循環(huán)疲勞或循環(huán)的優(yōu)化及高循環(huán)疲勞試驗臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于優(yōu)化低循環(huán)疲勞試驗臺以及可選的低循環(huán)與高循環(huán)疲勞的 組合的試驗臺的方法，以模擬渦輪發(fā)動機(jī)部件的支撐部以及其對應(yīng)的支撐構(gòu)件，所述支撐 部例如為轉(zhuǎn)子盤的凹部突出部上的至少一個葉片根部的支撐部。
【背景技術(shù)】
[0002] 渦輪發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子盤在其周緣上包括凹部的環(huán)形陣列，例如為燕尾式的葉片根部被 安裝進(jìn)上述凹部中，以形成轉(zhuǎn)子輪。在運轉(zhuǎn)中，上述葉片經(jīng)受離心力的作用，且其根部被上 述盤中的凹部的側(cè)向突出部所支撐。上述葉片經(jīng)受與氣動力有關(guān)的振蕩，上述振蕩導(dǎo)致了 上述葉片根部與上述盤之間的相對滑動。這種載荷會影響葉片-盤附接部的使用壽命。
[0003]上述葉片-盤附接部的使用壽命的分析是基于計算的，上述計算由于計算出的應(yīng) 力與使用壽命上的聯(lián)系的影響而變得復(fù)雜。通過完整的數(shù)字模型，用于預(yù)測使用壽命的的 計算是可行的。實現(xiàn)上述模型的難點在于所需的輸入數(shù)據(jù)。上述模型需要葉片-盤接觸下 的應(yīng)力場和用以引發(fā)相應(yīng)的裂紋的循環(huán)數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性。
[0004]鑒于這個分析，有必要設(shè)計一種在實驗室條件下能夠模擬承受低循環(huán)疲勞（LCF) 或低循環(huán)及高循環(huán)疲勞（HCF)的葉片-盤接觸的試驗。一種試驗臺可以通過實驗使確定上 述葉片-盤接觸的使用壽命成為可能。這些實驗性的數(shù)據(jù)隨后將被用于建立用來確定真實 部件的使用壽命的數(shù)字方法，對于上述真實部件，通過實驗來確定使用壽命是不可行的。
[0005]在現(xiàn)有的技術(shù)中，低循環(huán)疲勞試驗臺以及可選的高循環(huán)疲勞試驗臺均包括：被固 定到支座上并且限定出至少一個支承表面的支撐構(gòu)件；以及試件，所述試件被連接到用于 對上述試件加載的牽引裝置，以使所述試件抵靠上述構(gòu)件的一個或每個支承表面。
[0006]然而，上述試驗臺不完全令人滿意，因為它們的設(shè)計沒有考慮到上述支撐構(gòu)件和 試件的特征、上述支撐構(gòu)件和試件之間的接觸的特性、所試驗的接觸的工業(yè)應(yīng)用、上述試驗 臺在高循環(huán)疲勞試驗期間的動態(tài)性能等等。
[0007]本發(fā)明的目的尤其是對上述的問題中的至少一些提供一種簡單、有效和經(jīng)濟(jì)的解 決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提出了一種用于優(yōu)化低循環(huán)以及可選的低循環(huán)與高循環(huán)疲勞組合的試驗 臺的方法，上述試驗臺用于模擬渦輪發(fā)動機(jī)部件的支撐部，所述支撐部例如為轉(zhuǎn)子盤的凹 部突出部上的至少一個葉片根部的支撐部，并且所述試驗臺包括支撐構(gòu)件以及試件，所述 支撐構(gòu)件以及試件被固定到支座上并且限定出至少兩個支承表面，所述試件被連接到用于 對上述試件加載的牽引裝置，以使得所述試件抵靠在上述構(gòu)件的一個或每個支承表面上， 上述方法包括下述步驟：
[0009]確定上述支撐構(gòu)件和/或上述試件的可變的的參數(shù)（尤其是幾何參數(shù)）以及所述 參數(shù)的變化范圍。
[0010] 確定至少一個待實現(xiàn)或待優(yōu)化的目標(biāo)，至少上面提到的參數(shù)中的一些參數(shù)的值的 變化影響所述目標(biāo)。
[0011] 在所述參數(shù)的各自的范圍中修改上述參數(shù)的值中的一個或多個，并確定能夠?qū)崿F(xiàn) 或優(yōu)化上述目標(biāo)的那些值，以分辨出優(yōu)化的參數(shù)，以及
[0012] 基于固定的參數(shù)和針對裝備新臺而優(yōu)化的參數(shù)制造支撐構(gòu)件和/或試件，或基于 上述優(yōu)化的參數(shù)改造現(xiàn)有的臺的支撐構(gòu)件和/或試件。
[0013] 上述方法的值得注意之處在于，上述支撐構(gòu)件還包括分別對兩個所述支承表面加 以支撐的兩個中間部分，每個中間部分在與上述牽引裝置相反的一側(cè)通過第一臂部連接到 用于固定到上述支座的基座上，并且每個所述中間部分在上述牽引裝置的一側(cè)通過一對第 二臂部連接到兩條橫梁的端部，所述兩條平行的橫梁彼此相距一定的距離，上述橫梁的相 反的端部通過另一對第二臂部連接到另一中間部分，上述方法在上述可變參數(shù)中包括每對 第二臂部的至少一個尺寸，和/或上述第二臂部相對于相應(yīng)的橫梁的傾斜角或相對于相應(yīng) 的中間部分的支承表面的傾斜角。
[0014] 本發(fā)明由此提出了一種使得能夠優(yōu)化上述支撐構(gòu)件和試件的特定的參數(shù)的方法， 以尤其改善上述試驗相對于工業(yè)應(yīng)用的代表性，以及改善上述試驗的目標(biāo)的可靠性。上述 可變參數(shù)優(yōu)選地為幾何參數(shù)，但也可以是其它類型的參數(shù)，或不僅僅是幾何參數(shù)。本發(fā)明進(jìn) 一步地使得能夠改造試驗臺，以使其適用于任一類型的渦輪發(fā)動機(jī)部件的支撐部，并且還 具有能夠應(yīng)用到現(xiàn)有技術(shù)的已有的試驗臺上的優(yōu)點。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的方法可以由包括優(yōu)化軟件的計算機(jī)系統(tǒng)來實施，所述優(yōu)化軟件例如 為Ansys公司銷售的DesignXplorer軟件。
[0016] 上述可變參數(shù)可以包括上述第一臂部的至少一個尺寸，例如其長度和/或厚度， 和/或所述臂部相對于上述基座或上述支承表面的傾斜角，和/或上述臂部的剛度，和/或 上述基座與支承表面之間的高度或長度。
[0017] 待被實現(xiàn)的目標(biāo)可以是上述試件與支撐構(gòu)件之間的支承表面的平行度和接觸，和 /或上述表面之間的滑動的最大幅度，和/或在上述表面之間的基本均勻的接觸壓力。
[0018] 當(dāng)上述試件和支撐構(gòu)件的表面抵靠在基本為矩形的區(qū)域時，在上述區(qū)域的下邊緣 區(qū)域中的接觸壓力與上述區(qū)域的上邊緣區(qū)域中的接觸壓力之間的比值大約等于1時，上述 接觸壓力可以被視為是基本均勻的。
[0019] 在上述臺被用于低循環(huán)和高循環(huán)疲勞試驗并且包括兩個具有撓性中間部分I狀 部件的情況下，其中的一個I形部件將上述支撐構(gòu)件連接到上述支座，其中的另一個I形部 件將振動的葉片的一端連接到上述牽引裝置，上述葉片的另一端被連接到上述試件，上述 臺進(jìn)一步包括與上述被連接到葉片的I形部件配合的激發(fā)裝置，所述激發(fā)裝置用于使上述 葉片在試驗過程中振動，待被實現(xiàn)的目標(biāo)可以是上述葉片的目標(biāo)振動頻率。在至少兩個目 標(biāo)被確定的情況下，所述的目標(biāo)中的至少一些被按重要性排序。由此，在參數(shù)的多個值能夠 優(yōu)化上述目標(biāo)的情況下，所選擇的參數(shù)可以是那些實現(xiàn)最重要的目標(biāo)的最佳優(yōu)化的參數(shù)。
[0020] 在上述方法被用于對試驗臺（所述試驗臺對至少一個葉片根部的與轉(zhuǎn)子盤的凹 部突出部抵靠的支撐部進(jìn)行模擬）加以優(yōu)化的情況下，上述試件的支承表面可以代表轉(zhuǎn)子 盤的凹部突出部支承表面，并且上述支撐構(gòu)件的支承表面代表葉片根部的支承表面。
[0021] 本發(fā)明還涉及一種支撐構(gòu)件，所述支撐構(gòu)件包括至少兩個支承表面，上述支承表 面用于與試驗臺中的試件的支承表面配合，以模擬渦輪發(fā)動機(jī)部件的支撐部，所述支撐部 例如為至少一個葉片根部的與轉(zhuǎn)子盤的凹部突出部抵靠的支撐部，所述支承表面還用于執(zhí) 行低循環(huán)和可選的高循環(huán)疲勞試驗。因為上述支撐構(gòu)件用于被固定到支座上并且上述試件 必須被連接到用于對上述試件加載的牽引裝置而使得所述試件抵靠在所述支撐構(gòu)件的每 個支承表面上，上述支撐構(gòu)件的特征在于其進(jìn)一步包括分別對所述兩個支承表面加以支撐 的兩個中間部分，每個中間部分在與上述牽引裝置相反的一側(cè)通過第一臂部連接到用于固 定到上述支座的基座上，并且每個中間部分在上述牽引裝置的一側(cè)通過一對第二臂部連接 到兩條平行的橫梁的一端，所述兩條平行的橫梁彼此相距一定的距離，上述橫梁的相反的 一端被另一對第二臂部連接到另一中間部分。
[0022] 有利的是，上述支撐構(gòu)件的第一臂部與施加到上述支承表面的剪切力基本共線， 并且上述第二臂部與施加到上述表面的法向力基本共線。這允許法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力的分 離。為了更精確，上述構(gòu)件的幾何結(jié)構(gòu)（既與法向力共線，又與剪切力共線）通過該結(jié)構(gòu)的 變形而使得在無論載荷如何的情況下都能保持完全的平面到平面接觸。
[0023] 本發(fā)明也涉及一種低循環(huán)及可選的高循環(huán)疲勞試驗臺，特征在于其包括如上文描 述的支撐構(gòu)件以及其被如上文描述的方法優(yōu)化。
【附圖說明】
[0024] 通過參照附圖以及閱讀下文中以非限制性示例給出的說明，本發(fā)明將被更好的理 解，并且本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點將顯現(xiàn)，在附圖中：
[0025] 圖1為葉片根部在渦輪發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子盤的凹部中的附接的很簡略的示意圖；
[0026] 圖2為低循環(huán)疲勞試驗臺的局部示意圖，并且圖中示出了上述臺的試件和支撐構(gòu) 件；
[0027] 圖3為圖2的局部放大圖，并且圖中示出了試件與支撐構(gòu)件之間的接觸區(qū)域；
[0028] 圖4為圖2的支撐構(gòu)件在疲勞試驗期間的示意圖；
[0029] 圖5為示出了作為接觸區(qū)域的位置的函數(shù)的接觸區(qū)域中開度角變化的曲線圖；
[0030] 圖6為另一種低循環(huán)疲勞試驗臺的局部透視示意圖；
[0031] 圖7為圖6的試驗臺的支撐構(gòu)件和試件的半視圖；
[0032] 圖8為一種低循環(huán)和高循環(huán)疲勞試驗臺的透視示意圖；
[0033] 圖9為圖8的局部放大圖，并且圖中示出了試件與支撐構(gòu)件之間的接觸區(qū)域；
[0034] 圖10為示出了試件和支撐構(gòu)件之間于接觸區(qū)域的上邊緣和下邊緣之間的接觸壓 力的變化的曲線圖；
[0035] 圖11和12為示出了支撐構(gòu)件幾何參數(shù)的改變對試件和支撐構(gòu)件之間的接觸壓力 均勻性以及對兩者之間滑動幅度的影響的曲線圖；
[0036] 圖13為示出了作為上述試驗臺的葉片振動頻率的函數(shù)的接觸區(qū)域位移幅度的變 化的曲線圖。
【具體實施方式】
[0037] 首先參考圖1，其示意性地示出了渦輪發(fā)動機(jī)的葉片-盤附接部，上述葉