一种双节点的超高周拉扭复合疲劳试验装置

技术领域

本发明属于材料疲劳试验技术领域，特别涉及多轴超高周疲劳试验。

背景技术

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10

发明内容

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。

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。

所述的纵振换能器仅能产生轴向振动。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

附图说明

图1是本发明具有双节点的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是上调幅器。

图3是对称试验件。

图4是下变幅杆。

图5是本发明装置采用的双节点拉扭复合振型图。

图中标记：10-纵振换能器、20-上调幅器、201-上节点、30-拉扭变幅杆、40-对称试验件、401-上阶梯轴头、402-上圆弧缺口、403-下圆弧缺口、404-下阶梯轴头、50下调幅器、501-锥形头、502-下节点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本发明具有双节点的超高周拉扭复合疲劳试验装置结构示意图如图1所示，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)，纵振换能器下端与上调幅器、拉扭变幅杆、对称试验件、下调幅器依次螺纹连接，一起形成具有两个节点的拉扭复合谐振系统，纵振换能器(10)通电，对称试验件(40)即可按此振型做拉扭振动。

工作原理：

将材料加工成对称试验件(40)形式如图3，不同材料可通过调节试验件整体长度、直径及圆弧缺口的尺寸来达到谐振频率，本实施案例材料与共振频率分别为航空钛合金、20khz，纵振换能器(10)通电后能产生轴向机械振动；上调幅器(20)将纵振换能器(10)输入机械振动进行放大；拉扭变幅杆(30)可将上调幅器(20)放大后的部分轴向振动转变成扭转振动，从而输出拉扭机械振动；对称试验件(40)两端设计为阶梯轴头(401与404)，能较好的过渡拉扭变幅杆(30)输入的横波和纵波，于是对称试验件(40)可在单一轴向激励下实现拉扭振动；对称试验件(40)设有两个对称的圆弧缺口(402与403)，该对称结构在添加下调幅器(50)后还能保留拉扭复合振型；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)组成的谐振系统采用了一种具有双节点的拉扭复合振型，该振型允许在这两个节点上施加静态或动态的外载荷，且其最大拉扭变形发生在对称试验件(40)上，而不是拉扭变幅杆(30)上，保证了变幅杆的使用寿命。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明的说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。