一种新热机械疲劳试验装置和方法.ppt

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1、一种新的热机械疲劳试验装置与方法谢季佳2009－12－7LNM2009年度公共实验平台技术研讨会内容背景工作原理热机械疲劳装置试验方法一、背景热机械疲劳：同时存在机械载荷循环与温度循环条件下的疲劳行为，通常机械循环载荷与温度循环具有不同的相位（GJB6213－2008金属材料热机械疲劳试验方法）能源、动力、航空航天现有热机械疲劳设备与方法轴向（或轴扭）液压伺服疲劳机＋感应加热与控制系统南京航空航天大学推进系统结构强度与振动实验室优点：控制精度高，对机械载荷与温度载荷可分别控制缺点：实验频率低（0.1-0.01Hz）液压伺服疲劳试验机本身结构复杂

2、，能耗较高。应用背景：汽油机、柴油机、脉冲爆震发动机工作频率：10－100Hz现有设备不适于高频率、高周次的热机械疲劳研究柴油机汽油机二、工作原理冷却速率是制约试验频率的关键！比热容J/(kg.k)密度kg/m3热传导系数Kw/(m.k)L＝5mmL=0.2mm12CrNi3A657788030.94.2s0.0067s40CrA552.7782032.663.3s0.0053s60Si2MnA461774029.3083.0s0.0049s1Cr18Ni9511792015.96.4s0.0102s局部小区域加热可提高温度循环频率。加热区特征

3、尺寸与转速控制Δl加热区特征尺寸；Δt加热特征时间；ω疲劳机转速；1Cr18Ni90.2mm10ms转速<3000转/分钟片激光照射加热1Cr18Ni9样品的有限元模拟W00

4、劳样品7气源8气体喷嘴6332288旋转弯曲疲劳机＋快速局域加热装置＋测温装置＋其它附件三、热机械疲劳装置载荷控制：悬臂端施加弯矩mL直径D砝码温度控制：红外测温仪反馈加热端功率输出红外测温仪CPU加热端加热源反馈控制载荷波形与温度波形的相位差控制：调整加热端的位置63322Φ四、试验方法将样品安装到旋转弯曲疲劳机主体的旋转轴上；在样品加载端施加弯矩以控制样品承受的机械载荷幅值；通过调整旋转弯曲疲劳机主体的旋转轴的转速改变样品所受机械载荷的频率；通过改变加热装置的加热端相对样品表面的设置位置以控制样品所受机械载荷波形与温度载荷波形之间的相位差；

5、打开气体喷嘴使样品的表面处于试验所需的气体环境下；打开加热装置对样品表面进行加热；通过测温装置测得样品的表面最高温度，并反馈控制加热装置的输出功率以达到试验所需施加的温度波形极大值；继续进行试验直到样品疲劳破坏，记录断裂周次并保存断裂的样品。专利申请号：2009102374751请指正！