹具。所述第二密封块设于所述第二连杆，且与所述空腔的内壁滑动密封配合。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一密封块上设有连通所述空腔与外界的第一通孔，所述第二密封块上设有连通所述空腔与外界的第二通孔。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一连杆与所述第二连杆均为陶瓷材料。

本公开超高温疲劳试验装置的夹具相比现有技术的有益效果在于：

通过两个延伸部卡合试验件的一端，能够防止试验件沿载荷方向运动，并通过两个夹板对试验件进行限定，能够防止试验件沿垂直于载荷方向的方向运动，从而防止试验件从夹具脱出，使夹具能够更加牢固地夹持试验件。同时，由于夹头和两个夹板均为陶瓷材料，从而使夹具可以适用于超高温环境。

本公开超高温疲劳试验装置相比现有技术的有益效果在于：

将第一夹具和第二夹具夹持于试验件的两端，使驱动机构驱动支撑板和移动板背向运动，进而使第一夹具和第二夹具对试验件施加载荷，并测试试验件的疲劳性能。测试完成后，使驱动机构驱动支撑板和移动板相向运动，以顺利卸下该试验件。由于第一夹具和第二夹具均能够适用于超高温环境，并能够牢固地夹持试验件，从而提高了试验的可靠性。

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，并不能限制本发明。

附图说明

通过参照附图来详细描述其示例性实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本公开实施方式的夹头的示意图；

图2为本公开实施方式的夹具的示意图；

图3为本公开实施方式的夹具的侧视图；

图4为本公开实施方式的超高温疲劳试验装置的示意图；

图5为图4的局部剖视图；

图6为图5中第二连杆、第二密封块以及连接块的配合示意图；

图7为图5中第一连杆和第一密封块的配合示意图。

图中：1、夹头；2、延伸部；3、夹板；4、试验件；5、螺栓；6、螺孔；7、螺母；8、凸出部；9、支撑板；10、移动板；11、第一夹具；12、第二夹具；13、驱动机构；14、加热炉；15、空腔；16、第一密封块；17、第二密封块；18、第一连杆；19、第二连杆；20、连接块；21、第一通孔；22、第二通孔；23、导管；24、螺纹。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免模糊本公开的各方面。

用语“一”和“该”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

本公开实施方式提供一种超高温疲劳试验装置的夹具，该夹具用于夹持一试验件。如图2所示，试验件4具有两个端部和连接两个端部的连接部，两个端部的尺寸大于连接部的尺寸。该试验件4的两端可以为燕尾型结构，但本公开实施方式不限于此。如图1和图2所示，该超高温疲劳试验装置的夹具包括夹头1和两个夹板3。其中：

夹头1具有两个沿载荷方向延伸的延伸部2，两个延伸部2的相对的侧壁与试验件4的一端部相匹配，并能与试验件4的一端卡合。两个夹板3可拆卸地夹持于夹头1两侧，且两个夹板3均能与两个延伸部2接触。所述夹头1与两个所述夹板3均为陶瓷材料。

本公开实施方式通过两个延伸部2卡合试验件4的一端，能够防止试验件4沿载荷方向运动，并通过两个夹板3对试验件4进行限定，能够防止试验件4沿垂直于载荷方向的方向运动，从而防止试验件4从夹具脱落，使夹具能够更加牢固地夹持试验件4。同时，由于夹头1和两个夹板3均为陶瓷材料，从而使夹具可以适用于超高温环境。

下面对本公开实施方式中超高温疲劳试验装置的夹具的各部分进行详细说明：

如图1所示，在一实施方式中，夹头1的形状可以为圆柱状等结构，其尺寸在此不做特殊限定。夹头1具有两个沿载荷方向延伸的延伸部2。以圆柱状夹头1为例，该夹头1的一个底面沿着轴线方向向外凸伸形成两个具有相同大小的延伸部2，且两个延伸部2沿径向分布于底面的两端。其中，该延伸部2可以为板状结构，该延伸部2的厚度方向垂直于夹头1的径向方向。一个延伸部2的侧壁与另一个延伸部2的侧壁相对设置，且两个侧壁构成能够与试验件4的一端卡合的空间。该空间可呈燕尾槽结构，以卡合于两端为燕尾型结构的试验件4。

应当理解的是，上述延伸部2的结构仅为示例性说明，在本公开其它实施方式中，延伸部2还可以为其它结构，只要能起到相同的作用即可，在此不再详述。

如图2所示，在一实施方式中，两个夹板3可拆卸地夹持于夹头1两侧。其中，两个夹板3可以通过螺栓5可拆卸地夹持于夹头1两侧，但本公开实施方式不限于此。该螺栓5的数量可以一个、两个或三个，但不以此为限，还可以是更多个，具体数量可根据夹板3的尺寸而定，夹板3的尺寸越大，螺栓5的数量可越多。举例说明，该螺栓5的数量可以为两个，且均穿过夹头1。

如图2所示，上述的两个夹板3均能与两个延伸部2接触，以防止试验件4从两个延伸部2之间的空间脱出。以具有板状结构的延伸部2为例，一个夹板3能够紧贴于两个延伸部2位于同一侧的表面，另一个夹板3能够紧贴于两个延伸部2位于另一侧的表面。在本公开其它实施方式中，两个夹板3还可以通过其它方式与两个延伸部2接触。其中，两个夹板3和两个延伸部2均设有与上述的螺栓5配合的螺孔6。螺栓5从夹头1的一侧穿入，从另一侧穿出，并与螺母7配合，从而使两个延伸部2夹持于两个夹板3之间。该螺栓5和螺母7均可以由陶瓷材料制备而成，但本公开实施方式不以此为限。

如图2和图3所示，在一实施方式中，两个夹板3均具有向两个延伸部2之间延伸的凸出部8，该凸出部8能顶抵位于两个延伸部2之间的试验件4。具体而言，当试验件4在垂直于载荷方向的方向上的尺寸小于两个延伸部2之间的空间在相应方向上的尺寸时，凸出部8伸入两个延伸部2之间，并顶抵于试验件4。此外，当试验件4在垂直于载荷方向的方向上的尺寸大于两个延伸部2之间的空间在相应方向上的尺寸时，凸出部8紧压于两个延伸部2之间的试验件4。在本公开其它实施方式中，凸出部8还可以以其它方式顶抵该试验件4，在此不再详述。

在疲劳试验过程中，顶抵于试验件4的凸出部8增加了夹板3与试验件4的摩擦力，进一步增强了夹具对试验件4的夹持作用，避免试验件4发生扭转和倾斜，并使试验件4难以从夹具中脱离，提高了试验的可靠性；同时，在试验件4受到的载荷一定时，由于夹板3与试验件4之间的摩擦力增加，从而使夹头1的延伸部2与试验件4间的相互作用力降低，从而减弱了延伸部2与试验件4之间的应力集中，避免了延伸部2和试验件4发生损坏，提高了试验的可靠性。

本公开实施方式还提供一种超高温疲劳试验装置。如图4和图5所示，该超高温疲劳试验装置包括支撑板9、移动板10、第一夹具11、第二夹具12以及驱动机构13。其中：

支撑板9与移动板10正对设置。第一夹具11位于支撑板9与移动板10之间，且与支撑板9连接。第二夹具12位于支撑板9与移动板10之间，且与移动板10连接。第一夹具11和第二夹具12均为上述任一实施方式所述的夹具，并沿载荷方向分布，且第一夹具11和第二夹具12能够夹持于试验件4的两端。驱动机构13用于驱动支撑板9与移动板10相向或背向移动。

本公开实施方式的超高温疲劳试验装置将第一夹具11和第二夹具12夹持于试验件4的两端，使驱动机构13驱动支撑板9和移动板10背向运动，进而使第一夹具11和第二夹具12对试验件4施加载荷，并测试试验件4的疲劳性能。测试完成后，使驱动机构13驱动支撑板9和移动板10相向运动，以顺利卸下该试验件4。由于第一夹具11和第二夹具12均能够适用于超高温环境，并能够牢固地夹持试验件4，从而提高了试验的可靠性。

下面对本公开实施方式中超高温疲劳试验装置的各部分进行详细说明：

如图4和图5所示，在一实施方式中，支撑板9和移动板10的形状均可以为矩形等形状，其尺寸可大于第一夹具11。支撑板9和移动板10的材料均可以为铸铁，以便具有良好的刚度。在本公开其它实施方式中，支撑板9和移动板10的材料还可以为铸钢。举例而言，支撑板9和移动板10均为矩形，且尺寸大于第一夹具11，且由铸钢制备而成。

如图5和图6所示，上述移动板10通过第二连杆19连接第二夹具12。其中，移动板10和第二连杆19可以直接连接，也可以通过连接块20间接连接。例如，移动板10与连接块20通过螺纹24连接，该第二连杆19通过孔销配合连接于连接块20，从而使移动板10与第二连杆19连接。该孔销配合所用的定位销为陶瓷材料，既能可靠地传递载荷，还能够提供其耐高温性能。在本公开其它实施方式中，第二连杆19还可以键连接于连接块20。该连接键可以为高温合金材料。该第二连杆19与第二夹具12可通过孔销配合连接，也可以通过螺栓连接，还可以通过键连接，但本公开实施方式不以此为限。第二连杆19和第二夹具12间的连接键可以为陶瓷材料。

如图5和图7所示，支撑板9通过第一连杆18连接第一夹具11。支撑板9和第一连杆18的连接方式同移动板10和第二连杆19的连接方式一致。第一连杆18和第一夹具11的连接方式同第二连杆19和第二夹具12的连接方式一致。

如图4和图5所示，在一实施方式中，驱动机构13可以为液压缸，其位于支撑板9和移动板10之间，且该液压缸的一端连接于支撑板9，另一端连接于移动板10，但本公开实施方式的驱动机构13不限于此。该驱动机构13用于向试验件4提供载荷。具体而言，在支撑板9固定的情况下，该驱动机构13驱动支撑板9和移动板10背向移动，进而使移动板10通过第二连杆19带动第二夹具12移动，从而向试验件4施加载荷。此外，该驱动机构13还能够驱动支撑板9和移动板10相向移动，使试验件4恢复原状，以顺利卸载该试验件4。其中，该驱动机构13可以按照载荷谱向试验件4施加载荷。

如图4和图5所示，在一实施方式中，本公开实施方式的超高温疲劳试验装置还可以包括加热炉14，用于为试验件4提供高温环境。该加热炉14可呈圆筒状等结构，其材料在此不做特殊限定。该加热炉14可位于支撑板9和移动板10之间，并设有沿试验件4的载荷方向贯通的空腔15。其中，第一夹具11和第二夹具12均可位于该空腔15内，以使被第一夹具11和第二夹具12夹持的试验件4位于空腔15内。以具有圆筒状结构的加热炉14为例，该加热炉14位于支撑板9和移动板10之间，其第一底面正对于支撑板9，其第二底面正对于移动板10，且该加热炉14的第一底面连接于支撑板9，以使加热炉14固定于超高温疲劳试验装置。同时，该加热炉14还设有贯穿该加热炉14的上下底面的空腔15。

如图5所示，在一实施方式中，上述空腔15可以为圆柱型空腔15，其尺寸应保证第一夹具11、第二夹具12以及夹持于第一夹具11和第二夹具12之间的试验件4能够放置于该空腔15中。该圆柱型空腔15可以具有非均匀的横截面。具体而言，该圆柱型空腔15两端开口处的截面较小，中间部位截面较大。当然，该圆柱型空腔15还可以具有均匀的横截面。在其它实施方式中，该空腔15还可以为长方体型空腔等。该空腔15内壁以辐射传热的方式加热该试验件4。其中，该空腔15的内壁设有石墨层，能够提高空腔15中辐射传热的均匀性。

如图5所示，在一实施方式中，本公开实施方式的超高温疲劳试验装置还可以包括第一密封块16和第二密封块17。该第一密封块16设于第一连杆18，且能与所述空腔15的内壁滑动密封配合。该第二密封块17设于第二连杆19，且能与空腔15的内壁滑动密封配合。以圆柱型空腔15为例，第一密封块16和第二密封块17均为圆柱型密封块，且能与圆柱型空腔15两端的内壁滑动密封配合。第一连杆18穿设于第一密封块16，第二连杆19穿设于第二密封块17。其中，第一连杆18与第一密封块16的接触面以及第二连杆19与第二密封块17的接触面均涂有密封胶，以提高空腔15的密封性能。此外，该第一密封块16和第二密封块17的材料均可以为陶瓷纤维，但本公开实施方式不以此为限。该第一连杆18和第二连杆19均为陶瓷材料，以提高部件的耐高温能力，但本公开实施方式不以此为限。

如图5-图7所示，在一实施方式中，第一密封块16上设有连通空腔15与外界的第一通孔21，第二密封块17上设有连通空腔15与外界的第二通孔22。该第一通孔21可以为进气孔，该第二通孔22可以为排气孔。通过从进气孔不断通入惰性气体，使存在于空腔15中的氧气从排气孔排出，进而使试验件4能够在无氧环境中进行超高温疲劳试验，避免了试验件4的氧化。其中，该进气孔通过导管23与配置有减压稳压阀的惰性气体罐连接。该导管23上设有转子流量计，以控制惰性气体的进气速率，避免了过大的进气速率对空腔15内温度的影响。该惰性气体可以为氮气或氦气，但本公开实施方式中的惰性气体不限于此。此外，该第一通孔21的位置可高于该第二通孔22的位置。在其它实施方式中，该第一通孔21可以为排气孔，该第二通孔22可以为进气孔。此外，该第二密封块17上可设有热电偶，以测量空腔15中的温度，方便试验人员控制空腔15中的温度。

在一实施方式中，本公开的超高温疲劳试验装置还包括控制器，与上述的驱动机构、加热炉以及转子流量计通过线缆连接，用于同步控制试验装置的载荷、加热速率以及进气速率。

本领域技术人员在考虑说明书及实践后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种超高温疲劳试验装置的夹具，用于夹持一试验件，所述试验件具有两个端部和连接两个所述端部的连接部，两个所述端部的尺寸大于所述连接部的尺寸，其特征在于，所述夹具包括：

夹头，具有两个沿载荷方向延伸的延伸部，两个所述延伸部的相对的侧壁与所述试验件的一所述端部相匹配，并能与所述试验件的一端卡合；

两个夹板，可拆卸地夹持于所述夹头两侧，且两个所述夹板均能与两个所述延伸部接触；

其中，所述夹头与两个所述夹板均为陶瓷材料。

2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，两个所述夹板通过螺栓连接。

3.根据权利要求2所述的夹具，其特征在于，所述螺栓数量为两个，且两个所述螺栓均穿过所述夹头。

4.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，两个所述夹板均具有向两个所述延伸部之间延伸的凸出部，所述凸出部能顶抵位于两个所述延伸部之间的所述试验件。

5.一种超高温疲劳试验装置，其特征在于，包括：

支撑板；

移动板，与所述支撑板正对设置；

第一夹具，位于所述支撑板与所述移动板之间，且与所述支撑板连接；

第二夹具，位于所述支撑板与所述移动板之间，且与所述移动板连接；

驱动机构，用于驱动所述支撑板与所述移动板相向或背向移动；

其中，所述第一夹具和所述第二夹具均为权利要求1-4任一项所述夹具，并沿载荷方向分布，所述第一夹具和所述第二夹具能够夹持于所述试验件的两端。

6.根据权利要求5所述的超高温疲劳试验装置，其特征在于，所述超高温疲劳试验装置还包括：

加热炉，位于所述支撑板和所述移动板之间，所述加热炉具有空腔，所述空腔沿载荷方向贯通，且所述第一夹具和所述第二夹具均位于所述空腔内。

7.根据权利要求6所述的超高温疲劳试验装置，其特征在于，所述空腔的内壁设有石墨层。

8.根据权利要求6所述的超高温疲劳试验装置，其特征在于，所述超高温疲劳试验装置还包括：

第一连杆，连接所述支撑板和所述第一夹具；

第一密封块，设于所述第一连杆，且与所述空腔的内壁滑动密封配合；

第二连杆，连接所述移动板和所述第二夹具；

第二密封块，设于所述第二连杆，且与所述空腔的内壁滑动密封配合。

9.根据权利要求8所述的超高温疲劳试验装置，其特征在于，所述第一密封块上设有连通所述空腔与外界的第一通孔，所述第二密封块上设有连通所述空腔与外界的第二通孔。

10.根据权利要求8所述的超高温疲劳试验装置，其特征在于，所述第一连杆与所述第二连杆均为陶瓷材料。