HB 5277-1984 发动机叶平及材料振动疲劳试验方法.pdf

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1、中华人民共和国航空工业部部标准HB 5277-84 发动机叶片及材料振动肢劳试验方法丰;方法适用于测;主发动机叶片及材料在承受振动应力下的疲劳性能。1 定义及符号l.l 抗idJ疲劳强度-1一一试件在振动载荷作用下，在指定的循环基数内，而不致敲晰的最大同力。公斤力/毫米:u 剩余疲劳强度-1一一叶片经过试车或使用过某时间后，重新进行振动疲劳试验得到的疲劳强度，是直接衡量叶片使用可靠性的一项使用性能指标，公斤力/毫米:1.3 疲劳寿命N在指定的应力水平下，试件疲劳破断前所经受的应力循环数，Up彼断循刊、数嘈1. 4 X、f数疲劳寿命IgN一一疲劳寿命N的对数值(X二IgNK口中值疲劳寿命Nso一

2、一具有50%存活率的疲劳寿命。具体含义是母体中有当IJ%的个体疲劳寿命大于NiO 有50%个体疲劳寿命小于Nso;1.6 中值S-N曲线以EVJ为纵座标，中值疲劳寿命为横坐标所绘出的曲线，EP 到)叭响一沾率(JJS-N曲线，简称S-N曲线;1.7 P-S-N曲线一一以应力为纵座标，以存活率P的疲劳寿命为横坐标所绘出的111战，ep存活率一一应力-一疲劳寿命曲线，1. 8 振幅A一一-试件做周期振动时，试样末端或口十尖上的测量点与其起始位置间的最大偏距(双幅之一半)。2. 试件形状、尺寸及其制备2. 1 试件2. 1 . 1 板材p样形状和尺寸见图I。特殊的研究叮以根据具体情况设计不同的试杆形

3、状和板材厚度，但必须在试验报告中说明噜航空工业部发布六二一研究所提出28日1984年5月1日实施六二一研究所草起HB 5277-84 2. 1.2 日十片试验件:根据需要和可能，选择压气机叶片、涡轮叶片或其它非航空用叫片。2. 2 试件制备2.2.1 板材试样的锐边必须倒因不允许存在毛刺:2.2.2 试样在整个制造过程中，不应使金属受冷作硬化或过热作用，以免影响金属性质;国0.qu响由UTCH N.O刊DN1.5 -3 -51土0.2一句120:0.2图l2.2.3 试样经热处理后试验，则先经热处理再加工成试样。如1热处理后金属的硬度过高，难于机械加工，可先进行粗加工，热处理后再精加工可2.

4、2.4 叶片试验时，在试验前应对叶片进行以下检查:2.2 .4.1 抽取部分叶片进行表丽残余应力测量，2.2.4.2 对原始状态不清楚的叶片，必须在叶尖或叶根部位进行硬度检查.2.2 .4.3 对使用过或经过试车的时片必须逐片进行着色渗透探伤，以检查有元裂纹，并在原始记录中注明.2.2 .4.4 经过表面清除的修理叶片，要进行排气边厚度及弦沃的测量，以便选择大致相同口tl型的叶片进行试验。3. 试验设备3.1 r采用各种激振技术对叫片进行振动疲劳试验。试验装置应满足如下要求3. 1.1 测量试件振幅的设备仪器，其读数精度不得低于0.01毫米.3.12 试验装置应保证叶尖振幅在整个试验过程中的变

5、化不大于+2%; 313 进行涡轮叶片试验时，对叶根的夹持件，要求从相应的涡轮盘t切取或经过特殊的加T，以保证试件装夹可靠。289 HB 5277-84 3.2 振动试验设备要求安装在隔音室里，其工作间的噪音不得超过85分贝。3.3 进行高温振动疲劳试验时，对温度有以下要求3.3 .1 加热器可采用任何结构形式，但炉温应保持均匀，试件工作区的温差不大f15 电3.3.2 在整个试验期间，试件危险截面处的温度波动应满足下表要求试验温度 600 600 - 900 900 - 1200 温度波动3-4-rb +丰+-+丰3.3 .3 对热电偶的校正和使用、温度的测量和自动纪录的精度要求，均按高温旋

6、转弯曲疲劳试验方法HB 5153-80执行。4. 试验程度4.1 试验方案的确定根据不同的试验目的，选择不同的试验方案.4. 1.1 常规试验法:利用简便的方法测定材料或叶片的S-N曲线，可快速地、经济地直接为生产设计部门提供疲劳性能数据，也可作为-些特殊疲劳试验的预备性试验。4. 1.1.1 单点试验法在每个应力水平下试验一个试件，应力水平不得少于7级。般需要10个试件.4. Ll.2 成组试验法一一在每个应力水平下试验一组试件，应力水平不应少于4级，每组试件个数不得少于3个，在低应力水平，试件数量要增加。般需要15个试件，可得到各应力水平所对应的中值疲劳寿命N50或IgN50，这样做出的曲

7、线为具有50%的存活率的中值S-N曲线。4. 1.2 升降法:可以比较准确地测定出疲劳强度或中值疲劳强度。升降法是在指定疲劳寿命下测定应力水平，适用于民寿命区(10循环以t).试件数量不得少于10个，一般市要15个，应力水平最好为4-乡级.4. 1.3 P-S-N曲线目的在于求lti每一应力水平下的安全寿命，以供设计选择需要。对于每一应力水平，必须使用一组试件，每组试件不少于6个，应力水平般为4级，在低应力水平，一般要增加组的试样数量。试f牛数量不少于24个。4. 1.4 对比试验:试件每组不得少于5个a4.2 正式试验前的准备4.2.1 振幅和应力值对应关系的标定4.2. Ll 叶片290

8、HB 5277-84 ( A )用电阻应变片对叶身边行应变分布规律的测定，找出确定振型下的最大应力l丘间。应变片的分布位置大致密集在时背中部，叶盆、11十背的进、排气边，且在四分之三的日|身氏度内。电阻应变片的长度不得大于5毫米。也可以用其它方法测定应力分布.电阻应变片测量各项指标的精度按照电阻应变汁HB 5524-80的规定。( B )最大应力值与叶尖振幅关系的确定在最大应力区间确定的基础上，战ti1最大0)J点(对于压气机叶片而言，弯振型下的最大应力般在时背根部的中弦位置)，再在最大应力点的准确位置上重新贴片，作叶尖振幅与最大应力间的线性标定曲线，然后定出每毫米振幅下的应力值。对在复杂振型

9、下工作的叶片或对J_，y力值的精度要求较高的试验，可在初步确定最大应力区的墓础上，用求极值的简便方法计算出最大应力值，见附录A。4.2. 1.2 板材i式样可以在其工作段的最小截面处的中心线上粘贴1毫米长的应变片进行标定。应变片不宜过大，一般不得大于3毫米长.如需要较精确的标定值，叮采用实测值与数学运算相结合的方法，参照附录B，4. 2. L3 标定仪器电NrJ法可用动态应变仪和示波器配合使用。4.2. 1. 4 进行振幅和应力标定时，为尽量减少非线性误差，要求足够的标定级数，并用最小;乘法进行直线拟合，求出直线方程，而1月进行相关性检验。在以后的实际试验中，应将试验振幅代人直线方程而后求得应

10、变，再代人虎克定律求试件的股力值自4.2.2 试件必须装夹牢靠，以保证试验稳定。4.2.3 一弯振型下测量点的位置在叶片的端面七距叶尖(涡轮叶片为排气边，压气机叶片为进气边)5毫米以内.振幅测量点的位置以测得最大振幅为准。4.2.4 应力水平的选取4.2.4.1 S -N曲线最高应力水平取略大于预计疲劳极限的20-30%，各线应力水平的差值取1-4公斤力/毫米ee4.2.4.2 升降法第一根试样的应力水平在选略高于预计的疲劳极限下试验，以后根据上一根试样的试验结果(断裂或通过)决定下根试样的试验应力(降低或增加)，应力增量可取预计疲劳极限的4- 6%, 4.3 正式试验4.3 起振后，光点的振

11、动路径必须是直线的。4.3.2 试件要在低应力水平下寻找自振频率，当试验应力增大到所要求的值时，激振频率往往有所下降，般下降1%左右。4.3 .3 各种应力水平，在测点振幅达到给定试验振幅的80%时，作为试验的起始时间，然后再细心缓慢地调至给定振幅。试验过程中，试件振幅应保持稳定3瞬时过负荷EII作记录，长时过负荷(指经受了本级i式验循环数的四分之-以上的超过r试验应力水平10%者)试验作废。4.4件，试29 r HB 5277-84 4.4.1 试验到指定循环数而未破坏者停试.4.4.2 在正常试验过程中，当发现试件的振动频率下降了1%时，应停试.4.4 .3 如由于叶根(夹持部分)产生梨纹

12、而停试者，试件作报废处理.5. 数据处理5.1 绘制S-N曲线:可采用半对数坐标或双对数坐标.当i式件越出预定循环数(107 或2x 107)未破坏和未达到107(或2x 107)次循环而发生破坏的这两级应力水平的差数不大于较低级应力值的5%时，则疲劳极限取此两者的平均值。5.2 升降法.处理试验结果时，在出现第对相反结果以前的数据均舍弃，若所舍弃的数据节以后试验数据的波动范围以内，则为有效数据，可平移到后面使用.疲劳强度(或中值疲劳强度)l的表达式:1唁Vi cr 1 式中n试验次数:111-，应力水平的级数:1一一第1级应力水平，vt 表示在第E级应力。i下进行的试验次数，当3P S -N

13、曲线先在正态概率坐标纸(或威布尔坐标纸)上作P一IgN图，用最小二乘法进行直线拟合和相关性检验.P-S-N曲线可用丰对数坐标(S - IgN ), 也可用双对数坐标(IgS-IgN).292 试验报告应包括如下内容6.1 试验目的;6.2 试验设备及仪器，6. 试验报告6.3 试件的原始状态，如材料的技术条件、发动饥型号、表面残余应力、硬度等:6.4 试验结果，包括振型、温度、频率、数据表、疲劳工线、疲劳强度等:6.5 断裂形态特征.HB 5277-84 附录A叶身上最大应力值的计算方法假设:应变在叶身长度方向的分布函数是连续的.如在叶盆排气边(或进气边)取紧挨的三个完全相同的应变片，应变片.

14、度为LI,= 片的分布位置如图Al所示，三片读得的应变值分别为1、2、E3 l应变E 0，需另选紧接着的三片进行上述各步骤的运算，直至求得C 0为止.294 当C 0时，求得应变最大值max和最大值所处的位置Xmax分别为b2 S1aX=3-一一4c xmax=-i 2C 然后将ma代人虎克定律求最大应力值.HB 5277-84 附录B危险截面或带孔试样的测力方法此方法适用于类似图B的试样形状。刊一叫一, 图B由于试件截面的显著变化，受力后形成一个高应变佛度区域;如按常规，贴个应变片测危险截面上的应变值，势必院毕低测量精度，显然大应变片测得的应变平均值小，小应变片J!IJ得的值要大.目前有小规

15、格的片生产，但应变片过小，粘贴面积小，试验现场中很易脱落，并且对于丝绕式应变片，随着片基长的缩短，横向效应也增大，由于这些原因，使过小应变片的使用受到定限制，为此建议采用三片重叠式应变片，即三个不同长度的应变片由大到小重叠地粘贴，大片在最底层，小片在最上层，各片的粘贴中心必须保证与危险截面中心相重合，三片长度必须严格均差且等宽.实视l后，三片均差等宽式应变片得到了同-视j点的三个不同的应变值，然后运用牛顿均差插值多项式进行外推，可推得t是度为零的应变片的应变值，也就正好是危险截面上所产生的应变值。计算方法如下牛顿插值公式f ( x )二f( Xo ) +f ( Xo, X) ( x-xo )

16、+f (岛，叫，自)( x-Xo) ( x-x ) . . ( 1 ) ( 1 )式经过演变，导出公式如下k(k -1) f(x)(o)仕(f(x) .f (0) )+一一一一(f(也)-tf(x;,) )-2f (x). (2) 2! 也、k-x xo L. x 此处f ( x )一一危险截面上的应变值;295 f ( x ) 危险截面上的应变值:f ( Xo )一一小应变片所读的应变值;f ( x, )一一中应变片所读的应变值f ( x, )一一大应变片所读的应变值HB 5277-84 Xo、川、阿一一分别为小、中、大三个应变片的长度，x一一零应变片的长度(XO ) : Dx一一三个应变片长度间的等差值，即DxXI - xo =又)- x, 将实视J值1人(2 )式计算，求得危险截面上的应变值，再代人虎克定律求得应力值。这样可适当减少由于测量方法不同所带来的误差.296