CN115560937A - 应变计疲劳寿命测定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了应变计疲劳寿命测定装置，属于航空发动机试验技术领域，该应变计疲劳寿命测定装置，包括：设置有应变计的发动机叶片试件；压电振动台，用于对所述发动机叶片试件施加预定频率的振动；所述压电振动台的顶部设置有转接工装，所述转接工装中设置有夹具，所述夹具用于夹持所述发动机叶片试件；控制器用于产生振动信号及控制本装置运行，并连接功率放大器驱动所述压电振动台。通过设置的压电振动台对叶片上的应变计进行振动试验，其试验的频率范围在5‑22000Hz，甚至能够达到25kHz及其以上，激振测试的频率较常规的电磁振动器广，尺寸小，成本低。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机试验技术领域，涉及叶片高周疲劳测试领域，更具体的涉及应变计疲劳寿命测定装置。
背景技术
航空发动机是整个飞机的核心所在，它的性能直接决定着飞机的整体性能，所以航空发动机也被称为“工业皇冠上的明珠”。而在航空燃气涡轮发动机中工作环境最为恶劣、应力最为复杂的就是涡轮叶片，同时涡轮叶片也是航空发动机需求在尺寸小、重量轻的情况下获得高性能的关键之处。
在对叶片进行动态应变测量中，采用电阻应变计测量动态应变，需考虑应变计的动态响应特性，同时要求应变计有较高的疲劳寿命。
动态应变测量时，若测点的应变变化频率较快，测量的时间较长，应变计所经受的应变循环次数也就很多。
在这种情况下，要求所选用的应变计及其安装工艺具有较高的疲劳寿命。
一般对应变计本体及其粘接附着能力进行疲劳寿命试验，采用的方式为，将应变计安装在叶片上，通过对叶片进行高频振动，实现对其工况的模拟，获取应变计相应的试验数据，对于叶片进行高频振动试验常采用的是电磁激振器，但电磁激振器的激振频率范围窄，常规电磁振动台的激振频率范围仅限于几千赫兹，如公开号CN104062104B提出的航空发动机压气机叶片疲劳循环试验装置对叶片进行振动疲劳试验的装置，针对于叶片高频振动试验装置而言，采用的电磁式的高频振动装置虽然能够达到更高的激振频率，但对于应变计或是说较小的叶片样品试验而言，其造价高，且主要运用于大位移振动试验***中，进行振动试验，缺少针对应变计或是较小叶片样品实施疲劳寿命测定的装置或是说***。
发明内容
本发明的目的在于提供应变计疲劳寿命测定装置，以解决上述背景技术中提出现有的疲劳寿命测定装置在使用过程中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：应变计疲劳寿命测定装置，包括：
设置有应变计的发动机叶片试件；
压电振动台，用于对所述发动机叶片试件施加预定频率的振动；
所述压电振动台的顶部设置有转接工装，所述转接工装中设置有夹具，所述夹具用于夹持所述发动机叶片试件；
控制器用于产生振动信号及控制本装置运行，并连接功率放大器驱动所述压电振动台；
可选的设置有加热器，其位于所述发动机叶片试件外缘，用以通过热传导对所述发动机叶片试件加热，进一步的设置有红外测温仪，用于监控加热温度，使所述发动机叶片试件加热形成闭环控制；
激光测振***，用于测定所述发动机叶片试件的振动位移和加速度，并将位移和加速度的反馈信号传递到所述控制器，形成闭环控制。
优选的，所述压电振动台工作的激振频率范围为5-22000Hz。
优选的，所述压电振动台的最大激振频率为25khz。
优选的，所述功率放大器为变频功率放大器。
优选的，所述加热器为高频/甚高频电磁涡流加热装置。
优选的，所述压电振动台上还设置有风冷接头。
优选的，所述压电振动台包括压电激振***及封装其的工作台，所述压电激振***包括压电陶瓷环。
优选的，所述压电陶瓷环内径为20mm，外径为50mm，厚度为6mm。
优选的，所述压电陶瓷环堆叠，且设置若干个。
一种应变计疲劳寿命测定方法，包括以下步骤：
S1、所述夹具对设置有应变计的所述发动机叶片试件进行夹持固定；
S2、所述控制器控制压电振动台的振动频率，其控制信号输出到所述功率放大器，进一步将控制信号传递到所述压电振动台；
S3、所述压电振动台对所述发动机叶片试件施预定特定频率的振动，通过激光测振***进行位移或加速度的测量，将测量数据反馈到所述控制器进行闭环控制；
S4、若要创造高温工况，通过所述加热器对所述发动机叶片试件进行加热，所述红外测温仪对所述发动机叶片试件的温度进行非接触式测量，监控所述发动机叶片试件温度，并反馈给加热器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
设置的压电振动台对叶片上的应变计进行振动试验，其试验的工作频率范围在5-22000Hz，本发明提出的装置甚至能够达到25kHz及其以上，激振测试的频率较常规的电磁振动器广，压电激振器的成本低，尺寸小，能够适应应变计的测试条件，以及进行较小试件的高频振动测试，进行应变计的疲劳寿命测试。
并能够通过加热器进行非接触式加热，对叶片的实际使用工况进行模拟，有助于对叶片进行动态应变测量。
附图说明
图1为本发明的振动测试***示意图；
图2为本发明的***原理图；
图3为本发明的压电陶瓷环结构示意图。
图中：1、压电振动台；11、压电陶瓷环；12、夹具；13、转接工装；2、功率放大器；3、控制器；4、加热器；5、发动机叶片试件；6、风冷接头；7、激光测振***；8、红外测温仪。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：应变计疲劳寿命测定装置，包括：
设置有应变计的发动机叶片试件5；
压电振动台1，用于对发动机叶片试件5施加预定频率的振动；
压电振动台1的顶部设置有转接工装13，转接工装13中设置有夹具13，夹具13用于夹持发动机叶片试件5；
控制器3用于产生振动信号及控制本装置运行，并连接功率放大器2驱动压电振动台1；
可选的设置有加热器4，其位于发动机叶片试件5外缘，用以通过热传导对发动机叶片试件5加热，进一步的设置有红外测温仪8，用于监控加热温度，使发动机叶片试件5加热形成闭环控制；
激光测振***7，用于测定发动机叶片试件5的振动位移和加速度，并将位移和加速度的反馈信号传递到控制器1，形成闭环控制。
这里的夹具13选用能够稳固夹持发动机叶片试件5的装置，如CN106840561B提出的高频周向小榫头叶片振动疲劳试验用固位夹紧装置。
控制器3实现信号的发出以及装置控制，连接功率放大器2驱动压电振动台1。
压电振动台1上可选的设置有力、加速度传感器，便于实时监控振动量避免超过额定值造成振动台损坏。
压电振动台1的工作的激振频率范围为5-20000Hz，压电振动台1的谐振频率为21khz，常规电磁振动台的激振频率范围仅限于几kHz，而压电激振器最高激振频率则能够超过25kHz，在4kHz以上高频振动时，性能远超常规电磁振动台。
进一步的，这里还通过激光测振***7和红外测温仪8实现了测试条件的闭环控制。
本实施例中，这里考虑到其他装置的振动特性，其激振频率的工作范围设置在5-22000kHz，实际其振动的频率甚至能够达到25kHz甚至更高，这里选用的是堆叠的压电陶瓷环11，则无法在谐振频率上使用，由于受到压电陶瓷响应时间即阶跃时间、功率、动态力等多种因素的限制。
压电振动台1包括压电激振***及封装其的工作台，压电激振***包括压电陶瓷环11。
这里提到的压电激振***也可以称之为压电激振器，基于压电陶瓷晶体材料的特性，能产生高量级的声波、超声激励，可用于振动测试、分析、高频动态标定等领域。本发明提供的一种压电激振器，装置主体包括转接工装13部分的高度为300mm，圆柱部分为Φ170mm，尺寸小能够适应较小的应变片尺寸及检测需求。
具体的，压电陶瓷环11堆叠，且设置若干个。
这里选用的压电陶瓷环11尺寸为：内径为20mm，外径为50mm，厚度为6mm，实行高频振动试验。
本实施例中，选用的压电陶瓷环1进行堆叠，实现高频振动。
具体的，功率放大器2为变频功率放大器。
具体的，加热器4为高频/甚高频电磁涡流加热装置。
本实施例中，加热器4为涡流加热装置，这里的图1仅示出了线圈的部分示意图，通过涡流线圈包围待测试件，能够进行非接触式加热，这里加热器4也可接入控制器3进行控制，控制器3接入红外测温仪8进行温度数据获取。
更进一步的，加热器4为DSP数控感应加热设备，能够通过触摸屏进行显示控制。
具体的，压电振动台1上还设置有风冷接头6。
本实施例中，风冷接头6这里能够接入气流，对装置进行冷却降温。
在另一种实施方式中，选用低频激振器进行振动试验，控制器3电性连接低频功率放大器，控制低频激振器进行低频振动试验。
在另一种实施方式中，由本装置组成的测试***，调整装置的规模参数，还能够进行叶片高周疲劳测试。
本发明的工作原理及使用流程：夹具5对设置有应变计的发动机叶片试件5进行夹持固定，控制器3控制压电振动台1的振动频率，其控制信号输出到功率放大器2，进一步将控制信号传递到压电振动台1，压电振动台1对发动机叶片试件5施加特定频率振动，测定应变片在何种振动频率下会松脱掉落，或是电性连接应变计，进行动态应变测量，检测应变计的疲劳寿命，通过激光测振***7进行振动频率测量，通过加热器4对发动机叶片试件5进行加热，对发动机叶片试件5具体使用时的工况进行模拟，红外测温仪8对发动机叶片试件5的温度进行非接触式测量，使发动机叶片试件5达到预定温度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.应变计疲劳寿命测定装置，其特征在于：包括：
设置有应变计的发动机叶片试件(5)；
压电振动台(1)，用于对所述发动机叶片试件(5)施加预定频率的振动；
所述压电振动台(1)的顶部设置有转接工装(13)，所述转接工装(13)中设置有夹具(13)，所述夹具(13)用于夹持所述发动机叶片试件(5)；
控制器(3)用于产生振动信号及控制本装置运行，并连接功率放大器(2)驱动所述压电振动台(1)；
可选的设置有加热器(4)，其位于所述发动机叶片试件(5)外缘，用以通过热传导对所述发动机叶片试件(5)加热，进一步的设置有红外测温仪(8)，用于监控加热温度，使所述发动机叶片试件(5)加热形成闭环控制；
激光测振***(7)，用于测定所述发动机叶片试件(5)的振动位移和加速度，并将位移和加速度的反馈信号传递到所述控制器(1)，形成闭环控制。
2.根据权利要求1所述的应变计疲劳寿命测定装置，其特征在于：所述压电振动台(1)工作的激振频率范围为5-22000Hz。
3.根据权利要求1所述的应变计疲劳寿命测定装置，其特征在于：所述压电振动台(1)的最大激振频率为25khz。
4.根据权利要求1所述的应变计疲劳寿命测定装置，其特征在于：所述功率放大器(2)为变频功率放大器。
5.根据权利要求1所述的应变计疲劳寿命测定装置，其特征在于：所述加热器(4)为高频/甚高频电磁涡流加热装置。
6.根据权利要求1所述的应变计疲劳寿命测定装置，其特征在于：所述压电振动台(1)上还设置有风冷接头(6)。
7.根据权利要求1所述的应变计疲劳寿命测定装置，其特征在于：所述压电振动台(1)包括压电激振***及封装其的工作台，所述压电激振***包括压电陶瓷环(11)。
8.根据权利要求7所述的应变计疲劳寿命测定装置，其特征在于：所述压电陶瓷环(11)内径为20mm，外径为50mm，厚度为6mm。
9.根据权利要求8所述的应变计疲劳寿命测定装置，其特征在于：所述压电陶瓷环(11)堆叠，且设置若干个。
10.一种应变计疲劳寿命测定方法，包括权利要求1-9任一项所述的应变计疲劳寿命测定装置，其特征在于：包括以下步骤：
S1、所述夹具(5)对设置有应变计的所述发动机叶片试件(5)进行夹持固定；
S2、所述控制器(3)控制压电振动台(1)的振动频率，其控制信号输出到所述功率放大器(2)，进一步将控制信号传递到所述压电振动台(1)；
S3、所述压电振动台(1)对所述发动机叶片试件(5)施预定特定频率的振动，通过激光测振***(7)进行位移或加速度的测量，将测量数据反馈到所述控制器(1)进行闭环控制；
S4、若要创造高温工况，通过所述加热器(4)对所述发动机叶片试件(5)进行加热，所述红外测温仪(8)对所述发动机叶片试件(5)的温度进行非接触式测量，监控所述发动机叶片试件(5)温度，并反馈给加热器(4)。
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| CN202210014899.7A CN115560937A (zh) | 2022-01-07 | 2022-01-07 | 应变计疲劳寿命测定装置 |
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