1.本發(fā)明涉及材料疲勞性能測(cè)試領(lǐng)域，尤其涉及發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置及其方法。


背景技術(shù)：

2.航空發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)中均涉及到葉片結(jié)構(gòu)，包括：壓氣機(jī)葉片和渦輪葉片。這些葉片通常通過(guò)榫齒結(jié)構(gòu)安裝到連接發(fā)動(dòng)機(jī)主軸的壓氣機(jī)盤(pán)或渦輪盤(pán)上，是構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)的重要構(gòu)件。這些葉片的可靠性與安全壽命對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)整體的可靠性與壽命起著關(guān)鍵的作用。
3.由于葉片的工作溫度高，服役載荷大，且存在微幅振動(dòng)等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意考慮葉片的疲勞性能。尤其是葉片的榫齒與榫槽接觸的區(qū)域，常常會(huì)發(fā)生高溫下微動(dòng)疲勞損傷。所以對(duì)葉片榫齒結(jié)構(gòu)開(kāi)展環(huán)境疲勞實(shí)驗(yàn)十分必要。然而，由于發(fā)動(dòng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作溫度高、主軸轉(zhuǎn)速高等特點(diǎn)，要在發(fā)動(dòng)機(jī)上開(kāi)展相關(guān)的疲勞試驗(yàn)存在傳感器安裝困難、費(fèi)用巨大等問(wèn)題，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行?，F(xiàn)有技術(shù)也缺乏對(duì)葉片榫齒結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真疲勞測(cè)試的方法及裝置。
4.考慮葉片實(shí)際工況，其在使用中，所受載荷主要為沿旋轉(zhuǎn)切線方向的氣動(dòng)載荷以及沿輪盤(pán)直徑方向的離心載荷，即榫齒結(jié)構(gòu)所受的力為切向力與徑向力?，F(xiàn)有技術(shù)(如202011637346.4)對(duì)榫齒結(jié)構(gòu)受力的試驗(yàn)?zāi)M，其豎直方向的加載結(jié)構(gòu)固定，導(dǎo)致其模擬的徑向力與徑向存在夾角，不能夠辦證其始終為徑向方向，且現(xiàn)有技術(shù)將水平力加載來(lái)代替切向力加載，與實(shí)際工況較為不符。
5.有鑒于此，有必要設(shè)計(jì)一種改進(jìn)的用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置及方法，以解決上述問(wèn)題。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

6.本發(fā)明的目的是：為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置及方法，從而更方便快捷的開(kāi)展葉片榫齒結(jié)構(gòu)在模擬工況條件下的疲勞實(shí)驗(yàn)研究，以及更加準(zhǔn)確的模擬其所受的徑向力與切向力。
7.本發(fā)明的技術(shù)方案是：
8.為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置，包括榫接結(jié)構(gòu)固定單元、環(huán)境控制單元、徑向加載單元和切向加載單元；所述榫接結(jié)構(gòu)固定單元用于固定榫接結(jié)構(gòu)試件；所述環(huán)境控制單元用于控制所述榫接結(jié)構(gòu)試件的試驗(yàn)環(huán)境；所述徑向加載單元與所述榫接結(jié)構(gòu)試件的端部活動(dòng)連接，用于向所述榫接結(jié)構(gòu)試件施加徑向力；所述徑向加載單元可沿水平方向移動(dòng)。所述切向加載單元通過(guò)弧形頂桿向所述榫接結(jié)構(gòu)試件施加切向力。
9.發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置，包括榫接結(jié)構(gòu)固定單元 10、環(huán)境控制單元20、徑向加載單元30和切向加載單元40；所述榫接結(jié)構(gòu)包括葉根榫齒模擬件12
與榫槽模擬件11；所述榫接結(jié)構(gòu)固定單元10用于固定榫槽模擬件11；所述榫接結(jié)構(gòu)位于試驗(yàn)環(huán)境中，所述環(huán)境控制單元20用于提供試驗(yàn)環(huán)境；所述徑向加載單元30及所述切向加載單元40均與葉根榫齒模擬件活動(dòng)連接，分別用于向所述葉根榫齒模擬件施加離心力和切向力；
10.所述徑向加載單元30能夠沿水平往復(fù)位移，所述徑向加載單元的加載端能夠徑向伸縮；
11.所述切向加載單元的加載端能夠沿圓弧往復(fù)位移；
12.所述環(huán)境控制單元20用于控制試驗(yàn)環(huán)境中的環(huán)境參數(shù)。
13.作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述葉根榫齒模擬件與所述徑向加載單元和/或所述切向加載單元鉸接的方式相連。
14.作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述切向加載單元包括左、右弧形頂桿和作動(dòng)器，所述左、右弧形頂桿能夠沿著圓弧路徑往復(fù)位移，所述葉根榫齒模擬件位于左、右弧形頂桿之間，被左、右弧形頂桿頂住，所述左、右弧形頂桿在水平作動(dòng)器的推動(dòng)下沿弧形路徑往復(fù)移動(dòng)。所述弧形頂桿沿著弧線路徑移動(dòng)，保證了頂桿在葉根榫齒模擬件上的施力方向始終為切線方向，且施力可控，能夠在試驗(yàn)過(guò)程中施加恒定力。更進(jìn)一步的，作動(dòng)器包括左、右作動(dòng)器，分別對(duì)應(yīng)左、右弧形頂桿。所述弧形頂桿能夠保證施加的作動(dòng)力完全作用在所述葉根上。使得在實(shí)施力加載時(shí)能夠至少簡(jiǎn)化了切向的力加載方式，提高了試驗(yàn)的精確度。
15.作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述徑向加載單元包括徑向作動(dòng)器和徑向施力桿，徑向施力桿一端與所述榫齒模擬件活動(dòng)聯(lián)接，徑向施力桿另一端與所述徑向作動(dòng)器的加載端聯(lián)接；所述徑向作動(dòng)器滑動(dòng)地設(shè)置在水平滑軌上。
16.作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述徑向作動(dòng)器的徑向伸縮桿連接有徑向力傳感器，用于檢測(cè)徑向力數(shù)據(jù)。
17.作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述左、右弧形頂桿滑動(dòng)的設(shè)置在圓弧形軌道上。
18.作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述左、右弧形頂桿的端部設(shè)置有滾珠。用于傳遞作動(dòng)力。
19.作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述左、右弧形頂桿，每個(gè)頂桿均被多個(gè)滾軸或軸承限制，保證所述左側(cè)切向弧形頂桿始終沿切線方向移動(dòng)。
20.作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述左、右弧形頂桿分別對(duì)應(yīng)有伸縮桿作動(dòng)器，且均設(shè)置有切向力傳感器。用于檢測(cè)切向力數(shù)據(jù)。
21.作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述切向加載單元40為對(duì)稱(chēng)機(jī)構(gòu)。
22.作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述環(huán)境控制單元用于控制所述試驗(yàn)環(huán)境的溫度和氣氛。
23.作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置還包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于采集所述徑向加載單元和切向加載單元的力學(xué)數(shù)據(jù)以及所述榫接結(jié)構(gòu)試件的圖像數(shù)據(jù)。
24.為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試的方法，采用以上任一項(xiàng)所述的裝置進(jìn)行疲勞性能測(cè)試，包括以下步驟：
25.s1.將榫接結(jié)構(gòu)試件通過(guò)所述榫接結(jié)構(gòu)固定單元固定，并分別與所述徑向加載單元和切向加載單元聯(lián)接；
26.s2.開(kāi)啟所述環(huán)境控制單元，將所述榫接結(jié)構(gòu)試件的試驗(yàn)環(huán)境調(diào)至預(yù)設(shè)環(huán)境；
27.s3.通過(guò)所述徑向加載單元和切向加載單元分別向所述榫接結(jié)構(gòu)試件施加徑向力和切向力；
28.s4.采集所述徑向加載單元和切向加載單元的力學(xué)數(shù)據(jù)以及所述榫接結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(包括力學(xué)數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)等)。優(yōu)選地，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行采集。
29.本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
30.1.本發(fā)明提供的用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置，包括榫接結(jié)構(gòu)固定單元、環(huán)境控制單元、徑向加載單元、切向加載單元和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過(guò)徑向作動(dòng)缸對(duì)葉片榫齒模擬件施加徑向載荷，以模擬真實(shí)工況條件下葉片榫齒結(jié)構(gòu)所承受的離心載荷；通過(guò)切向作動(dòng)缸對(duì)葉片榫齒模擬件端部施加彎曲載荷，以模擬真實(shí)工況條件下葉片榫齒結(jié)構(gòu)所承受的氣動(dòng)載荷和高頻低幅振動(dòng)載荷；通過(guò)環(huán)境箱來(lái)模擬真實(shí)工況條件下葉片榫齒結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境溫度與氣氛；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用圖像采集系統(tǒng)對(duì)榫齒榫槽接觸區(qū)進(jìn)行圖像采集與測(cè)量，并采集徑向力與切向力的波形。與葉片真實(shí)工況相比，本發(fā)明實(shí)驗(yàn)條件可控，采集的數(shù)據(jù)完整，避免了實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)成本高、難以開(kāi)展精確的參數(shù)測(cè)量等困難，可以更方便快捷的開(kāi)展葉片榫齒結(jié)構(gòu)在模擬工況條件下的疲勞實(shí)驗(yàn)研究。為研究葉片的疲勞損傷機(jī)理提供了一種新的模擬實(shí)驗(yàn)裝置與方法。
31.2.本發(fā)明提供的用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置，榫齒模擬件與所述徑向加載單元通過(guò)鉸支的方式相連，一方面便于安裝拆卸，另一方面保證了實(shí)際葉片工況的參數(shù)模擬，真實(shí)性和可靠性更高，疲勞性能測(cè)試價(jià)值也更高。本發(fā)明的徑向加載單元可沿水平方向移動(dòng)，目的是當(dāng)榫接結(jié)構(gòu)試件受到切向力而彎曲時(shí)，徑向加載單元隨之移動(dòng)相應(yīng)的彎曲位移，以保證徑向加載單元始終向榫接結(jié)構(gòu)試件施加徑向力，以更真實(shí)的模擬真實(shí)工況條件下葉片榫接結(jié)構(gòu)所承受的離心載荷。
32.3.本發(fā)明提供的用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置，榫齒模擬件與所述切向加載單元通過(guò)雙頂桿的方式相連。本發(fā)明通過(guò)弧形頂桿使得切向加載單元可施加始終與徑向垂直的切向力，且可根據(jù)實(shí)際的工況設(shè)計(jì)弧形頂桿的半徑，模擬不同大小的渦輪盤(pán)。簡(jiǎn)化了切向力的加載方式，克服了圓弧引動(dòng)施加力不準(zhǔn)確的難題，提高了試驗(yàn)的精確度。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的弧形頂桿目的是當(dāng)榫接結(jié)構(gòu)試件受到切向力而彎曲時(shí)，切向加載單元始終向榫接結(jié)構(gòu)試件施加切向力，以更真實(shí)的模擬真實(shí)工況條件下葉片榫接結(jié)構(gòu)所承受的氣動(dòng)載荷及振動(dòng)載荷。
附圖說(shuō)明
33.圖1為本發(fā)明用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
34.圖2為本發(fā)明用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置的加載結(jié)構(gòu)局部示意圖；
35.圖3為本發(fā)明用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置的弧形頂桿結(jié)構(gòu)示意圖；
36.圖4為本發(fā)明用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置的榫接機(jī)構(gòu)受力示意圖；
37.圖5為本發(fā)明用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置的弧形頂桿傳遞切
向力的示意圖；
38.其中：10-榫接結(jié)構(gòu)固定單元；11-榫槽模擬件；12-榫齒模擬件；20-環(huán)境控制單元；30-徑向加載單元；31-徑向作動(dòng)缸滑軌；32-徑向作動(dòng)缸固定件；33
??
徑向作動(dòng)缸；34-徑向力傳感器；35-徑向伸縮桿；36-徑向施力桿；40-切向加載單元；41-左側(cè)切向加載結(jié)構(gòu)；42-右側(cè)切向加載結(jié)構(gòu)；43-左側(cè)切向弧形頂桿； 44-右側(cè)切向弧形頂桿；45-左側(cè)限位滾珠絲杠；46-右側(cè)限位滾珠絲杠；50-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；51-攝像頭；411-左側(cè)切向作動(dòng)缸；412-左側(cè)切向力傳感器；413-左側(cè)切向伸縮桿；421-右側(cè)切向作動(dòng)缸；422-右側(cè)切向力傳感器；423-右側(cè)切向伸縮桿；431-左側(cè)切向弧形頂桿左端滾珠；432-左側(cè)切向弧形頂桿；433-左側(cè)切向弧形頂桿右端滾珠；451-滾珠絲杠左一；452-滾珠絲杠左二；453-滾珠絲杠左三。
具體實(shí)施方式
39.為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
40.在此，還需要說(shuō)明的是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在具體實(shí)施例中僅僅示出了與本發(fā)明的方案密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。
41.另外，還需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。
42.請(qǐng)參閱圖1所示，提供了一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置，包括榫接結(jié)構(gòu)固定單元、環(huán)境控制單元、徑向加載單元和切向加載單元；所述榫接結(jié)構(gòu)固定單元用于固定榫接結(jié)構(gòu)試件；所述環(huán)境控制單元用于控制所述榫接結(jié)構(gòu)試件的試驗(yàn)環(huán)境；所述徑向加載單元與所述榫接結(jié)構(gòu)試件的端部活動(dòng)連接，用于向所述榫接結(jié)構(gòu)試件施加徑向力；所述徑向加載單元可沿水平方向移動(dòng)。所述切向加載單元通過(guò)弧形頂桿向所述榫接結(jié)構(gòu)試件施加切向力。
43.實(shí)施例為，發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置，包括榫接結(jié)構(gòu)固定單元10、環(huán)境控制單元20、徑向加載單元30和切向加載單元40；所述榫接結(jié)構(gòu)包括葉根榫齒模擬件12與榫槽模擬件11；所述榫接結(jié)構(gòu)固定單元10 用于固定榫槽模擬件11；所述榫接結(jié)構(gòu)位于試驗(yàn)環(huán)境中，所述環(huán)境控制單元20 用于提供試驗(yàn)環(huán)境；所述徑向加載單元30及所述切向加載單元40均與葉根榫齒模擬件活動(dòng)連接，分別用于向所述葉根榫齒模擬件施加離心力和切向力；
44.所述徑向加載單元30能夠沿水平往復(fù)位移，所述徑向加載單元的加載端能夠徑向伸縮；
45.所述切向加載單元的加載端能夠沿圓弧往復(fù)位移；
46.所述環(huán)境控制單元20用于控制試驗(yàn)環(huán)境中的環(huán)境參數(shù)。
47.作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述葉根榫齒模擬件與所述徑向加載單元和/或所述切向加載單元鉸接的方式相連。
48.作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述切向加載單元包括左、右弧形頂桿和作動(dòng)器，所述
左、右弧形頂桿能夠沿著圓弧路徑往復(fù)位移，所述葉根榫齒模擬件位于左、右弧形頂桿之間，被左、右弧形頂桿頂住，所述左、右弧形頂桿在水平作動(dòng)器的推動(dòng)下沿弧形路徑往復(fù)移動(dòng)。所述弧形頂桿沿著弧線路徑移動(dòng)，保證了頂桿在葉根榫齒模擬件上的施力方向始終為切線方向，且施力可控，能夠在試驗(yàn)過(guò)程中施加恒定力。更進(jìn)一步的，作動(dòng)器包括左、右作動(dòng)器，分別對(duì)應(yīng)左、右弧形頂桿。
49.作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述徑向加載單元包括徑向施力桿，徑向施力桿一端與所述榫齒模擬件活動(dòng)聯(lián)接，徑向施力桿另一端與徑向作動(dòng)器聯(lián)接；所述徑向作動(dòng)器滑動(dòng)地設(shè)置在水平滑軌上。
50.所述徑向作動(dòng)器的徑向伸縮桿連接有徑向力傳感器，用于檢測(cè)徑向力數(shù)據(jù)。
51.所述左、右弧形頂桿的端部設(shè)置有滾珠。用于傳遞作動(dòng)力。
52.所述左、右弧形頂桿，每個(gè)頂桿均被多個(gè)滾軸或軸承限制，保證所述左側(cè)切向弧形頂桿始終沿切線方向移動(dòng)。
53.所述左、右弧形頂桿分別對(duì)應(yīng)有伸縮桿作動(dòng)器，且均設(shè)置有切向力傳感器。用于檢測(cè)切向力數(shù)據(jù)。
54.所述切向加載單元40為對(duì)稱(chēng)機(jī)構(gòu)。
55.所述環(huán)境控制單元用于控制所述試驗(yàn)環(huán)境的溫度和氣氛。
56.所述用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置還包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于采集所述徑向加載單元和切向加載單元的力學(xué)數(shù)據(jù)以及所述榫接結(jié)構(gòu)試件的圖像數(shù)據(jù)。
57.本發(fā)明提供的另一實(shí)施例，請(qǐng)參閱圖1-4所示，一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置，包括榫接結(jié)構(gòu)固定單元10、環(huán)境控制單元20、徑向加載單元30和切向加載單元40。其中，所述榫接結(jié)構(gòu)固定單元10用于固定榫接結(jié)構(gòu)試件，在實(shí)際使用時(shí)，可以為地基固定結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方式中，所述榫接結(jié)構(gòu)試件包括榫槽模擬件11和榫齒模擬件12，所述榫槽模擬件11的一端通過(guò)所述榫接結(jié)構(gòu)固定單元固定，另一端與所述榫齒模擬件12相連，所述榫齒模擬件12的另一端分別與所述徑向加載單元30及所述切向加載單元40相連。例如：將榫槽模擬件11固定到地基，將榫齒模擬件12插入到榫槽模擬件11中，用銷(xiāo)釘將榫齒模擬件12的另一端與徑向加載單元30連接，從而向所述榫接結(jié)構(gòu)試件施加徑向力，所述切向加載單元40通過(guò)弧形頂桿向所述榫接結(jié)構(gòu)試件施加切向力。特別地，所述榫齒模擬件12與所述徑向加載單元30通過(guò)鉸支的方式相連，與所述切向加載單元40采用弧形頂桿相連，一方面便于安裝拆卸，另一方面保證了實(shí)際葉片工況的全參數(shù)模擬，真實(shí)性和可靠性更高，疲勞性能測(cè)試價(jià)值也更高。
58.所述環(huán)境控制單元20用于控制所述榫接結(jié)構(gòu)試件的試驗(yàn)環(huán)境，例如通過(guò)將上述榫接結(jié)構(gòu)固定單元10及榫齒模擬件12安放于環(huán)境控制單元20的環(huán)境箱中，控制疲勞試驗(yàn)過(guò)程中的溫度和氣氛等，保證了實(shí)際葉片工況的全參數(shù)模擬。
59.特別地，所述徑向加載單元30可沿所述榫接結(jié)構(gòu)試件的切向方向移動(dòng)，目的是當(dāng)榫接結(jié)構(gòu)試件受到切向力而彎曲時(shí)，徑向加載單元30隨之移動(dòng)相應(yīng)的彎曲位移，以保證徑向加載單元30始終向榫接結(jié)構(gòu)試件施加徑向力。
60.具體地，所述徑向加載單元30包括與所述榫齒模擬件12通過(guò)鉸支的方式相連的徑向施力桿36以及與所述徑向施力桿36的另一端通過(guò)鉸支的方式連接的徑向作動(dòng)缸33。所述徑向作動(dòng)缸33(對(duì)應(yīng)作動(dòng)器，作動(dòng)缸的伸縮端為加載端) 固定在徑向作動(dòng)缸滑軌31上，用于
使所述徑向加載單元30沿所述榫接結(jié)構(gòu)試件的切向方向移動(dòng)。徑向作動(dòng)缸滑軌31安裝在徑向作動(dòng)缸固定件35上，這樣可保證徑向作動(dòng)缸34在切向方向可以移動(dòng)，而徑向方向受到約束，以模擬真實(shí)工況條件下葉片榫接結(jié)構(gòu)所承受的離心載荷。徑向作動(dòng)缸固定件35也可以為地基固定結(jié)構(gòu)，便于安裝使用。
61.特別地，所述徑向施力桿36連接有徑向力傳感器34，用于檢測(cè)徑向力數(shù)據(jù)，如徑向力大小及波形等。
62.所述切向加載單元40包括與所述榫齒模擬件12通過(guò)弧形頂桿的方式相連?；⌒雾敆U端部帶有滾珠。
63.特別地，所述用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置還包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)50，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)50與徑向力傳感器34、徑向作動(dòng)缸34、切向力傳感器42、切向作動(dòng)缸43以及攝像頭51連接，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)50發(fā)出圖像、數(shù)據(jù)采集與控制命令，用于采集所述徑向加載單元30和切向加載單元 40的力學(xué)數(shù)據(jù)以及所述榫接結(jié)構(gòu)試件的圖像數(shù)據(jù)。
64.攝像頭51用于對(duì)榫齒模擬件12與榫槽模擬件11的接觸面位置進(jìn)行觀測(cè)，控制環(huán)境溫度和氣氛等實(shí)驗(yàn)環(huán)境的裝置不會(huì)遮擋對(duì)榫槽模擬件11、榫齒模擬件 12接觸位置的光學(xué)觀測(cè)。
65.本發(fā)明還提供了一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試的方法，采用前述技術(shù)方案所述的裝置進(jìn)行疲勞性能測(cè)試，包括以下步驟：
66.s1.將榫接結(jié)構(gòu)試件通過(guò)所述榫接結(jié)構(gòu)固定單元10固定，并分別與所述徑向加載單元30和切向加載單元40連接；
67.具體地，將榫槽模擬件11固定到地基，將榫齒模擬件12插入到榫槽中，用銷(xiāo)釘將榫齒模擬件12的前端與徑向施力桿36和切向連接桿41連接；
68.s2.開(kāi)啟所述環(huán)境控制單元20，將所述榫接結(jié)構(gòu)試件的試驗(yàn)環(huán)境調(diào)至預(yù)設(shè)環(huán)境，以模擬發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫槽位置的環(huán)境溫度；
69.s3.通過(guò)所述徑向加載單元30和切向加載單元40分別向所述榫接結(jié)構(gòu)試件施加徑向力和切向力；
70.具體地，根據(jù)模擬的葉片在真實(shí)工況下的離心力大小與波形，控制徑向作動(dòng)缸34對(duì)榫齒模擬件12施加徑向力；拉力的大小由徑向力傳感器34進(jìn)行測(cè)量并反饋控制徑向作動(dòng)缸34的運(yùn)動(dòng)，以模擬發(fā)動(dòng)機(jī)葉片工作狀態(tài)下的離心力；在此過(guò)程中，通過(guò)徑向作動(dòng)缸滑軌31的滑動(dòng)，以保證榫齒模擬件12始終為徑向受力。
71.根據(jù)模擬的葉片在真實(shí)工況下的氣動(dòng)力大小與振動(dòng)波形，控制切向作動(dòng)缸 41，42對(duì)榫齒模擬件12施加切向力，保證與真實(shí)工況的彎矩等效；切向力的波形由切向力傳感器412，422進(jìn)行測(cè)量并反饋控制切向作動(dòng)缸41，42的運(yùn)動(dòng)。切向作動(dòng)缸41，42的運(yùn)動(dòng)互為反相位。切向力的波形可以采用正弦波或三角波，力的均值對(duì)應(yīng)的彎矩用來(lái)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)葉片工作狀態(tài)下的氣動(dòng)彎矩，力的幅值對(duì)應(yīng)的彎矩用來(lái)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)葉片工作狀態(tài)下的高頻振動(dòng)彎矩。
72.特別的，由弧形頂桿對(duì)應(yīng)的弧線角度θ，切向力傳感器的力值f0與實(shí)際作用在榫齒模擬件上的切向力f1存在如下關(guān)系：
73.f1＝f0*cosθ
74.特別的，當(dāng)弧形頂桿足夠短，或弧形頂桿的曲率半徑足夠大時(shí)，弧形頂桿與水平桿
近似，其對(duì)應(yīng)的弧線角度趨近于零，此時(shí)cosθ近似為1，則有：
75.f1＝f0
76.由此可知，能夠?qū)⒆鲃?dòng)器的施加載荷完全傳遞到葉根上，便于恒定施加載荷，簡(jiǎn)化了控制方法。
77.s4.通過(guò)所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)50采集所述徑向加載單元30和切向加載單元 40的力學(xué)數(shù)據(jù)以及所述榫接結(jié)構(gòu)試件的圖像數(shù)據(jù)，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
78.具體地，啟動(dòng)攝像頭51，對(duì)榫齒模擬件12與榫槽模擬件11接觸面位置進(jìn)行觀測(cè)；并記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溫度、徑向力傳感器34與切向力傳感器412， 422的信號(hào)，獲取徑向力、切向力波形與加載周次等特征信息，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
79.綜上所述，本發(fā)明提供的用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片榫接結(jié)構(gòu)環(huán)境疲勞性能測(cè)試裝置，通過(guò)徑向作動(dòng)缸對(duì)葉片榫齒模擬件施加徑向載荷，以模擬真實(shí)工況條件下葉片榫齒結(jié)構(gòu)所承受的離心載荷；通過(guò)切向作動(dòng)缸對(duì)葉片榫齒模擬件端部施加彎曲載荷，以模擬真實(shí)工況條件下葉片榫齒結(jié)構(gòu)所承受的氣動(dòng)載荷和高頻低幅振動(dòng)載荷；通過(guò)環(huán)境箱來(lái)模擬真實(shí)工況條件下葉片榫齒結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境溫度與氣氛；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用圖像采集系統(tǒng)對(duì)榫齒榫槽接觸區(qū)進(jìn)行圖像采集與測(cè)量，并采集徑向力與切向力的波形。本發(fā)明避免了實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)成本高、難以開(kāi)展精確的參數(shù)測(cè)量等困難，可以更方便快捷的開(kāi)展葉片榫齒結(jié)構(gòu)在模擬工況條件下的疲勞實(shí)驗(yàn)研究，為研究葉片的疲勞損傷機(jī)理提供了一種新的模擬實(shí)驗(yàn)裝置與方法。
80.以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。