光弹性模型安装装置及旋转离心载荷加载装置的制作方法

本公开涉及实验力学技术领域，具体而言，涉及一种光弹性模型安装装置及旋转离心载荷加载装置。

背景技术：

光弹性试验是将光学和弹性理论相结合而发展起来的一种实验应力分析方法，广泛应用于航空航天器设计过程中的零部件应力分析。光弹性应力“冻结”法是光弹性试验方法的一种，此法是将光弹性模型加热到“冻结”温度时，施加载荷，再缓慢冷却至室温后卸载。模型承受载荷时产生的双折射效应将保存下来，即使将模型切成薄片，其双折射效应也不会消失，这种特性称为应力冻结效应。光弹性应力“冻结”法是利用这种效应进行三维光弹性应力分析。

在发动机原型机研制阶段，需要采用光弹性应力“冻结”法，对光弹性模型施加旋转离心载荷，而传统的离心载荷加载装置适合转速在1000r/min至3000r/min区域附近，但在此区域做“冻结”试验后有时“冻结”的应力条纹稀疏，不利于条纹判读，从而影响试验精度。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本公开的目的在于提供一种光弹性模型安装装置及旋转离心载荷加载装置，旨在提高光弹性试验的旋转离心载荷，从而提高试验精度。

根据本公开的一个方面，提供一种光弹性模型安装装置，所述光弹性模型包括榫槽部及多个榫头部，所述光弹性模型安装装置包括：

两个安装盘，两个所述安装盘相对设置，且各所述安装盘的中心设有供竖直传动轴穿过并紧密配合的通孔；两个所述安装盘的相对面对应设有多组能夹持所述榫槽部的扇形槽，多个所述扇形槽围绕所述通孔环形分布，且所述扇形槽沿径向向外开放，两个所述安装盘能够配合固定所述光弹性模型。

在本公开的一种示例性实施例中，两个所述安装盘的所述扇形槽设有螺孔，所述榫槽部设有通孔，所述光弹性模型安装装置还包括：

多组螺栓与螺母，多个所述螺栓分别贯穿各所述扇形槽的螺孔与所述榫槽部的通孔，并配合螺母固定所述光弹性模型。

在本公开的一种示例性实施例中，每个所述扇形槽内的所述螺孔的数量为多个，且沿所述安装盘的径向分布。

在本公开的一种示例性实施例中，所述扇形槽内沿径向向外设有依次下降的多级台阶，且各级所述台阶对应设有一个所述螺孔；两个所述安装盘的相对面均具有凸台，各所述扇形槽设于所述凸台。

在本公开的一种示例性实施例中，各所述安装盘的所述扇形槽的数量为四个，且各所述扇形槽等间隔分布于所述安装盘。

在本公开的一种示例性实施例中，各所述扇形槽内的所述螺孔数量为三个，且各所述扇形槽内的所述台阶的数量为三个。

在本公开的一种示例性实施例中，所述安装盘中心的通孔为多边形孔。

在本公开的一种示例性实施例中，所述光弹性模型的所述榫头部数量为三个。

在本公开的一种示例性实施例中，所述光弹性模型的材料包括环氧树脂、聚碳酸酯中的一种或两种。

根据本公开另的一个方面，提供一种旋转离心载荷加载装置，包括：

如上述任意一项所述的光弹性模型安装装置；

驱动装置，包括竖直传动轴，且所述竖直传动轴贯穿所述安装盘中心的通孔，以驱动所述光弹性模型安装装置旋转。

由上述技术方案可知，本公开提供一种光弹性模型安装装置，其优点和积极效果在于：

本公开提供的一种光弹性模型安装装置，其中光弹性模型包括榫槽部及多个榫头部，光弹性模型安装装置包括相对设置的两个安装盘，两个安装盘的相对面设有多组能夹持光弹性模型的榫槽部的扇形槽，多个扇形槽围绕通孔环形分布且沿径向向外开放，且安装盘的中心设有通孔，竖直传动轴穿过该通孔带动安装装置旋转。

本公开提供的光弹性模型安装装置，一方面可以增大光弹性模型的安装半径，从而增加光弹性模型的旋转离心载荷，进而提高试验精度；另一方面，本光弹性模型安装装置的多组扇形槽可以同时安装、试验多个不同结构的光弹性模型，从而降低试验成本与周期。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性示出本公开示例性实施例中光弹性模型安装装置与光弹性模型的爆炸结构示意图；

图2示意性示出本公开示例性实施例中光弹性模型安装装置中安装盘的结构示意图；

图3示意性示出本公开示例性实施例中部分光弹性模型安装装置与光弹性模型组装的结构示意图；

图4示意性示出本公开示例性实施例中光弹性模型的结构示意图；

图5示意性示出本公开示例性实施例中旋转离心载荷加载装置的结构示意图。

附图标记说明如下：10、第一安装盘；11、第一通孔；12、扇形槽；13、螺孔；14、台阶；141、第一台阶；142、第二台阶；143、第三台阶；15、凸台；20、第二安装盘；21、第二通孔；30、光弹性模型；31、榫槽部；32、榫头部；311、通孔；41、螺栓；42、螺母；100、光弹性模型安装装置；200、驱动装置；201、竖直传动轴；300、温控装置；301、箱体；302、温度调节器。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

本说明书中使用用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

相关技术中存在一种模型混合加载装置，该装置可以对光弹性模型施加离心载荷和拉伸载荷，分别得到两种不同载荷下的应力分布，即通过获取更完整的试验数据来提高试验精度。但实际试验中，在静态拉伸载荷与旋转离心载荷作用下，模型上的应力状态还存在一定的差异，试验精度仍存在较大偏差。因此，为使试验中模型受力状态更加接近真实旋转状态，本公开提供一种新的光弹性模型安装装置。

在本示例实施例中，可以以航空发动机涡轮盘的榫头-榫槽光弹性试验为例。为了模拟航空发动机涡轮盘在旋转工作时榫接区域的受力状态，如图4所示，本示例实施方式中的光弹性模型30可以包括榫槽部31及多个榫头部32。

详细而言，该光弹性模型30的榫槽部31的一面可以为扇环形，该榫槽部31在该扇环的径向向外的一侧设有三个榫槽，分别配合安装三个榫头部32。榫槽部31的榫槽可以包括两至三个齿状凹槽，榫头部32的一端则卡合于该榫槽内，且榫头部32与榫槽的接触面之间留有一定间隙。即在旋转离心过程中，使榫头部32与榫槽部31不会脱离，且两者的接触面上产生相互作用力。

此外，该光弹性模型30的榫头部32的数量不限于三个，还可以为一个、两个或更多个；光弹性模型30扇环形的内外径的大小及圆心角度均可以设置；榫槽部31与榫头部32的连接方式也不限于上述记载。将光弹性模型设计为扇环形，模拟发动机涡轮盘圆盘结构中的一部分结构，避免了制作对切割技术要求较高的整体模型，不仅降低了制作光弹性模型的难度，更便于试验后期进行切片操作。

此外，该光弹性模型30的制作材料可以为环氧树脂，还可以为聚碳酸酯等。关于光弹性模型的上述相关特征，本公开在此不做特殊限定。

图1示意性示出本公开示例性实施例中光弹性模型安装装置与光弹性模型的爆炸结构示意图。

在本示例实施例中，如图1所示，光弹性模型安装装置包括相对设置的两个安装盘，两个安装盘的相对面设有多组能夹持光弹性模型的榫槽部的扇形槽，多个扇形槽围绕通孔环形分布且沿径向向外开放，且安装盘的中心设有通孔，竖直传动轴穿过该通孔带动安装装置旋转。

本公开提供的光弹性模型安装装置，一方面可以增大光弹性模型的安装半径，从而增加光弹性模型的旋转离心载荷，进而提高试验精度；另一方面，本光弹性模型安装装置的多组扇形槽可以同时安装、试验多个不同结构的光弹性模型，从而降低试验成本与周期。

下面，将对本示例实施方式中的光弹性模型安装装置进行进一步的阐述。

在本示例实施例中，参照图1所示，该光弹性模型安装装置可以包括两个安装盘，即第一安装盘10与第二安装盘20，该两个安装盘相对设置，且各安装盘的中心均设有供传动轴穿过并紧密配合的通孔，即第一通孔11与第二通孔21。其中，第一安装盘10具有可以夹持光弹性模型30的承载面，第二安装盘20面向第一安装盘10的一面同样可以夹持光弹性模型30，以对该光弹性模型30在轴向方向上进行限位。

详细而言，两安装盘中心的第一通孔11与第二通孔21可以设为多边形孔，例如方形孔，以便与传动轴配合，并在传动轴的带动下转动。此处，传动轴的方向可以设置为竖直方向，则该光弹性模型安装装置的安装方向为水平方向。在其他实施例中，该光弹性模型安装装置的安装方向还可以为除水平方向意外的其他方向，不公开在此不做特殊限定。

进一步的，在各安装盘的相对面对应设有多组能夹持榫槽部31的扇形槽，即在安装盘10上设有多个扇形槽12，相应地在安装盘20面向安装盘10的一面对应设有多个扇形槽，在两安装盘相对面的两扇形槽可以配合夹持该光弹性模型30。以此，两扇形槽的扇面可以对榫槽部31进行轴向约束，两扇形槽的两侧壁可以对光弹性模型30的榫槽部31进行周向约束，从而避免榫槽部31的周向变形，使局部模型的边界条件更接近整体涡轮盘模型，从而使扇环状的光弹性局部模型30在旋转时的受力状态更接近真实的涡轮盘整体模型，进而提高试验精度。

此外，各扇形槽还可以沿径向向外开放，即扇形槽12径向向外的方向不设有约束边界，以便在安装光弹性模型30时，使榫头部32远离榫槽部31的一端不受外力约束，避免榫接处产生附加压力，影响试验精度。

进一步的，如图2所示，该安装盘10上设有四个扇形槽12，四个扇形槽围绕第一通孔11环形且等间隔分布。此外，为了使该光弹性模型安装装置在旋转时受力均匀，各扇形槽的圆心角可以一致。

在本示例实施例中，如图3所示，在将光弹性模型安装入两安装盘之间后，为了在径向上固定光弹性模型30，如图2所示，可以在两安装盘的各扇形槽的轴向上设有螺孔13；如图4所示，相应地在光弹性模型30的榫槽部设有通孔311；则两安装盘与光弹性模型可以通过紧固件进行固定。例如，如图1所示，紧固件可以为螺栓41与螺母42，螺栓41可以依次贯穿安装盘20的扇形槽的螺孔、榫槽部的通孔311以及安装盘10的扇形槽的螺孔13，并配合螺母42固定所述光弹性模型30。螺栓与螺母的数量可以为4组，对应安装于四组所述扇形槽区域。

此外，为了实现光弹性模型的安装半径可调节，从而根据试验需要增大或缩小光弹性模型的旋转半径，调节旋转离心载荷，准确把控试验精度；或者同时进行多个不同大小的模型试验。在本示例实施例中，如图2所示，安装盘的扇形槽内对应不同安装半径可以设置有多圈螺孔13，且同一扇形槽内的多个螺孔可以沿安装盘的径向分布。例如，在安装盘的各扇形槽内，对应不同安装半径设置有三圈螺孔13，且每个扇形槽内的3个螺孔沿安装盘的径向等间隔分布。在其他实施例中，各扇形槽内螺孔的数量可以为2个、4个或更多个，本公开在此不做特殊限定。

在本示例实施例中，为了避免两安装盘在装配中对光弹性模型的关键榫接区域产生附加压力约束，进而影响试验精度，如图2所示，每个扇形槽内沿径向向外设有依次下降的多级台阶14。例如：自扇形槽径向由内向外依次为第一台阶141、第二台阶142与第三台阶143。相应地，上述三个台阶可以分别对应设有一个螺孔13。此外，在各安装盘的相对面还设有凸台15，各扇形槽均设于凸台15之上。以此，在各扇形槽内实际形成了三个轴向深度依次下降的阶梯，且可以设置相邻两阶梯的下降深度一致。

举例而言，在将榫槽部安装于第一台阶141时，径向向外伸出的榫头部32投影在第二台阶142的区域，而第二台阶142由于具有一定下降深度，可以避免两安装盘对榫头部32产生压力约束，保证榫头仅受离心载荷的作用；同时，由于榫头部32投影在第二台阶142的区域范围内，因此第二台阶142还可为榫头部提供轴向位移保护，从而可以避免榫头部在旋转试验过程中上下窜动，影响试验精度。

此外，在设置相邻两阶梯下降深度时，还要考虑到光弹性模型的榫槽部的轴向厚度，即在将光弹性模型安装入两个安装盘之间时，两安装盘的扇形槽内对应的阶梯配合可以夹持该榫槽部，而不会产生松动，以实现光弹性模型的榫槽部的固定。两安装盘的扇形槽内对应的阶梯配合所形成轴向空间的厚度，可以不大于安装于此阶梯的榫槽部的轴向厚度。另外，还可以设置三个扇环区域的径向宽度一致，以便于光弹性模型的制作与安装。

需要补充的是，在光弹性模型安装、加载前，首先需要设计、制作光弹性模型。根据光弹性模型所需的离心载荷确定其安装半径，从而确定光弹性模型在扇形槽内的安装区域，再准确测量相应安装区的尺寸，进行得到所需制作光弹性模型的安装边尺寸，并根据该尺寸进行模型制作。或者，在该光弹性模型安装装置设计阶段，在设计多级台阶14和螺孔13的位置时，同时给出各级台阶和螺孔位置处对应安装的光弹性模型的安装边尺寸，并形成安装规范，以便于后续光弹性模型安装装置的使用。

此外，在一些实施例中，在进行光弹性试验前，首先可以根据理论分析与试验积累，以在进行旋转“冻结”试验后7mm厚度的切片出现最大应力条纹级数达到3级左右为标准，根据所需离心载荷计算模型的安装半径。根据模型的安装半径确定安装位置，进而根据安装位置处的台阶尺寸配合设计光弹性模型的安装边尺寸与公差，并控制装配间隙不超过0.05mm，以保证局部模型在试验中的边界条件更接近整体模型，防止其周向变形过大。

根据本公开的第二方面，如图5所示，提供了一种旋转离心载荷加载装置，该旋转离心载荷加载装置至少包括了上述的光弹性模型安装装置100。此外，还可以包括驱动装置200，驱动装置200还可以包括竖直传动轴201，且所述竖直传动轴201贯穿所述安装盘中心的通孔，以驱动所述光弹性模型安装装置100旋转。

此外，该旋转离心载荷加载装置还可以包括温控装置300，以便于提供光弹性应力“冻结”试验的温度场。该温控装置300可以包括箱体301以及对箱体301内部进行温度调节的温度调节器302。

本示例实施例中的一种旋转离心载荷加载装置，其有益效果已在上述其所包括的光弹性模型安装装置中进行了详细的描述，在此不再一一赘述。

上述所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中，如有可能，各实施例中所讨论的特征是可互换的。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。