薄壁结构轴向弯曲加载装置的制作方法

本公开涉及一种薄壁结构轴向弯曲加载装置。

背景技术：

由于并联涡轮组合循环(tbcc)发动机的两个气流通道并列布置，其安装结构具有多分支传力路径和多个安装单元的特点，与传统涡喷涡扇发动机显著不同。同时，由于进、排气装置飞/发一体化的设计要求，进气道和单边膨胀喷管均为二元结构且结构形式与飞机布局密切相关，而涡轮基、射流预冷段和冲压燃烧室均为轴对称结构。因此进气道、尾喷管、过渡段等部件的结构通常采用非对称截面或弯曲传力路径的不规则几何结构形式。这些非对称截面传力结构在工作状况下的变形与常规涡喷涡扇发动机的轴对称结构有显著区别。在这些非对称截面结构的设计中，需要开展试验测试已校核计算分析结果，但是在加载试验过程中发现，这些结构沿中心线轴向弯曲时容易出现产生额外的轴向拉、压载荷等诸多问题。

技术实现要素：

为了解决至少一个上述技术问题，本公开提供一种薄壁结构轴向弯曲加载装置，可实现沿着薄壁结构尤其是圆转方、矩形弯曲、矩形变截面等非对称薄壁结构的端面中心弯曲，而不产生额外的轴向拉、压载荷。通过以下技术方案实现。

根据本公开的一个方面，薄壁结构轴向弯曲加载装置包括加载端面和固定端面，在加载端面与固定端面之间固定薄壁结构，其中：在加载端面上安装有旋转轴，旋转轴由轴承支承，轴承安装在轴承支座中，当向加载端面施加载荷时，加载端面能够绕旋转轴的轴心线转动；加载端面在朝向固定端面的一侧上还具有凹部，凹部的尺寸设计成使得在将薄壁结构的一端安装在凹部内时，薄壁结构的该端的端面中心线与旋转轴的轴心线重合，从而实现在加载端面绕旋转轴的轴心线转动时，薄壁结构沿端面中心线弯曲。

根据本公开的至少一个实施方式，加载装置还包括加载端，加载端安装在加载端面上，通过对加载端施加载荷，能够使加载端面绕旋转轴的轴心线转动。

根据本公开的至少一个实施方式，固定端面上具有可调安装孔，以固定安装具有不同端面尺寸的薄壁结构。

根据本公开的至少一个实施方式，加载装置包括两个共轴的旋转轴，每个旋转轴由相应的轴承支承，每个轴承安装在其轴承支座中。

根据本公开的至少一个实施方式，轴承支座包括上轴承支座和下轴承支座，轴承安装在上轴承支座和下轴承支座之间。

根据本公开的至少一个实施方式，加载装置还包括支架和底板，支架用于支撑固定固定端面；支架、固定端面和下轴承支座安装在底板上。

根据本公开的至少一个实施方式，凹部的深度的表达式为d＝d/2+t，其中，d表示凹部的深度，d表示旋转轴的直径，t表示薄壁结构的被安装在凹部内的一端的法兰厚度。

根据本公开的至少一个实施方式，凹部的截面形状与法兰的截面形状一致。

根据本公开的至少一个实施方式，通过材料试验机在加载端的上端面中心对该加载端施加垂直向下的载荷。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本公开的至少一个实施方式的薄壁结构轴向弯曲加载装置的结构示意图。

图2是根据本公开的至少一个实施方式的前加载端面的凹部结构示意图。

图3是根据本公开的至少一个实施方式的后固定端面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

在本公开的一个实施方式中，薄壁结构轴向弯曲加载装置包括加载端面和固定端面，在加载端面和固定端面之间固定安装薄壁结构。其中，加载端面上安装有旋转轴，旋转轴由轴承支承，轴承套装在旋转轴上，并且轴承安装在轴承支座中。当向加载端面施加载荷时，在轴承和轴承支座的约束下,加载端面能够绕轴承中心转动，即加载端面能够绕旋转轴的轴心线转动。加载端面上还具有凹部，凹部位于加载端面上朝向固定端面的一侧。薄壁结构一端安装在凹部内，凹部的设计可以使得该端的端面中心线与旋转轴的轴心线重合，从而使得加载端面绕着旋转轴的轴心线转动时，带动薄壁结构沿着其端面中心线弯曲。需要说明的是，薄壁结构安装在凹部内的一端的端面形状是对称的，当薄壁结构沿着其端面中心线弯曲时，其端面上受到的轴向拉、压载荷的合力为零。

具体的，如图1和2所示，薄壁试件(薄壁结构)9可以为圆转方的薄壁结构，其中，薄壁试件9的两个端面分别为圆形端面和方形端面。其中，圆形端面可以与前加载端面1连接，方形端面与后固定端面7连接，薄壁试件9固定在前加载端面1与后固定端面7之间。前加载端面1和后固定端面7的形状可以根据需要合理设置，例如可以设置为矩形或正方形块状结构，其厚度也可根据实际需要设置为不同的厚度。前加载端面1上具有旋转轴和凹部，其中旋转轴通过相应的轴承4支承，将轴承4套装在旋转轴上，并且将轴承4固定在轴承支座2,3上。在轴承4和支座2,3的约束下，前加载端面1可以通过旋转轴实现绕轴承中心的转动，即加载端面能够绕着旋转轴的轴心线转动。前加载端面1上的凹部位于前加载端面1上朝向后固定端面7的一侧，即位于前加载端面1与薄壁试件9的连接处，将薄壁试件9的一端安装在凹部内。在设置凹部的深度时，需要使得当薄壁试件9的一端安装在凹部内时，薄壁试件9该端的端面中心线与旋转轴的轴心线重合，从而使得前加载端面1沿着旋转轴的轴心线转动时，能够带动薄壁试件9沿着其端面中心线弯曲。利用前加载端面1上的凹部和旋转轴，以及轴承4和支座2,3的束缚，将薄壁试件9的弯曲中心限定在其端面中心，并且可以使得薄壁试件9在弯曲时不会产生额外的轴向拉、压载荷。

在本公开的一个实施方式中，加载装置还可以包括加载端6，加载端6可以为高度与前加载端面1相同的矩形块状结构，如图1所示，加载端6可以垂直安装在前加载端面1上与凹部相反的一面。优选的，加载端6的中心与前加载端面1的中心以及薄壁试件9的端面中心线位于同一平面上。通过对加载端6的上端面的中心处施加垂直向下的载荷，可以使前加载端面1在轴承4和支座2,3的约束下绕轴承4中心转动，即可以使前加载端面1绕旋转轴的轴心线转动。

在本公开的一个实施方式中，加载装置包括两个共轴的旋转轴，两个共轴的旋转轴分别对称安装在前加载端面1的两个相对的侧面上，每个旋转轴由相应的轴承4支承，每个轴承4分别安装在相应的轴承支座2,3中。

在本公开的一个实施方式中，考虑到加载装置的整体结构设计，轴承支座2，3可以由上轴承支座2和下轴承支座3组成，如图1所示，上轴承支座2和下轴承支座3的形状可以为矩形块状结构，便于拆卸安装以及与轴承4进行配合组装，而矩形的尺寸可以根据实际需要合理设置。上轴承支座2的上端和下轴承支座3的下端可以分别开有弧形凹槽，用于安装轴承4，使轴承4卡套在上轴承支座2和下轴承支座3之间。上轴承支座2和下轴承支座3可以通过螺栓连为一体。

在本公开的一个实施方式中，前加载端面1上的凹部的深度可以表示为d＝d/2+t，其中，d表示凹部的深度，d表示旋转轴的直径，t表示薄壁试件9被安装在凹部内的一端的法兰厚度；一般d＞2t。

在本公开的一个实施方式中，当薄壁试件9一端通过法兰与前加载端面1连接时，可以将凹部的截面形状设置为与法兰的截面形状一致，此时，薄壁试件9的一端可以卡接在凹部内，薄壁试件9与前加载端面1的连接将更加牢固，更有利于薄壁试件9进行轴向弯曲。

在本公开的一个实施方式中，后固定端面7上与薄壁试件9的方形端面的连接处也可以设置凹部，薄壁试件9的方形端面安装在凹部内。该凹部的形状和尺寸可以根据经验和实际需要合理设置，例如可以设置成尺寸略大于方形端面的圆形凹部，如图3所示，薄壁试件9的方形端面安装在该圆形凹部内，使薄壁试件9与后固定端面7固定连接。

优选的，薄壁试件9的方形端面通过法兰与后固定端面7固定连接。

在本公开的一个实施方式中，后固定端面7上可以设置多个对称分布的可调安装孔10，例如长圆形的安装孔，用于后固定端面7与具有不同端面尺寸的薄壁试件9的固定连接。当薄壁试件9的端面的尺寸增大或减小时，只需要调整连接螺栓在可调安装孔10内的位置即可。

在本公开的一个可选实施方式中，如图1所示，加载装置还可以包括底板5和支架8，支架8可以安装在后固定端面7的后侧，用于支撑固定后固定端面7。加载装置的其他部件，包括下轴承支座3、后固定端面7和支架8固定安装在底板5上。根据薄壁试件9的长度，可以调整下轴承支座3与底板5的安装位置，并用螺钉锁住两者位置。试验时将底板5平放在试验台上。

可选的，支架8可以是直角支架，通过螺钉将直角支架安装在后固定端面7上后，再将后固定端面7及直角支架8固定在底板5上。直角支架8的数量可以为2个或多个，分别安装在后固定端面7后侧相对称的位置。

如图1所示，将前加载端面1、后固定端面7、上轴承支座2、下轴承支座3、轴承4、底板5、加载端6、支架8和薄壁试件9组合安装时，应当使前加载端面1和加载端6的底部与底板5不接触，即在前加载端面1和加载端6的底部与底板5之间留出一定空间用于前加载端面1的转动。

在本公开的一个实施方式中，采用上述的加载装置进行薄壁结构轴向弯曲加载的方法包括以下步骤：

将加载装置与材料试验机连接，通过材料试验机对加载端6的上端面的中心施加垂直向下的载荷；

基于该垂直向下的载荷，以及轴承4和支座2,3的约束，前加载端面1通过旋转轴绕轴承4的中心转动，即前加载端面1绕着旋转轴的轴心线转动；

由于前加载端面1的旋转轴的轴心线与薄壁试件9安装在凹部内的一端的端面中心线重合，从而使得前加载端面1绕着旋转轴的轴心线转动时带动薄壁试件9沿着其端面中心线弯曲，并将薄壁试件9的弯曲中心严格限定在其端面中心且不产生额外的轴向拉、压载荷。

综上所述，本公开的薄壁结构轴向弯曲加载装置，针对现有技术中的非对称截面或弯曲传力路径的不规则几何结构沿中心线的轴向弯曲试验加载问题，实现了薄壁结构尤其是圆转方、矩形弯曲、矩形变截面等非对称薄壁结构沿着端面中心线弯曲，同时不产生额外轴向拉、压载荷的效果，本公开的加载装置结构简单，方便安装和试验，效果可靠。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。