(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211078122.3 (22)申请日 2022.09.05 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 胡殿印　刘昱　刘茜　马鹏辉　 王荣桥　 (74)专利代理 机构 北京科迪生专利代理有限责 任公司 1 1251 专利代理师 江亚平　邓治平 (51)Int.Cl. G01N 3/04(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 3/18(2006.01) (54)发明名称 一种陶瓷基复合材料榫接结构拉- 拉疲劳试 验夹具及试验方法 (57)摘要 本发明涉及一种陶瓷基复合材料榫接结构 拉‑拉疲劳试验夹具及试验方法， 可满足陶瓷基 复合材料涡 轮叶片榫接结构高温/常温条件下的 静强度以及各种疲劳试验的加载需求。 本套夹具 上下段均采用圆棒形夹具与疲劳试验机连接， 上 下圆棒均通过螺纹连接其他零件。 上侧零件包括 上侧圆棒、 U型板、 销钉、 夹板、 夹板螺栓、 垫片； 下 侧部件由横向夹片、 纵向夹片、 过渡段和下侧圆 棒组成； 本套夹具能够灵活适应不同尺寸的陶瓷 基复合材料榫头试件， 同时避免了燕尾形、 销钉 或螺纹夹持造成的夹持段断裂导致试验失败的 问题， 能够用于复合材料榫接部位室温至1100 ℃、 0N至100kN拉伸载荷试验条件， 特别是对温度 场均匀性要求较高的疲劳或静强度试验。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115436161 A 2022.12.06 CN 115436161 A 1.一种陶瓷基复合材料榫接结构拉 ‑拉疲劳试验夹具， 其特征在于， 包括上侧圆棒(1)、 U型板(2)、 夹板(3)、 销钉(4)、 加强片(5)、 夹板螺栓(6)、 垫片(7)、 榫头模拟 件(8)、 横向夹片 (9)、 纵向夹片(10)、 榫槽模拟件(11)、 过渡段(12)和下侧圆棒(13)； 疲劳试验机的夹块夹持 上侧圆棒(1)圆柱段， 上侧圆棒(1)的外螺纹一端与U型板(2)的螺纹孔相连； U型板(2)和夹 板(3)之间通过两个销钉(4)穿过定位， 夹板(3)下端通过四个夹板螺栓(6)以压紧的方式夹 持榫头模拟件(8)， 螺母和夹板(3)中间隔有垫片(7)， 榫头模拟件(8)上侧的夹持段两侧粘 贴有金属加强片(5)； 榫头模拟件(8)下端与榫槽模拟件(11)相配合， 榫槽模拟件(11)上侧 两个横向夹片(9)通过搭接的方式固定， 上侧有两个纵向夹片(10)卡住横向夹片(9)， 防止 脱落； 榫槽模拟件(11)下侧外螺纹和过渡段(12)上侧内螺纹连接， 过渡段(12)上开有冷却 水孔， 过渡段(12)下侧内螺纹与下侧圆棒(13)外螺纹连接； 下侧圆棒(13)圆柱段夹持在疲 劳试验机上； 开展高温试验时采取高温炉(14)进行加热。 2.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料榫接结构拉 ‑拉疲劳试验夹具， 其特征在 于： 所述榫槽模拟件(11)上侧由横向夹片(9)和纵向夹片(10)固定； 两个所述横向夹片(9) 为U型结构， 端部通过搭接的方式环向固定住榫槽模拟件(11)的上方开口处， 防止在大载荷 试验时榫槽模拟件(11)由于过度形变使 得榫头模拟件(8)拉脱， 导致试验失败； 两个纵向夹 片(10)为U型结构， 分别在榫头模拟件(8)的两侧， 由上至下卡住横向夹片(9)， 防止横向夹 片(9)在试验过程中受振动脱落。 3.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料榫接结构拉 ‑拉疲劳试验夹具， 其特征在 于： 所述榫槽模拟件(11)两侧、 横向夹片(9)具有6 ‑12°的倾角； 横向夹片(9)和纵向夹片 (10)的固定不遮挡榫接 部位， 便于在试验过程中对榫接 部位进行观测。 4.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料榫接结构拉 ‑拉疲劳试验夹具， 其特征在 于： 所述垫片(7)处于 夹板(3)和夹紧榫头模拟件(8)所用的螺母之间。 5.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料榫接结构拉 ‑拉疲劳试验夹具， 其特征在 于： 两个所述夹 板(3)之间的距离根据榫头模拟件(8)的夹持段的厚度自由调节。 6.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料榫接结构拉 ‑拉疲劳试验夹具， 其特征在 于： 所述榫槽模拟件(11)、 横向夹片(9)、 纵向夹片(10)和过渡段(12)的材料为铸造高温合 金、 单晶高温合金或粉末高温合金的其中一种， 其 余零件在高温炉外， 均采用不锈钢材 料。 7.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料榫接结构拉 ‑拉疲劳试验夹具， 其特征在 于： 所述过渡段(12)下侧开有冷却水孔， 通过外接水管使冷却水流过过渡 段(12)的夹具， 降 低其使用温度。 8.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料榫接结构拉 ‑拉疲劳试验夹具， 其特征在 于： 所述疲劳试验夹具上侧的载荷传递路线为： 上侧圆棒(1)通过螺纹传向U型板(2)， 螺纹 受轴向力； U型板(2)通过销钉(4)传给夹板(3)、 销钉(4)受剪切力； 夹板(3)通过摩 擦力传给 榫头模拟件(8)； 榫槽模拟件(11)和过渡 段(12)、 过渡 段(12)和下侧圆棒(13)之间均通过螺 纹传力， 螺纹均受轴向力。 9.根据权利要求1 ‑8之一所述的一种陶瓷基复合材料榫接结构拉 ‑拉疲劳试验夹具的 试验方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 试验夹具组装： 首先采用胶粘剂将铝合金制的加强片(5)粘贴在榫头模拟件(8) 上方夹持段的两侧， 并静置一定时间； 随后将榫头模拟件(8)放在两个夹板(3)中间， 通过四权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115436161 A 2个夹板螺栓(6)拧 紧， 螺母和夹板(3)之间垫有垫片(7)； 将U型板(2)和上侧圆棒(1)通过螺 纹连接， 再将U型板(2)和夹板(3)通过销钉(4)定位， 上半部分夹具组装完成， 将上侧圆棒 (1)夹在疲劳试验机上侧 夹头中； 榫槽模拟件(11)与榫头模拟件(8)相配合， 上方两个横向 夹片(9)通过搭接的方式锁定榫槽模拟件(11)的变形， 横向夹片(9)上方、 榫头模拟件(8)两 侧各有一个纵向夹片(10)垂直 向下卡住横向夹片(9)； 过渡段(12)上下的内螺纹分别 连接 榫槽模拟件(11)和下侧圆棒(13)， 下侧圆棒(13)的圆柱段与疲劳试验机的下端夹头相连， 夹具组装完成； 步骤2： 根据陶瓷基复合材料榫接结构的真实工况条件设置试验参数， 在榫接部位考核 截面处设置测点， 布贴热电偶； 在另一侧布贴光纤光栅传感器， 监测榫接结构的损伤状态； 打开冷却水通路， 检查水密性； 将高温炉置 于榫接结构处， 施加均匀温度场； 步骤3： 在完成步骤2后， 进行陶瓷基复合材料榫接结构强度或疲劳试验， 通过温度控制 器确保高温炉内温度满足试验要求， 当热电偶显示温度达到设定温度后， 保温一小时， 开始 试验； 通过疲劳试验机载荷控制器施加相 应的载荷条件， 当陶瓷基复合材料榫接结构达到 规定寿命或发生失效时， 试验结束。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115436161 A 3