一种双节点的超高周拉扭复合疲劳试验装置

本发明属于材料疲劳试验，特别涉及多轴超高周疲劳试验。

背景技术：

1、航空发动机叶片、叶盘等关键零件经常在复杂多轴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，而目前商用超声疲劳试验机仅能施加单一轴向或弯曲载荷，或利用扭振换能器施加单一的扭转载荷，这无法模拟零件在实际工况中承受的拉扭复合多轴载荷状态，更无法在此基础上施加外载荷，只能实现简单的对称循环载荷加载，关于材料在拉扭复合多轴载荷基础上提供外载荷的超声疲劳试验装置，目前尚缺乏与之对应的方案。

技术实现思路

1、本发明提供了一种双节点的超高周拉扭复合疲劳试验装置，利用共振原理，采用一种具有双节点的拉扭复合振型，在15khz-35khz下既能实现拉扭复合多轴载荷加载，又能在此基础上通过其上的两个节点来施加动态或静态的外载荷。

2、本发明采用的技术方案是：包括纵振换能器、上调幅器、拉扭变幅杆、对称试验件、下调幅器，纵振换能器与上调幅器、拉扭变幅杆、对称试验件、下调幅器依次螺纹连接。

3、所述的纵振换能器仅能产生轴向振动。

4、所述的上调幅器配合谐振整体能提供一个位移为零的节点，振幅为零的节点可作为稳定可靠的装夹位置，且能放大纵振换能器输入的轴向振幅。

5、所述的拉扭变幅杆圆锥段设有多个平行交错槽，可将部分轴向振动转化为扭转振动，斜槽在圆锥表面均匀分布，调节其数量及间隔距离可提高横波转换效率，增加扭转分量占比。

6、所述的对称试验件设有两个对称的圆弧缺口，该对称结构能保证在连接下调幅器后仍不破坏拉扭复合振型。

7、所述的对称试验件两端均设置为阶梯轴头，既能起到横波顺滑过渡的作用，又能防止对称试验件因扭转振动而螺纹松动。

8、所述的下调幅器一端设为锥形头，能有效承接对称试验件传递的横波和纵波，避免能量集聚，防止连接处的断裂，且提供另一个位移为零的节点，其可作为稳定可靠的装夹位置。

9、所述的纵振换能器、上调幅器、拉扭变幅杆、对称试验件、下调幅器组成的共振系统采用一种具有双节点的拉扭复合振型，该振型既保留了拉扭复合多轴振型，又提供了可作为装夹位置的两个节点。

10、本发明的优点及功效：该装置既能实现拉扭复合多轴载荷加载，又提供了可施加动态或静态外载荷的两个节点；上调幅器配合谐振整体能提供一个位移为零的节点，且其放大系数可根据实际需求设计，放大系数范围在1～5之间；对称试验件设有两个对称的圆弧缺口，该对称结构在添加下调幅器后仍能保留拉扭复合振型；对称试验件两端均设置为阶梯轴头，既能起到横波顺滑过渡的作用，又能防止对称试验件因扭转振动而螺纹松动；该谐振系统采用了一种具有双节点的拉扭复合振型，该振型允许在这两节点上施加静态或动态外载荷，且其最大拉扭变形发生在试验件上，而不是变幅杆上，保证了变幅杆的使用寿命。

技术特征：

1.一种双节点的超高周拉扭复合疲劳试验装置，其特征在于，包括：纵振换能器(10)、上调幅器(20)、拉扭变幅杆(30)、对称试验件(40)、下调幅器(50)；纵振换能器(10)下端与上调幅器(20)、拉扭变幅杆(30)、对称试验件(40)和下调幅器(50)依次螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的一种双节点的超高周拉扭复合疲劳试验装置，其特征在于：所述的上调幅器(20)设计有一个位移为零的上节点(201)。

3.根据权利要求1所述的一种双节点的超高周拉扭复合疲劳试验装置，其特征在于：所述的对称试验件(40)设计有两个尺寸相同的上圆弧缺口(402)和下圆弧缺口(403)，其两端同时设计阶梯轴头。

4.根据权利要求1所述的一种双节点的超高周拉扭复合疲劳试验装置，其特征在于：所述的下调幅器(50)设有锥形头(501)和一个位移为零的下节点(502)。

5.根据权利要求1所述的一种双节点的超高周拉扭复合疲劳试验装置，其特征在于：所述的纵振换能器(10)、上调幅器(20)、拉扭变幅杆(30)、对称试验件(40)与下调幅器(50)组成的谐振系统采为具有双节点的拉扭复合振型结构。

技术总结
本发明公开了一种双节点的超高周拉扭复合疲劳试验装置，属于材料疲劳试验技术领域。包括：纵振换能器、上调幅器、拉扭变幅杆、对称试验件、下调幅器。纵振换能器下端与上调幅器、拉扭变幅杆、对称试验件和下调幅器依次螺纹连接形成一个具有双节点的拉扭复合谐振系统，拉扭变幅杆能将纵振换能器输出的单一轴向振动转变为拉扭复合振动，对称试验件配合下调幅器既保留了拉扭复合振型，又提供了另一个可作为装夹位置的节点。本发明既能实现15khz‑35khz范围内超高周的拉扭复合载荷加载，还可在此基础上通过夹持其中的两个节点来施加动态或静态的外载荷。

技术研发人员：尚德广,陈超林,唐志强,韩兆云,李道航
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11