[发明专利]一种可实现超高周拉扭复合疲劳试验的装置

说明书

本发明公开了一种可实现超高周拉扭复合疲劳试验的装置，属于材料疲劳试验技术领域。包括：纵振换能器、拉扭变幅杆、拉扭试验件。纵振换能器下端与拉扭变幅杆螺纹连接，拉扭变幅杆下端连接拉扭试验件。拉扭变幅杆圆锥段表面开设八个平行交错槽，平行交错槽可以将部分纵波转变成横波，拉扭试验件设有两个圆弧缺口，第一个圆弧缺口用于降低扭转振动模态频率，使得扭转振动模态与轴向振动模态同频共振，工作时拉扭试验件中间圆柱段同时产生轴向和扭转运动，于是目标缺口处同时受轴向与切向应力。本发明能实现15khz‑28khz下拉扭复合载荷比例加载，其横波转换效率极高，且可通过改变平行交错槽的位置及长宽深来改变拉扭比，切向应力可大于轴向应力。

技术领域

本发明属于材料疲劳试验技术领域，特别涉及超高周拉扭复合疲劳试验。

背景技术

航空发动机及燃气轮机等关键材料领域，其重要零部件在复杂循环载荷下长时间工作，其循环周次一般在10⁹以上，属于超高周范畴，而目前超声疲劳试验装置仅能做轴向或扭转疲劳试验，或利用扭振换能器直接输出扭转振动，轴向或切向配上重物加载静应力，形成具有平均应力的非对称扭转载荷，这无法模拟出材料在拉扭复合载荷下的状态，但关于材料在拉扭复合载荷比例加载的超声疲劳试验装置，目前尚缺乏与之对应的方案。

发明内容

本发明提供一种可实现超高周拉扭复合疲劳试验的装置，能实现拉扭复合载荷比例加载，利用共振原理，采用一种扭转振动占主导的拉扭振型，在15khz-28khz下可以对材料实现拉扭复合疲劳试验。

本发明采用的技术方案是：包括纵振换能器、拉扭变幅杆、拉扭试验件，纵振换能器下端与拉扭变幅杆螺纹连接，拉扭变幅杆下端连接拉扭试验件；

所述的纵振换能器仅能产生轴向振动。

所述的拉扭变幅杆圆锥段设有平行交错槽，由八个普通斜槽组成，上下各四个，且上下斜槽呈平行交错状分布，与轴成30°-50°，能极大效率的将纵波转换成横波。

所述的拉扭试验件设有两个圆弧缺口，第一个圆弧缺口用于降低扭转振动模态频率，使得扭转振动模态与轴向振动模态同频共振，第二个圆弧缺口作为拉扭复合疲劳试验段。

所述的拉扭试验件采用二段台阶过渡连接拉扭变幅杆，用于降低连接处的拉扭载荷，避免连接失效。

所述的纵振换能器、拉扭变幅杆与拉扭试验件组成的共振系统采用一种扭转振动占主导的拉扭振型，该拉扭振型扭转振动分量可大于轴向振动分量，且最大变形在拉扭试验件的中间圆柱段上，而拉扭变幅杆上的拉扭载荷很小，可保证拉扭变幅杆的寿命。

本发明的优点及功效：实现了超高周拉扭复合疲劳试验，能实现拉扭复合载荷比例加载；其平行交错槽能极大效率的将纵波转换成横波，转换率在50％以上；拉扭试验件设有两个圆弧缺口，该方案能降低扭转振动模态频率，使其与轴向振动模态同频共振，即在轴向模态共振的时候，同时达到扭转模态的共振，使得扭转振动分量达到最大；拉扭试验件二段台阶过渡连接的方式有效降低了连接处的拉扭载荷，避免了连接的失效；该共振系统采用一种扭转振动占主导的拉扭振型，且该振型在拉扭变幅杆的变形极小，保证了其寿命。

附图说明

图1是本发明超高周拉扭复合疲劳试验装置较佳实施例的结构示意图；

图2是拉扭变幅杆；

图3是拉扭试验件。

图4是本发明装置采用的拉扭振型矢量图。

图中标记：10-纵振换能器、20-拉扭变幅杆、201-圆锥段、202-平行交错槽、30-拉扭试验件、301-二段台阶、302-第一段圆弧缺口、303-中间圆柱段、304-第二段圆弧缺口。

具体实施方式