权利要求
1.一种陶瓷基
复合材料T型元件高温力学试验夹具，其特征在于，包括上夹具头(1)、下夹具头(2)、压紧螺栓(3)、上下夹块(4)、冷水管(6);所述上夹具头(1)、下夹具头(2)与疲劳试验机通过试验机夹头进行相连;所述压紧螺栓(3)通过螺纹与上夹具头(1)和下夹具头(2)相连;所述上下夹块(4)通过螺纹与压紧螺栓相连;压紧螺栓(3)与上下夹块(4)构成压紧装置给T型元件(5)施加载荷并且防止其在试验过程中发生移动，冷水管(6)给上夹具头(1)、下夹具头(2)冷却，保证其能正常使用;依据T型元件(5)的几何形状对上夹具头(1)和下夹具头(2)进行设计，上夹具头(1)设计成“门”字形结构，便于T型元件(5)的放入及夹持，下夹具头(2)设计成“口”字形结构，便于T型元件(5)的放入及压紧。
2.如权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料T型元件高温力学试验夹具，其特征在于：所述压紧螺栓(3)、上下夹块(4)构成压紧装置;压紧装置通过旋转压紧螺栓(3)将压力施加到T型元件(5)上。
3.如权利要求2所述的一种陶瓷基复合材料T型元件高温力学试验夹具，其特征在于：所述压紧装置中压紧螺栓(3)与上夹具头(1)和下夹具头(2)通过螺纹孔相连，通过调节压紧螺栓(3)灵活的为T型元件(5)提供不同压紧力。
4.如权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料T型元件高温力学试验夹具，其特征在于：所述夹具中压紧力的传递路线为：压紧螺栓(3)通过与上夹具头(1)和下夹具头(2)相连的螺纹产生水平方向的压紧力，并传递给上下夹块(4)，上下夹块(4)通过接触传递给T型元件(5)形成压紧力。
5.如权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料T型元件高温力学试验夹具，其特征在于：所述上下夹块(4)与4个压紧螺栓(3)通过螺纹连接，保证T型元件(5)受压均匀，不会因为压紧装置压力分布不均匀对试验产生影响。
6.如权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料T型元件高温力学试验夹具，其特征在于：所述下夹具头(2)设置两块夹块，防止T型元件(5)在试验过程中出现移动，从而保证试验结果的可靠性。
7.如权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料T型元件高温力学试验夹具，其特征在于：上夹具头(1)、下夹具头(2)均设置有冷水管(6)，用于冷却上夹具头(1)和下夹具头(2)。
8.如权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料T型元件高温力学试验夹具，其特征在于：上夹具头(1)的上方设有冷水管(6)，下方开有8个螺纹孔便于连接压紧螺栓(3)和上下夹块(4)。
9.如权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料T型元件高温力学试验夹具，其特征在于：下夹具头(2)的底部设有2个冷水管(6)，并且底部同样开有8个螺纹孔便于连接压紧螺栓(3)和上下夹块(4)。
10.如权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料T型元件高温力学试验夹具，其特征在于：所述下夹具头(2)的上方开有2个凹槽，2个凹槽的大小与T型元件(5)的尺寸一致，便于在压紧螺栓(3)压紧时保证T型元件(5)的对中。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于陶瓷基复合材料高温力学性能评估领域，具体涉及一种陶瓷基复合材料T型元件高温力学试验夹具。
背景技术
[0002]航空发动机关键件涡轮导向叶片在发动机高速旋转工作时会承受离心、气动、热应力等载荷作用，复杂的循环交变载荷极易造成涡轮导向叶片疲劳失效问题，从而导致发动机故障，严重影响发动机的正常工作和飞机的飞行安全，T型元件是基于陶瓷基涡轮导向叶片叶身-缘板的危险部位-T型连接区域进行设计的，能够在试验中反应涡轮导向叶片在真实工况下的服役情况。开展T型元件高温力学性能测试对现代发动机安全性和性能提升具有重要意义。随着航空发动机推重比需求的不断提高，涡轮进口的燃气温度也相应提升，相比于高温合金，陶瓷基复合材料是先进航发热端部件的理想材料，在耐温能力上相比高温合金有较大的提升，能够稳定工作在1600℃左右;同时其密度约为2.2，仅为高温合金的四分之一。耐温能力强能够有效减少冷却气量，密度低能够减轻发动机结构质量，这两个优势提高了发动机推力，降低油耗同时能够减少碳排放。为加快陶瓷基复合材料在航空发动机热端部件的应用，以适应新一代航空发动机的研制需求，需在开展高温条件下各类强度、疲劳试验探究陶瓷基复合材料涡轮导向叶片的高温力学特性。
[0003]涡轮导向叶片服役环境极为恶劣，承受复杂的交变载荷，涡轮导向叶片叶身-缘板的危险部位-T型连接部位，应力集中严重极易产生裂纹萌生、扩展和断裂，最终导致涡轮导向叶片疲劳失效引起航空发动机故障。所以针对T型连接部位进行高温力学试验，探明其失效机理，对于预测涡轮导向叶片的服役寿命非常重要。而由于复合材料与金属材料的显著差异性，比如陶瓷基复合材料相比于金属材料脆性较大，复合材料与金属接触位置的刚度匹配性等，传统的金属材料高温力学试验夹具不再适用于陶瓷基复合材料，需要专门针对陶瓷基复合材料试验件设计专用的高温力学试验夹具。针对于T型元件这种特殊结构元件的高温力学试验夹具设计较少，大多数是针对于直板状元件的夹具比如：中国专利申请CN118777047 A公开了一种用于陶瓷基复合材料Mini试样高温拉伸和蠕变试验的夹具，其由上、下夹持单元分别对试样两端施加径向夹持力，但是该种夹具适用于截面面积小于1mm2的Mini直板材试样，不适用于横截面积大的T型试样。 中国专利申请CN118258983 A展示了一种陶瓷基复合材料热机械疲劳测试系统，该测试系统通过上、下夹具头及上、下盖板相互锁定来夹持试验件，但是这种夹持受限于试验件的形状，需要试验件加持段有一定的弧形缺口用于夹持，而且也只适用于板材，不适应于T型试验件。
发明内容
[0004]为克服现有夹具不足，解决上述技术问题，本发明提供一种陶瓷基复合材料T型元件高温力学试验夹具，改变了施加载荷的方式，增强了试验结果的可靠性和操作的便利性，以适用于陶瓷基复合材料T型元件的高温力学试验。该夹具的优势在于可以灵活得调节压紧力将T型元件固定，并且可以给T型元件提供稳定的拉力载荷，保证可以达到预期的试验效果。即本发明在不破坏T型元件的基础上，采用“上压紧、下顶紧”结构进行对T型元件的加载和固定，该种夹持结构不需要T型元件的加持段具有一定的弧形缺口，避免了外界操作(如加工弧形缺口)对试验产生影响。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0006]一种陶瓷基复合材料T型元件高温力学试验的夹具，包括上夹具头、下夹具头、压紧螺栓、上下夹块、冷水管;所述上夹具头、下夹具头与疲劳试验机通过试验机夹头进行相连;所述压紧螺栓通过螺纹与上夹具头和下夹具头相连;所述上下夹块通过螺纹与压紧螺栓相连;压紧螺栓与上下夹块构成压紧装置给T型元件施加载荷并且防止其在试验过程中发生移动，冷水管给上夹具头、下夹具头冷却，保证其能正常使用;依据T型元件的几何形状对上夹具头和下夹具头进行设计，上夹具头设计成“门”字形结构，便于T型元件的放入及夹持，下夹具头设计成“口”字形结构，便于T型元件的放入及压紧。
[0007]进一步地，上夹具头的压紧螺栓通过螺纹与上夹具头侧面相连;接着上夹具头的压紧螺栓又通过螺纹与上下夹块的上夹块相连，上夹具头的压紧螺栓与上夹块共同构成上压紧装置，T型元件与上方的压紧装置相接触，通过旋转上夹具头的压紧螺栓给T型元件施加压力，实现摩擦夹持，然后通过疲劳试验机可实现为T型元件施加载荷。
[0008]进一步地，下夹具头的压紧螺栓通过螺纹与下夹具头底部相连;接着下夹具头的压紧螺栓又通过螺纹与上下夹块的下夹块相连，下夹具头压紧螺栓与下夹块共同构成下压紧装置，T型元件与下压紧装置相接触，通过旋转下夹具头压紧螺栓给T型元件施加压力，将T型元件牢牢固定在下夹具头腔室内壁上，防止其在试验过程中发生晃动。
[0009]进一步地，所述上下压紧装置的上下夹块的每个夹块设置了4个压紧螺栓，以便于给T型元件施加均匀的压应力，避免因夹持产生局部的应力集中对试验结果产生影响。
[0010]有益效果：
[0011]本发明采用16个压紧螺栓进行T型元件的固定和拉伸，简化了操作步骤，而且通过调节压紧螺栓的旋入距离即通过调节压紧力和夹紧力来适应不同厚度的T型元件，提高了夹具的通用性和适用性。该夹具的下夹具头设有凹槽能够保证T型元件的对中，避免了由于不对中对试验产生的影响。
附图说明
[0012]图1为本发明的陶瓷基复合材料T型元件高温力学试验夹具的示意图;
[0013]图2为T型元件示意图;
[0014]图3为上夹具头示意图;
[0015]图4为夹块示意图;
[0016]图5为下夹具头示意图;
[0017]图6为压紧螺栓示意图
[0018]图7为冷水管示意图;
[0019]图8为本发明的陶瓷基复合材料T型元件高温力学试验夹具的爆炸图。
[0020]其中，附图标记为：上夹具头1、下夹具头2、压紧螺栓3、上下夹块4、T型元件5、冷水管6。
具体实施方式
[0021]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0022]下面结合附图，对本发明的一种陶瓷基复合材料T型元件高温力学试验夹具的结构进行详细说明。
[0023]本发明实施例采用SiC/SiC、二维编织工艺制造的T型元件，高温合金制造的夹具本体及压紧装置;采用疲劳试验机施加拉伸载荷，拉伸载荷的范围为0-9KN。
[0024]如图1，图8所示，本发明实施例的陶瓷基复合材料T型元件高温力学试验夹具包括上夹具头1、下夹具头2、压紧螺栓3、上下夹块4、T型元件5、冷水管6;所述上夹具头1、下夹具头2与疲劳试验机通过试验机夹头进行相连，所述上夹具头1和下夹具头2与冷水管6通过焊接连接，上夹具头1和下夹具头2上开有8个螺纹孔，压紧螺栓3通过8个螺纹孔与上夹具头1和下夹具头2相连接，上下夹块4通过螺纹孔与8个压紧螺栓3相连接，上下夹块4与T型元件5紧密贴合便于施加载荷及约束，下夹具头2与T型元件5在压紧螺栓3和上下夹块4的作用下紧密接触。压紧螺栓3与上下夹块4构成压紧装置可以给T型元件5施加载荷及约束，防止其在试验过程中发生移动。冷水管6可以给上下夹具头冷却，降低高温对夹具的影响。
[0025]依据T型元件5的几何形状对上夹具头1和下夹具头2进行设计，上夹具头1设计成“门”字形结构，便于T型元件5的放入及夹持，上夹具头1的上方设有冷水管6，下方开有8个螺纹孔便于连接压紧螺栓3和上下夹块4。下夹具头2设计成“口”字形结构，便于T型元件5的放入及压紧，下夹具头2的底部设有2个冷水管6，并且底部同样开有8个螺纹孔便于连接压紧螺栓3和上下夹块4，另外下夹具头2的上方开有2个凹槽，2个凹槽的大小与T型元件5的尺寸基本一致，便于在压紧螺栓3压紧时保证T型元件5的对中，确保试验结果准确可靠。在高温力学试验过程中通过冷水管6给夹具冷却，确保本夹具能够正常使用。
[0026]本实施例采用上压紧、下顶紧结构，具体地，上压紧通过压紧装置实现，压紧装置由压紧螺栓3和上下夹块4构成，压紧螺栓3通过螺纹与上夹具头1和下夹具头2相连，上下夹块4通过螺纹与压紧螺栓3相连;压紧螺栓3与上下夹块4构成的压紧装置可以给T型元件5施加载荷并且防止其在试验过程中发生移动。通过压紧结构给T型元件5提供足够得摩擦力，然后通过疲劳试验机给T型元件5提供拉伸载荷，下顶紧结构可以让T型元件5与下夹具头2中的凹槽紧密接触，并通过不断调节压紧装置以改变压紧力，直至T型元件5不发生移动。
[0027]下面结合附图详细介绍每个部分的具体作用。图2为T型元件5的示意图，是本夹具的夹持及试验对象。图3为上夹具头1的示意图，上夹具头1的主要作用是传递疲劳试验机的拉力，疲劳试验机的拉力作用在上夹具头1上，然后上夹具头1通过与其连接的压紧螺栓3和上下夹块4将拉力传递到T型元件5上。并且上夹具头1的上方设有冷水管6可以在高温试验过程中为上夹具头1冷却。图4为上下夹块4的示意图，上下夹块4的主要作用是与压紧螺栓3共同组成压紧装置给T型元件5施加拉力。上下夹块4的后部开有4个螺纹孔，便于与压紧螺栓3连接。图5为下夹具头2的示意图，下夹具头2的主要作用是与压紧螺栓3共同组成压紧装置去给T型元件5施加约束，确保T型元件5在试验过程中不发生移动。下夹具头2的底部设有2个冷水管6，便于在试验过程中均匀冷却下夹具头2。图6为压紧螺栓3的示意图，压紧螺栓3的主要作用是与上下夹块4共同组成压紧装置给T型元件提供拉力及约束。在本夹具中，压紧螺栓3共有16个，上夹具头1和下夹具头2各有8个，可以提供均匀的拉力及约束，不会由于局部的应力集中对试验结果产生影响。图7为冷水管6的示意图，冷水管6的主要作用是冷却上夹具头1和下夹具头2，保证其在高温下能够正常使用。
[0028]提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。
说明书附图(8)
声明：
“陶瓷基复合材料T型元件高温力学试验夹具” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：北京航空航天大学
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