一种空心圆棒试件的高温拉压疲劳试验夹具的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属材料疲劳性能试验设备，尤其是金属材料的单轴高温拉伸/压缩疲劳试验夹具的设计制造领域。
【背景技术】
[0002]航空发动机涡轮叶片服役条件恶劣(高温、高压、高转速、燃气腐蚀等)，叶片材料承受着交变的机械载荷与热载荷。开展叶片材料在复杂极端工况下的疲劳试验，以研宄其疲劳性能，具有十分重要的意义。目前高压涡轮叶片大多为空心气冷叶片，叶片内外壁存在很高的温差，导致叶片在壁厚方向存在着显著的温度梯度。已有研宄表明，温度梯度的存在改变了叶片材料的微观结构的损伤机理，使叶片表面提前形成褶皱，产生应力集中，使叶片疲劳损伤加剧。因此十分有必要研宄叶片材料在温度梯度下的高温疲劳性能，研宄成果可支撑先进航空发动机涡轮叶片的结构强度设计与疲劳寿命预测。
[0003]标准空心圆棒试件被美国ASTM E2368-10、ISO 12111:2011等标准推荐作为高温疲劳试验试件。在试件整体加热的同时，在试件内部通冷却气体模拟真实空心气冷涡轮叶片的内部空气冷却，可有效地在试件壁厚方向形成理想的温度梯度。此时对试件进行拉伸/压缩疲劳试验，则可获得叶片材料在温度梯度下的疲劳性能。但对空心圆棒试件的拉伸/压缩疲劳夹具的设计存在两个显著的问题:(I)如何消除试件与夹具的螺纹连接间隙，以开展拉伸/压缩疲劳试验；(2)如何设计冷却气流通道，以冷却试件内部，形成温度梯度。查阅了已有专利文献，并未发现可以能够解决上述两个核心问题的空心圆棒试件高温夹具，因此有必要设计一种适用于空心圆棒试件的高温拉伸/压缩疲劳试验夹具。
[0004]实用新型CN 2767993Y设计了一种测试薄壁管材高温拉伸性能的夹具，用于测试薄壁管材(壁厚小于2_)的全管段试样高温拉伸性能。由于全管段试样的结构与标准空心圆棒试件具有明显差异，导致该专利无法夹持空心圆棒试件。此外，该专利的夹持方案也不能满足施加压缩载荷的需要。
[0005]发明专利CN 101358915A设计了一种金属薄壁管材试样轴向拉压疲劳试验夹具，通过一对分别具有凹凸面的楔形夹块压紧薄壁管试件，用于测试管壁拉压性能。该夹具设计方案不能用于标准空心圆棒试件的夹持，也无法完成试件壁厚方向温度梯度的构建。
[0006]发明专利CN 104101532A设计了一种金属薄壁管材试样高温高压水轴向拉压疲劳试验夹具。该专利同样也不适用于标准空心圆棒试件的夹持，且无法完成试件壁厚方向温度梯度的构建。
[0007]实用新型CN 201382879Y设计了一种金属薄壁等厚管材高温疲劳试验夹具。该专利无法满足标准空心圆棒试件的夹持，且不能提供压缩载荷，不能在试件内部提供冷却气流。
[0008]实用新型CN 201867334 U设计了一种多功能材料疲劳试验引申夹具。该专利无法满足标准空心圆棒试件的夹持，且不能提供压缩载荷，不能在试件内部提供冷却气流。
[0009]实用新型CN 204101375 U设计了一种轴向疲劳性能试验用夹具。该专利针对实心圆棒试件设计，夹具不能在试件内部提供冷却气流，形成温度梯度。
[0010]综上，现有技术不能用于标准空心圆棒试件的夹持，也无法完成试件壁厚方向温度梯度的构建；同时不能提供压缩载荷，不能在试件内部提供冷却气流。
【发明内容】
[0011]本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种空心圆棒试件的高温拉压疲劳试验夹具，满足空心圆棒试件在温度梯度下的拉伸/压缩疲劳试验需求，且能够稳定夹持空心圆棒试件，同时能够进行冷却空气通道的疲劳试验。
[0012]本发明的技术解决方案是:一种空心圆棒试件的高温拉压疲劳试验夹具，包括:接头⑴、连杆⑵、套筒⑷、试件盖(5)、空心圆棒试件(6)和冷却器接头⑶；接头⑴的光棒端被疲劳机液压夹头夹紧；接头(I)通过沉头螺栓(7)与连杆(2)相连；连杆(2)与套筒(4)通过螺母(3)拧紧；空心圆棒试件(6)拧进试件盖(5)中，作为整体通过试件盖(5)的螺纹旋进套筒(4)中，且被连杆(2)的空心杆端顶住，消除了螺纹间隙；冷却器接头(8)穿过套筒(4)，将冷气通入连杆(2)的内腔，进而进入空心圆棒试件内部，向下并排出，实现试件的内部冷却，以实现在试件壁厚方向的温度梯度。
[0013]在拉伸/压缩疲劳试验中的拉伸部分，拉力通过疲劳机夹头传递给接头(I)，并通过六个沉头螺栓(7)将拉力传给连杆(2);连杆(2)与套筒(4)通过螺母(3)螺纹连接，从而将拉力传递给了套筒(4);套筒(4)通过螺纹连接将拉力传递给试件盖(5);试件盖(5)与空心圆棒试件(6)螺纹连接传递拉力，从而实现了拉伸/压缩疲劳试验中拉伸载荷的施加。
[0014]在拉伸/压缩疲劳试验中的压缩部分，压力通过疲劳机夹头传递给接头(I)，并进通过接头(I)与连杆(2)之间的接触，将压力传给连杆(2);连杆(2)空心杆端与空心圆棒试件(6)端部接触，从而将压力传给空心圆棒试件￠)，从而实现了拉伸/压缩疲劳试验中压缩载荷的施加。
[0015]所述套筒(4)具有一个长孔，其尺寸可允许冷却接头(8)无阻碍地穿过套筒(4)，并螺纹连接到连杆(2)的空心杆上；而连杆(2)的空心杆与空心圆棒试件(6)接触，从而气流从冷却接头(8)进入连杆(2)，并通过空心杆流入空心圆棒试件，实现空心圆棒试件的内部气流冷却。
[0016]本发明与现有疲劳试验夹具方案相比的优点在于:
[0017](I)本发明可用于空心圆棒试件在室温至高温1000°C的温度范围内的拉伸/压缩疲劳试验；
[0018](2)本发明可以为空心圆棒试件提供冷却空气，从而在试件壁厚方向形成所需的温度梯度；
[0019](3)本发明的形式简单，加工方便，通压缩空气冷却试件时，可同时有效降低夹具温度，减少高温试验时不必要的热量传递给疲劳机。
【附图说明】
[0020]图1为本发明夹具在夹持空心圆棒试样时的结构示意图；
[0021]图2为本发明夹具的接头图，其中(a)为外观图；(b)为左视图；(C)为俯视图；(d)为右视图；
[0022]图3为本发明夹具的连杆示意图；
[0023]图4为本发明夹具的套筒示意图，其中(a)为外观图；(b)俯视图；(C)右视图；
[0024]图5为本发明夹具的螺母示意图，其中(a)外观图；(b)左视图；(C)俯视图；(d)右视图；
[0025]图6为本发明夹具的试件盖示意图，其中(a)外观图；(b)外观图；(C)左视图；(d)俯视图；(e)右视；
[0026]图7为本发明夹具的冷却器接头示意图，其中(a)外观图；(b)左视图；(C)俯视图；
[0027]图8为本发明中夹持的空心圆棒试件示意图，(a)外观图；(b)俯视图；(C)剖视图；
[0028]图9为本发明中夹具组装在疲劳机上进行试验的总图；
[0029]图10为本发明结构剖视图。
【具体实施方式】
[0030]本发明主要针对适用于空心圆棒试件的带冷却通道的高温疲劳夹具进行了设计。实际上试验时，整套夹具包括两个本发明夹具，分为上夹具和下夹具，完整安装的总图见图9。首先分别组装上、下夹具:
[0031]如图1、2、3、4、5、6、7、10所示，首先组装夹具。将接头I与连杆2的粗端通过六个沉头螺栓7连接拧紧，然后将套筒4套入连杆2的空心杆一端，要求套筒4的缺口正好与位于连杆2空心杆根部的两个小齿套合，这样既可以防止不必要的转动，同时也准确定位了连杆2、套筒4的相对位置，方便后续安装冷却器接头8。此时将螺母从连杆2的细端套入，并通过螺纹与连杆2粗端的螺纹拧紧连接，螺母将套筒4的台阶紧紧压在连杆2上。最后将试件盖5的圆端通过螺纹与套筒4连接，无需拧紧。此时即完成了上夹具的组装。
[0032]下夹具的结构与上夹具的结构相同，组装过程相同，完成下夹具的组装。
[0033]完成上、下夹具的组装后，分别将上、下夹具中的接头放入疲劳机液压夹头夹块中，然后夹紧疲劳机夹块。完成夹具的安装。
[0034]将图8中的空心圆棒试件分别拧入上、下夹具中的试件盖5中，此时注意将空心圆棒试件6夹持段的螺纹段超过试件盖5螺纹长度，使空心圆棒试件6端部与连杆2的空心杆接触。此时在分别拧紧上、下试件盖，消除螺纹间隙。此时完成了试件的安装。
[0035]如图9，将包含试件的夹具部分放入高温炉中。
[0036]从空气压缩机引出压缩冷却气胶管，胶管与上夹具中的冷却气接头8相连，用密封环压紧胶管与冷却气接头8。
[0037]冷却气流经过上夹具一一空心圆棒试件一一下夹具后从下夹具的冷却气接头喷出。如果气温过高，应从下夹具的冷却气接头8将气流引出进行冷却，防止高温气流对其他的仪器的损伤。至此整套夹具的安装完成。
[0038]从上述具体实施过程可以发现，本发明夹具不仅可以进行空心圆棒试件在高温下带温度梯度的拉伸/压缩试验，还可以满足实心圆棒试件高温拉伸/压缩疲劳试验的需求。当然地，本发明夹具可用于常温下的拉伸/压缩试验。附加地，在试验结束试件时，如果试件并未完全断裂，此时打开高温炉自然冷却试件的同时通入冷却气，可大大提高试件冷却速率，显著减少拆卸试件的等待时间。
【主权项】
1.一种空心圆棒试件的高温拉压疲劳试验夹具，其特征在于包括:接头(I)、连杆(2)、套筒(4)、试件盖(5)、空心圆棒试件(6)、沉头螺栓(7)和冷却器接头⑶；接头⑴的光棒端与疲劳机相连，另一端通过六个沉头螺栓(7)与连杆(2)的粗端相连；连杆(2)的空心杆部分套入套筒(4)中，连杆(2)与螺母(3)之间为螺纹连接；空心圆棒试件(6)与试件盖(5)螺纹连接；试件盖(5)与套筒(4)螺纹连接；空心圆棒试件￠)的端部被连杆(2)的空心杆顶住；冷却器接头(8)穿过套筒(4)的孔，与连杆(2)的空心部分螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的空心圆棒试件高温拉压疲劳试验夹具，其特征在于:所述连杆(2)中的空心杆与空心圆棒试件(6)的端部压紧，可以消除空心圆棒试件(6)与试件盖(5)、试件盖(5)与套筒(4)之间螺纹间隙。
3.根据权利要求1所述的空心圆棒试件高温拉压疲劳试验夹具，其特征在于:所述连杆(2)中的空心杆与空心圆棒试件(6)连通，形成空心圆棒试件的冷却气流通道。
4.根据权利要求1所述的空心圆棒试件高温拉压疲劳试验夹具，其特征在于:所述套筒(4)存在稍大于冷却气接头(8)的外径的孔。
【专利摘要】本发明公开了一种空心圆棒试件的高温拉压疲劳试验夹具，实现对空心圆棒试件在高温试验时的内部气流冷却，进而可以在高温试验时在空心圆棒试件内外壁面形成所需的温度梯度；疲劳机液压夹头夹紧接头的光棒端，并通过沉头螺栓与连杆相连；连杆与套筒通过螺母拧紧；试件拧进试件盖中，并一同拧入套筒中，且被连杆的空心杆端顶住，消除螺纹间隙；从压缩机过来的冷却气流从冷却器接头穿过，通过较大的孔穿过套筒，进入连杆的内腔，并进而进入空心圆管试件内部，向下进入试件，并通过下夹具并排出。本发明满足多种尺寸的空心圆棒试件的稳定夹持，并实现其在高温条件下的单轴拉伸、拉伸/压缩疲劳。
【IPC分类】G01N3-04
【公开号】CN104792612
【申请号】CN201510232959
【发明人】王荣桥, 蒋康河, 胡殿印, 申秀丽, 樊江
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年5月8日