CN205940945U - 一种屈曲试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种屈曲试验装置，属于航空发动机试验技术领域。加载盖板与加载筒体固定连接，轴向力加载装置连接在加载盖板上,加载筒体与试验件相连，试验件固定在模拟筒体上；所述内承载装置包括承载板、承载螺杆、密封螺母、限位螺母及第一密封圈，所述承载板安装在加载筒体和试验件的连接处，且通过周向布置在承载板的第一密封圈保持密封；承载螺杆穿过承载板通过限位螺母调节安装高度，承载螺杆与模拟筒体的底部间隙配合，承载螺杆末端能够摆动。本实用新型一套试验装置可实现多工况变轴向力的加载，无需针对特定内压载荷状态设计特定尺寸的承载装置，且载荷施加简便。

Description

一种屈曲试验装置

技术领域

本实用新型属于航空发动机试验技术领域，具体涉及一种屈曲试验装置。

背景技术

薄壁机匣在承受外压力、轴向压力、扭矩、弯矩等载荷作用时，当载荷达到或超过某一临界值时，有可能产生屈曲。机匣一旦发生屈曲，构件整体或局部挠度急剧增加，这是十分危险的。因此对薄壁机匣除了进行传统的静强度、刚度和寿命设计外，非常有必要进行防屈曲设计，这样才能有效地保障发动机结构的安全性和可靠性。

如图1所示为某典型薄壁筒体结构航空发动机机匣。在抗屈曲性能试验中，机匣受力情况如图1所示，分别为机匣内均匀气体压力P、后安装边机械载荷Fx、Fy、Fz、气体轴向力F_气和导致机匣屈曲的主要载荷安装节垂向力F₁。

如图2所示：机匣屈曲试验要求在施加气体内压的同时施加侧向力(Fy和Fz)、轴向力(Fx和F_气)与屈曲载荷F₁。图2为现有技术压力试验的轴向力加载方法示意图，由气体内压通过现有技术轴向力加载装置12同步施加轴向力：

式中，F_轴——作用在试验件安装边的轴向力(可通过调整d₂使F_轴＝Fx+F_气)，N；

P——机匣内压载荷，MPa；

d₁——机匣内壁直径，mm；

d₂——内压承载装置外径，mm；

此种方法的限制在于：安装边轴向力完全由气体内压施加，与内压成正比关系。而屈曲试验需分多种工况加载，每种工况内气体内压与要求的轴向力比例关系非固定，若以此种方法施加轴向载荷，则需要设计多套不同尺寸的内压承载装置才能满足轴向力变化的要求。

考核机匣抗屈曲能力时，需要考虑多种机动载荷和多种气动载荷共同作用，在进行试验器设计时，一方面要保证气体内压密封可靠性和试验边界条件的模拟，另一方面要求试验装置可以满足多工况加载条件。国内对航空发动机机匣屈曲设计的研究很少，试验验证方面的研究几乎是空白，没有较为成熟的试验方面的经验可以借鉴。

实用新型内容

本实用新型的目的：针对上述问题，提供一种屈曲试验装置，适用于机匣屈曲试验，满足试验对气体内压密封和轴向力加载、安装边外部机械载荷可变调节及安装刚度边界的条件模拟的要求。

本实用新型的技术方案：一种屈曲试验装置，适用于机匣抗屈曲试验，包括：轴向力加载装置、加载盖板、加载筒体、内承载装置及模拟筒体；

加载盖板与加载筒体固定连接，轴向力加载装置连接在加载盖板上,加载筒体与试验件相连，试验件固定在模拟筒体上；

所述内承载装置包括：承载板、承载螺杆、密封螺母、限位螺母及第一密封圈，所述承载板安装在加载筒体和试验件的连接处，第一密封圈安装在承载板的侧壁上，承载板通过第一密封圈与加载筒体及试验件的连接处保持密封；

承载螺杆的一端通过限位螺母与承载板固定，通过密封螺母对承载螺杆与承载板的连接处进行密封，承载螺杆与模拟筒体的底部间隙配合，承载螺杆另一端与模拟筒体的底部间隙配合且不固定。

优选地，所述加载筒体与加载盖板连接处的端盖内侧进行开坡口。

优选地，所述加载筒体与试验件连接处设置有第二密封圈。

优选地，所述承载螺杆末端未固定，能够周向摆动幅度小于5mm。

本实用新型技术有益效果：采用的气体轴向力承载结构、外部载荷加载结构和机匣前后安装边刚度模拟结构满足试验要求，一套试验装置可实现多工况变轴向力的加载，无需针对特定内压载荷状态设计特定尺寸的承载装置，且载荷施加简便，可推广应用于其他军、民、燃机中加压薄壁机匣屈曲试验。

附图说明

图1为试验件结构及受力情况示意图；

图2为现有技术轴向力加载装置示意图；

图3为本实用新型一种屈曲试验装置的一优选实施例的轴向力加载装置示意图；

图4为所示实施例的机匣屈曲试验装置整体示意图；

其中，1-轴向力加载装置，2-加载盖板，3-加载筒体，4-承载板,5-承载螺杆，6-密封螺母，7-限位螺母，8-第一密封圈，9-模拟筒体，10-第二密封圈，11-试验件，12-现有技术轴向力加载装置。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，请参阅图1至图4；

一种屈曲试验装置，适用于机匣抗屈曲试验，包括：轴向力加载装置1、加载盖板2、加载筒体3、内承载装置及模拟筒体9；

加载筒体3与加载盖板2连接处的端盖内侧进行开坡口，两者并通过螺栓连接，轴向力加载装置1连接在加载盖板2上,加载筒体3与试验件11相连，试验件11固定在模拟筒体9上；

内承载装置包括承载板4、承载螺杆5、密封螺母6、限位螺母7及第一密封圈8，承载板4及承载螺杆需要进行强度校核，试验时承载板4和承载螺杆5需承载所有气体内压产生的轴向力，故需充分满足强度要求，合理设计板厚、螺杆直径、材料等参数。

承载板4与加载筒体3配合安装，承载板4一般从轴向力加载装置端(坡口处)挤压第一密封圈8装入，安装在加载筒体3和试验件11的连接处，且通过周向布置在承载板4的第一密封圈8保持侧壁密封；加载筒体3与试验件11连接处端面设置有第二密封圈10，使加载筒体3与试验件11连接处端面保持密封；此时在满足密封可靠性的基础上，压缩量不宜过大以保证可装配，一般发动机机匣试验可选择断面直径φ2.7至φ3.1的O型密封圈，另外，为安装方便可在保证第一密封圈8有效压缩量的情况下适当增大轴孔配合间隙。

承载螺杆5穿过承载板4通过限位螺母7调节安装高度，通过密封螺母6对承载螺杆5与承载板4的连接处进行密封，因后安装边有侧向力加载要求，若螺杆刚性过强，则会影响机匣受力边界条件，故承载螺杆5装配后，自由端可摆动幅度应大于侧向力加载后的机匣侧向变形(一般＜5mm)，承载螺杆5下端与模拟筒体9的底部间隙配合，承载螺杆5末端能够摆动，且承载螺杆5末端摆动幅度小于5mm。

航空发动机机匣为薄壁圆柱筒结构，在屈曲试验中，筒体两端安装边连接结构的刚度对试验结果有很大影响，需用与原件刚度相同或相近的转接工装配装，本试验采用多次试验验证的刚度模拟方法设计转接结构，模拟筒体9和加载筒体3，筒体长度：

$L\≥5\sqrt{Rh}$

式中：R为转接筒体的平均半径，h为壁厚。

目前应用此机匣屈曲试验装置已成功完成多个工况机匣屈曲试验，成功探索出试验件的屈曲载荷及屈曲形式，为改进优化结构设计提供了详细的试验数据参考。

本实用新型中采用的气体轴向力承载结构、外部载荷加载结构和机匣前后安装边刚度模拟结构可推广应用于其他军、民、燃机中加压薄壁机匣屈曲试验。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种屈曲试验装置，适用于机匣抗屈曲试验，其特征在于，包括：轴向力加载装置(1)、加载盖板(2)、加载筒体(3)、内承载装置及模拟筒体(9)；

加载盖板(2)与加载筒体(3)固定连接，轴向力加载装置(1)连接在加载盖板(2)上,加载筒体(3)与试验件(11)相连，试验件(11)固定在模拟筒体(9)上；

所述内承载装置包括：承载板(4)、承载螺杆(5)、密封螺母(6)、限位螺母(7)及第一密封圈(8)，所述承载板(4)安装在加载筒体(3)和试验件(11)的连接处，第一密封圈(8)安装在承载板(4)的侧壁上，承载板(4)通过第一密封圈(8)与加载筒体(3)及试验件(11)的连接处保持密封；

承载螺杆(5)的一端通过限位螺母(7)与承载板(4)固定，通过密封螺母(6)对承载螺杆(5)与承载板(4)的连接处进行密封，承载螺杆(5)与模拟筒体(9)的底部间隙配合，承载螺杆(5)另一端与模拟筒体(9)的底部间隙配合且不固定。

2.根据权利要求1所述的一种屈曲试验装置，其特征在于：所述加载筒体(3)与加载盖板(2)连接处的端盖内侧进行开坡口。

3.根据权利要求1所述的一种屈曲试验装置，其特征在于：所述加载筒体(3)与试验件(11)连接处设置有第二密封圈(10)。

4.根据权利要求1所述的一种屈曲试验装置，其特征在于：所述承载螺杆(5)末端未固定，能够周向摆动幅度小于5mm。