[发明专利]一种榫结构微动疲劳试验系统和微动疲劳裂纹检测方法

说明书

本发明公开了一种榫结构微动疲劳试验系统和微动疲劳裂纹检测方法，一种榫结构微动疲劳试验系统，包括试验机、夹具本体以及光学监测装置。一种微动疲劳裂纹检测方法，包括以下步骤：榫试样安装在夹具本体上，并将二者安装在试验机上；调节光学监测装置，以对准榫试样；启动试验机开始微动疲劳试验，光学监测装置实时采集疲劳裂纹；疲劳裂纹定量测量。本榫结构微动疲劳试验系统和微动疲劳裂纹检测方法利用夹具本体夹持榫试样并放置在试验机上以进行微动疲劳试验，光学监测装置对准榫试样并将实时捕捉榫试样裂纹的扩展情况，不仅可以采集微动疲劳试验结束后的裂纹数据，还可以采集微动疲劳试验的过程数据，获得裂纹萌生和扩展数据。

技术领域

本发明属于微动疲劳试验技术领域，具体涉及一种榫结构微动疲劳试验系统和微动疲劳裂纹检测方法。

背景技术

目前，引起工程构件失效的一个最主要原因是疲劳破坏。在飞机和航空发动机中，有许多的关键零部件由于发生了微动疲劳，产生了裂纹，进而发生断裂，如涡轮和压气机的燕尾榫连接、机匣的连接以及盘和轴的连接等。燃气涡轮发动机中涡轮段的重要组成部件是叶片，为了维持引擎的工作，需要叶片高速旋转来将高温高压的气流吸入燃烧器，而叶片通常通过榫头与轮盘相连，通过榫头连接的部位常常发生微动疲劳断裂，这极大的影响了发动机的安全系数和使用寿命，为了提高航空发动机的寿命，减小和避免微动疲劳断裂失效的发生，需要研究榫头微动疲劳的裂纹萌生与扩展机理。因此，在实验室中搭建一个无限接近真实发动机榫头工作环境以及受力情况的一种微动疲劳试验系统，以及一个准确可靠的对微动疲劳裂纹的萌生和扩展情况的实时在线监测系统，就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种榫结构微动疲劳试验系统和微动疲劳裂纹检测方法，以解决上述的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种榫结构微动疲劳试验系统，包括：

试验机；

夹具本体，夹具本体两端通过螺纹连接固定到试验机上，夹具本体分为两部分，下部分用于夹持榫试样，上部分设有适配于微动垫的夹持槽，微动垫的表面与夹持槽底面平齐并构成用于支撑榫试样的下托面，下托面相对竖直方向倾斜设置；以及

光学监测装置，光学监测装置放置在试验机周围且光学监测装置的监测端朝向榫试样的表面。

在一种可能的设计中，夹具本体包括由下至上依次设置的下夹具体、榫头夹具、微动垫夹具和上夹具体，下夹具体的下端和上夹具体的上端分别连接试验机并使二者相互对中，下夹具体与榫头夹具之间通过单孔结构相连，微动垫夹具与上夹具体之间通过双孔结构相连，榫头夹具与微动垫夹具之间通过榫试样相连。

在一种可能的设计中，榫头夹具包括榫头夹具主体、夹持板一、夹持板二和锁紧盖，榫头夹具主体包括由上至下依次设置的圆锥台、圆柱和带连接孔的下方体，圆锥台上设有用于夹紧榫试样的副夹持槽，副夹持槽的两侧和顶面均与外界连通，夹持板一通过固定螺栓固定在榫头夹具主体上，夹持板二通过锁紧螺栓夹持榫试样，锁紧盖上设有适配于榫头夹具主体的连接孔，锁紧盖通过螺纹与榫头夹具主体相连。

在一种可能的设计中，微动垫夹具包括一体成型的主方体和上方体，主方体和上方体构成阶梯型台体结构，上方体上设有与双孔结构向适配的第二连接孔，下方体上套设有防张环，相应地，夹持槽位于主方体上并向下延伸至与外界连通，防张环的内周与主方体的外周适配。

在一种可能的设计中，防张环构造为厚度约10毫米的矩形环。

在一种可能的设计中，榫头夹具主体通过单孔结构与下夹具体相连，微动垫夹具通过双孔结构与上夹具体相连；单孔结构和双孔结构均包括光滑直杆，相应地，下夹具体与榫头夹具通过光滑直杆相连，微动垫夹具与上夹具体通过光滑直杆相连。