一种高温多轴振动疲劳试验方法与流程

本发明属于材料振动疲劳性能测试技术领域，尤其涉及一种高温多轴振动疲劳试验方法。

背景技术：

高超音速临界空间飞行器、航空发动机、燃气涡轮机等设备的服役环境异常严苛。以上设备的重要零部件工作时不但面临着超高温环境的严峻挑战，还受到来自不同方向的振动激励影响。在交变服役载荷与交变服役温度的作用下，材料的疲劳寿命将大大缩短。并且疲劳失效具有突发性，往往会造成严重的人员伤亡和经济损失。

目前对材料的高温振动研究多集中于单轴，即研究材料在高温及单一方向振动激励条件下疲劳行为。而实际中，零部件多受到来自不同方向的振动激励作用。为了提高产品的可靠性，保证设备安全运行，迫切需要一种高温多轴振动疲劳试验方法，用于研究材料的高温振动疲劳性能，以供设计人员使用。

技术实现要素：

本发明目的在于针对材料高温振动疲劳性能测试的需求，提出了一种高温多轴振动疲劳试验方法。材料或零件在多向循环载荷作用下所产生的失效现象称为多轴疲劳。本发明方法以两台推力方向相互垂直的激振器为激励源，给予试件两个方向相互垂直的振动载荷作用，并且对试件提供几百至上千摄氏度高温的加热，可以模拟航空发动机等设备内遭受高温多轴振动的材料的工作状况。目前对材料振动疲劳性能研究多使用振动台，振动台价格昂贵，而且试件安装区域面积恒定，更换大试件则需更换振动台，此外，振动台不包括加热源。而本发明方法使用装置安装灵活，试件安装在一方形平台上，两台激振器通过推动方形平台来对试件施加载荷。试件较大，则更换方形平台即可。而且此装置也可对试件进行加热。整套装置，安装灵活，功能齐全，占地面积小，以较低的价格实现对材料的高温多轴振动疲劳性能测试。

本发明采用的技术方案为一种高温多轴振动疲劳试验方法，组装的试验台如下：

振动控制器、功率放大器、激振器(两台)、滑块导轨(两个)、方形平台、试件、夹具、高频磁感应加热机、加速度传感器、红外温度探测仪、无纸记录仪。搭建方式如图1所示。

各构件连接关系：

振动控制器与功率放大器、加速度传感器连接，通过电脑软件控制功率放大器与加速度传感器；

两台激振器安装到固定台或地面上，推力方向水平且互相垂直，激振器与功率放大器连接；

方形平台侧面与台面上有一定数量的螺纹孔，选取方形平台某邻边，通过螺栓连接滑块导轨；

激振器推杆与滑块导轨通过螺栓连接；

夹具通过螺栓固定到台面上，试件安装在夹具上；

加速度传感器粘贴在夹具附近的台面上；

高频磁感应加热机的感应线圈套在试件上，但不与试件接触；

红外温度探测仪与无纸记录仪连接，二者安装位置任意，能保证试验时红外温度探测仪对准试件加热部位即可。

设备描述：

(1)振动控制器：对激振器振动参数进行控制、采集加速度传感器数据。

(2)功率放大器：产生最大功率输出以驱动激振器。

(3)激振器：产生激励力，从而对试件进行振动。

(4)高频磁感应加热机：产生高频磁场，利用导体在高频磁场作用下产生的感应电流以及导体内磁场的作用引起导体自身发热而进行加热。

(5)红外温度传感器：利用辐射热效应，探测试件温度变化，并反馈给高频磁感应加热机从而形成对高频磁感应加热机的闭环控制。

(6)无纸记录仪：与红外温度传感器连接，记录试件温度变化历程。

(7)加速度传感器：采集试件振动加速度。

本方法的实验步骤如下：

s1启动振动控制器，输入振动参数，通过功率放大器驱动激振器。

s2启动高频磁感应加热机，对试件进行加热。

s3将红外温度探测仪对准试件加热部分，通过闭环控制，使试件加热温度达到预定温度。

s4当试验达到失效判据或预定振动时间时，结束试验。

s5导出无纸记录仪数据、加速度传感器数据。

本发明的优点在于：提出了一种高温多轴振动疲劳试验方法。本方法能够模拟受热端零部件的受载条件，体现材料在高温多轴振动疲劳加载下的机械性能，以供设计人员研究，提出具有物理意义的疲劳寿命预测模型和相关力学模型。而且，采用本方法可以减少设备结构设计的台架试验，降低设计的资源和时间成本。

附图说明

图1高温多轴振动加载试验台。

图2振动信号示例，其中图a为振动信号的功率谱密度，图b为振动信号时域形式。

具体实施方式

通过对镍基高温合金gh4169进行振动控制的高温多轴振动疲劳试验，对本发明作进一步说明。

一种高温多轴振动疲劳试验方法，其特征在于：本方法的实现步骤如下：

步骤(1)：启动振动控制器及功率放大器，将图2所示振动信号输入振动控制器中。图2的(a)为该振动信号的功率谱密度，图2的(b)为该振动信号的时域形式。振动控制器控制两台激振器，两台激振器振动方向为水平且相互垂直。

步骤(2)：启动高频磁感应加热机，对试件进行加热。

步骤(3)：在红外温度探测仪中设定试件加热温度为650℃，将红外温度探测仪对准试件加热部分。

步骤(4)：当试验达到失效判据或预定振动时间时，结束试验。

步骤(5)：导出试验数据，包括振动时间、试件振动加速度、试件温度变化历程。

本发明提供了一种高温多轴振动疲劳试验方法，涉及材料高温振动疲劳性能测试技术领域，该方法所需试验仪器为：振动控制器、功率放大器、激振器(两台)、滑块导轨(两个)、方形平台、试件、夹具、高频磁感应加热机、加速度传感器、红外温度探测仪、无纸记录仪。试验步骤为：(1)向振动控制器中输入振动参数，通过功率放大器对两台激振器进行控制；(2)启动高频磁感应加热机，对试件进行加热；(3)设定试验加热温度，通过红外温度探测仪对试件温度进行探测，并闭环控制高频磁感应加热机的加热与否；(4)根据失效判据或预定时间来结束试验；(5)导出试验数据。本方法可用于材料高温多轴振动疲劳性能的测定，降低设计成本，提高设计水平。

技术特征：

1.一种高温多轴振动疲劳试验方法，其特征在于：振动控制器、功率放大器、激振器、滑块导轨、方形平台、试件、夹具、高频磁感应加热机、加速度传感器、红外温度探测仪和无纸记录仪；

振动控制器与功率放大器、加速度传感器连接，通过电脑软件控制功率放大器与加速度传感器；两台激振器安装到固定台或地面上，推力方向水平且互相垂直，激振器与功率放大器连接；方形平台侧面与台面上有一定数量的螺纹孔，选取方形平台某邻边，通过螺栓连接滑块导轨；

激振器推杆与滑块导轨通过螺栓连接；

夹具通过螺栓固定到台面上，试件安装在夹具上；

加速度传感器粘贴在夹具附近的台面上；

高频磁感应加热机的感应线圈套在试件上，但不与试件接触；

红外温度探测仪与无纸记录仪连接，二者安装位置任意，能保证试验时红外温度探测仪对准试件加热部位即可；

(1)振动控制器：对激振器振动参数进行控制、采集加速度传感器数据；

(2)功率放大器：产生最大功率输出以驱动激振器；

(3)激振器：产生激励力，从而对试件进行振动；

(4)高频磁感应加热机：产生高频磁场，利用导体在高频磁场作用下产生的感应电流以及导体内磁场的作用引起导体自身发热而进行加热；

(5)红外温度传感器：利用辐射热效应，探测试件温度变化，并反馈给高频磁感应加热机从而形成对高频磁感应加热机的闭环控制；

(6)无纸记录仪：与红外温度传感器连接，记录试件温度变化历程；

(7)加速度传感器：采集试件振动加速度。

2.根据权利要求1所述的一种高温多轴振动疲劳试验方法，其特征在于：

本方法的实验步骤如下：

s1启动振动控制器，输入振动参数，通过功率放大器驱动激振器；

s2启动高频磁感应加热机，对试件进行加热；

s3将红外温度探测仪对准试件加热部分，通过闭环控制，使试件加热温度达到预定温度；

s4当试验达到失效判据或预定振动时间时，结束试验；

s5导出无纸记录仪数据、加速度传感器数据。

技术总结
本发明提供了一种高温多轴振动疲劳试验方法，涉及材料高温振动疲劳性能测试技术领域，该方法所需试验仪器为：振动控制器、功率放大器、激振器(两台)、滑块导轨(两个)、方形平台、试件、夹具、高频磁感应加热机、加速度传感器、红外温度探测仪、无纸记录仪。试验步骤为：向振动控制器中输入振动参数，通过功率放大器对两台激振器进行控制；(启动高频磁感应加热机，对试件进行加热；设定试验加热温度，通过红外温度探测仪对试件温度进行探测，并闭环控制高频磁感应加热机的加热与否；根据失效判据或预定时间来结束试验；导出试验数据。本方法可用于材料高温多轴振动疲劳性能的测定，降低设计成本，提高设计水平。

技术研发人员：尚德广;吴少东;刘鹏程;王松光;苗彬
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2019.12.23
技术公布日：2020.04.17