CN103076228A - 高分子垫层应力加载在线测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于垫层等高分子材料压缩应力应变测试的高分子垫层应力加载在线测试系统，由应力加载装置和在线检测系统组成。应力加载装置由底座组件、试件套管、压柱组件、施力组件及限位杆组成；在线检测系统包括：压力传感器、温度传感器、位移传感器、在线检测采集器、数据库服务器和在线检测数据分析软件。本发明可以实现定压缩量应力松弛和定压缩应力应变试验两种功能。在两种试验状态中均实现应力自主加载，且定量压缩应力松弛试验中实现对垫层压缩量精确控制；同时，本发明对应力、位移、温度三项指标实现在线检测、数据自动采集、存储和分析，整体提高系统的自动化技术水平，检测数据准确可靠。

Description

高分子垫层应力加载在线测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及高分子材料的压缩应力应变测试，具体涉及一种用于垫层等高分子材料在模拟工况条件下的压缩应力及应变试验的高分子垫层应力加载在线测试系统及其测试方法。 

背景技术

目前，对于高分子垫层压缩应力应变的研究主要基于长时压缩应力松弛试验装置,该装置主要由三组加载立柱、三组压紧螺母、限位立柱、限位螺母、限位环、上压盘、下压盘及传感器组成。试验时，将待测垫层置于上压盘与下压盘之间，按垫层预定压缩量调整好限位螺母的高度，然后拧紧三组加载立柱上的螺母使垫层固定在要求的压缩量上。该装置在实际操作中三个加力螺母即压紧螺母同步协调难度大，很难控制三者力度一致，加载压力的控制比较粗糙，实际精度难以控制，试验数据的准确度和可信度较低；同时，该装置无法实现应力自主加载且无法在线检测应力、应变及温度等参数的变化。 

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种能够自主加载、定位精度高并可以实现在线检测应力、应变及温度等参数的变化的高分子垫层应力加载在线测试系统及测试方法。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下： 

一种高分子垫层应力加载在线测试系统，其特征在于：由应力加载装置和 在线检测系统组成；应力加载装置从下到上由底座组件、试样套管、压柱组件、施力组件及限位杆组成；底座组件由底座及位于底座上端面中部的试样垫板和限位垫板组成，垫层试样位于试样垫板上，试样垫板的侧面留有温度传感器插孔；试样套管由下孔管和上孔管组成，下孔管内部安装压柱组件，上孔管外部安装施力组件、内部安装限位杆，限位杆主要用于位移传感器的安装定位；压柱组件由压柱、定位套和锁紧螺母组成，定位套与压柱间设计为可伸缩套筒结构，通过螺纹调节二者间的端面高度差值，锁紧螺母与压柱螺纹配合，位于定位套上部；施力组件由压紧套管、蝶形弹簧和压盘组成，压紧套管下端面与压柱上端面接触，施力组件上部、与试样套管上孔管外螺纹配合的压紧螺母作用于压盘使蝶形弹簧产生形变，将载荷传递到压紧套管，进一步传递到压柱上端面，最终作用于垫层试样；在线检测系统包括：压力传感器、温度传感器、位移传感器、在线检测采集器、数据库服务器、在线检测数据分析软件，其中压力传感器安装于底座的中心位置、温度传感器安装于试样垫板插孔中、位移传感器安装于限位杆下部并与限位杆螺纹固定。 

进一步地，当所述定位套端面高于压柱端面时，该装置用于定压缩量应力松弛试验。 

进一步地，当所述压柱端面与定位套端面平齐或高于定位套端面时，该装置用于定压缩应力应变试验。 

进一步地，所述底座的下端面设计有连接孔，装配时可将其固定在相应的工作台上。 

进一步地，所述温度传感器的插孔也可设计在压柱的下部。 

进一步地，所述在线检测系统选用DH5971型分布式在线检测分析系统，所述数据分析软件基于Server2003操作系统。 

进一步地，所述高分子垫层应力加载在线测试系统用于定压缩量应力松弛试验的测试方法，包括以下步骤： 

（1）将压力传感器安装到底座中心位置，底座固定于试验平台，将限位垫板装配到底座内，将垫层试样放置于试样垫板中心，再将试样垫板装到限位垫板内； 

（2）将压柱装入定位套，调节端面高度使定位套端面高于压柱端面并用锁紧螺母将其位置固定，然后将压柱组件对中置于垫层试样上； 

（3）将试样套管对中装配到底座上； 

（4）将压紧套管装配到试样套管的U型槽内，对中安装碟形弹簧，再对中安装压盘，最后装配压紧螺母； 

（5）将电涡流位移传感器装配到限位杆上，并将限位杆装配到试样套管上端，用螺母固定； 

（6）安装温度传感器； 

（7）打开采集器和数据处理软件开始测试； 

（8）缓慢调整压盘上方压紧螺母进行应力加载，并通过压力传感器实时监测加载力大小；当加载力不再变化时，停止加载，此时定位套端面与限位垫板面接触； 

（9）保持加载状态，并进行压力、位移、温度数据的采集； 

（10）试验结束后将数据存盘并关闭系统。 

进一步地，所述高分子垫层应力加载在线测试系统用于定压缩应力应变试验的测试方法，其特征在于包括以下步骤： 

（1）将压力传感器安装到底座中心位置，底座固定于试验平台，将限位垫板装配到底座内，将垫层试样放置于试样垫板中心，再将试样垫板装到限位垫 板内； 

（2）将压柱装入定位套，调节压柱端面和定位套端面平齐或高于定位套端面并用锁紧螺母将其位置固定，然后将压柱组件对中放置于垫层试样上； 

（3）将试样套管对中装配到底座上； 

（4）将压紧套管装配到试样套管的U型槽内，对中安装碟形弹簧，再对中安装压盘，最后装配压紧螺母； 

（5）将电涡流位移传感器装配到限位杆上，并将限位杆装配到试样套管上端，用螺母固定； 

（6）安装温度传感器； 

（7）打开采集器和数据处理软件开始测试； 

（8）缓慢调整压盘上方压紧螺母进行应力加载，并通过压力传感器实时监测加载力大小；当加载力到达试验预设压力值时，停止加载； 

（9）保持加载状态，并继续进行压力、位移、温度数据的采集； 

（10）试验结束后将数据存盘并关闭系统。 

与现有技术相比，本发明的有益效果如下： 

（1）通过压柱组件的设计改进长时压缩应力松弛试验装置中平面“三点”加载为中心“一点”加载，解决“三点”加载协调难题，实现了定量压缩应力松弛试验中对垫层压缩量的精确控制； 

（2）施力组件的设计简化了垫层定压缩应力应变试验中的加载问题，实现自主加载，同时减小加载应力波动，并使波动量可控； 

（3）同时实现应力、位移、温度三项指标的在线检测、数据自动采集、存储和分析，整体提高系统的自动化技术水平，检测数据准确可靠； 

（4）有效减轻试验人员的劳动强度； 

（5）系统报警设计和防意外（如断电等）状况设计等，可从本质上提高试验的可靠性和数据安全性； 

（6）本发明的基本原理和设计技术应用并不仅限于此，还可针对不同高分子材料试验需求，以及不同尺寸规格系列进行拓展应用。 

附图说明

图1为本发明应力加载装置的结构图。 

具体实施方式

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

实施例1 

一种高分子垫层应力加载在线测试系统由应力加载装置和在线检测系统组成；应力加载装置从下到上由底座组件、试样套管、压柱组件、施力组件及限位杆组成；底座组件由底座11及位于底座11上端面中部的试样垫板12和限位垫板13组成，垫层试样位于试样垫板12上，试样垫板12的侧面留有温度传感器插孔；试样套管由下孔管21和上孔管22组成，下孔管21内部安装压柱组件，上孔管22外部安装施力组件、内部安装限位杆3，限位杆3主要用于位移传感器73的安装定位；压柱组件由压柱41、定位套42和锁紧螺母43组成，定位套42与压柱41间设计为可伸缩套筒结构，且定位套42端面高于压柱41端面，锁紧螺母43与压柱41螺纹配合，位于定位套42上部；施力组件由压紧套管51、蝶形弹簧52和压盘53组成，压紧套管51下端面与压柱41上端面接触，施力 组件上部、与试样套管上孔管22外螺纹配合的压紧螺母6作用于压盘53使蝶形弹簧52产生形变，将载荷传递到压紧套管51，进一步传递到压柱41上端面，最终作用于垫层试样；在线检测系统包括：压力传感器71、温度传感器72、位移传感器73、在线检测采集器、数据库服务器、在线检测数据分析软件，其中压力传感器71安装于底座11的中心位置、温度传感器72安装于试样垫板12插孔中、位移传感器73安装于限位杆3下部并与限位杆螺纹固定。 

所述底座11的下端面设计有连接孔，装配时可将其固定在相应的工作台上。 

所述在线检测系统选用DH5971型分布式在线检测分析系统，所述测试分析软件基于Server2003操作系统。 

所述高分子垫层应力加载在线测试系统用于定压缩量应力松弛试验的测试方法，其特征在于包括以下步骤： 

（1）将压力传感器71安装到底座11的中心位置，将底座11固定于试验平台，将限位垫板13装配到底座11内，垫层试样放置于试样垫板12中心，再将试样垫板12装到限位垫板13内； 

（2）将压柱41装入定位套42，调节二者端面高度使定位套42端面高于压柱41端面并用锁紧螺母43将其位置固定，然后将压柱组件对中置于垫层试样上； 

（3）将试样套管下孔管22对中装配到底座11上； 

（4）将压紧套管51装配到试样套管上孔管21的U型槽内，对中安装碟形弹簧52，再对中安装压盘53，最后装配压紧螺母6； 

（5）将电涡流位移传感器73装配到限位杆3上，并将限位杆3装配到试样套管上孔管22内，用螺母固定； 

（6）安装温度传感器72； 

（7）打开采集器和数据处理软件开始测试； 

（8）缓慢调整压盘53上方压紧螺母6进行应力加载，并通过压力传感71器实时监测加载力大小；当加载力不再变化时，停止加载，此时定位套42端面与限位垫板13面接触； 

（9）保持加载状态，并继续进行压力、位移、温度数据的采集； 

（10）试验结束后将数据存盘并关闭系统。 

实施例2 

一种高分子垫层应力加载在线测试系统由应力加载装置和在线检测系统组成；应力加载装置从下到上由底座组件、试样套管、压柱组件、施力组件及限位杆组成；底座组件由底座11及位于底座11上端面中部的试样垫板12和限位垫板13组成，垫层试样位于试样垫板12上，试样垫板12的侧面留有温度传感器插孔；试样套管由下孔管21和上孔管22组成，下孔管21内部安装压柱组件，上孔管22外部安装施力组件、内部安装定位杆3，限位杆3主要用于位移传感器73的安装定位；压柱组件由压柱41、定位套42和锁紧螺母43组成，定位套42与压柱41间设计为可伸缩套筒结构，且压柱41的端面与定位套42的端面平齐或高于定位套42端面，锁紧螺母43与压柱41螺纹配合，位于定位套42上部；施力组件由压紧套管51、蝶形弹簧52和压盘53组成，压紧套管51下端面与压柱41上端面接触，施力组件上部、与试样套管上孔管22外螺纹配合的压紧螺母6作用于压盘53使蝶形弹簧52产生形变，将载荷传递到压紧套管51，进一步传递到压柱41上端面，最终作用于垫层试样；在线检测系统包括：压力传感器71、温度传感器72、位移传感器73、在线检测采集器、数据库服务器、在线检测数据分析软件，其中压力传感器71安装于底座11的中心位置、温度传感器72安装于试样垫板12的插孔中、位移传感器73安装于限位杆3的下部 并与限位杆螺纹固定。 

所述底座11的下端面设计有连接孔，装配时可将其固定在相应的工作台上。 

所述在线检测系统选用DH5971型分布式在线检测分析系统，所述测试分析软件基于Server2003操作系统。 

所述高分子垫层应力加载在线测试系统用于定压缩应力应变试验的测试方法，其特征在于包括以下步骤： 

（1）将压力传感器71安装到底座11中心位置，将底座11固定于试验平台，将限位垫板13装配到底座11内，垫层试样放置于试样垫板12中心，再将试样垫板12装到限位垫板13内； 

（2）将压柱41装入定位套42，调节二者端面高度使压柱41的端面与定位套42的端面平齐或高于定位套42端面，用锁紧螺母43将其位置固定，然后将压柱组件对中放置于垫层试样上； 

（3）将试样套管下孔管22对中装配到底座11上； 

（4）将压紧套管51装配到试样套管上孔管21的U型槽内，对中安装碟形弹簧52，再对中安装压盘53，最后装配压紧螺母6； 

（5）将电涡流位移传感器73装配到限位杆3上，并将限位杆3装配到试样套管上孔管22内，用螺母固定； 

（6）安装温度传感器72； 

（7）打开采集器和数据处理软件开始测试； 

（8）缓慢调整压盘53上方压紧螺母6进行应力加载，并通过压力传感71器实时监测加载力大小；当加载力到达试验预定压力值时，停止加载； 

（9）保持加载状态，并继续进行压力、位移、温度数据的采集； 

（10）试验结束后将数据存盘并关闭系统。 

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。 

Claims (8)

1.一种高分子垫层应力加载在线测试系统，其特征在于：由应力加载装置和在线检测系统组成；应力加载装置从下到上由底座组件、试样套管、压柱组件、施力组件及限位杆组成；底座组件由底座及位于底座上端面中部的试样垫板和限位垫板组成，垫层试样位于试样垫板上，试样垫板的侧面留有温度传感器插孔；试样套管由下孔管和上孔管组成，下孔管内部安装压柱组件，上孔管外部安装施力组件、内部安装限位杆，限位杆主要用于位移传感器的安装定位；压柱组件由压柱、定位套和锁紧螺母组成，定位套与压柱间设计为可伸缩套筒结构，通过螺纹调节二者间的端面高度差值，锁紧螺母与压柱螺纹配合，位于定位套上部；施力组件由压紧套管、蝶形弹簧和压盘组成，压紧套管下端面与压柱上端面接触，施力组件上部、与试样套管上孔管外螺纹配合的压紧螺母作用于压盘使蝶形弹簧产生形变，将载荷传递到压紧套管，进一步传递到压柱上端面，最终作用于垫层试样；在线检测系统包括：压力传感器、温度传感器、位移传感器、在线检测采集器、数据库服务器、在线检测数据分析软件，其中压力传感器安装于底座的中心位置、温度传感器安装于试样垫板插孔中、位移传感器安装于限位杆下部并与限位杆螺纹固定。

2.根据权利要求1所述的高分子垫层应力加载在线测试系统，其特征在于：所述底座的下端面设计有连接孔，装配时可将其固定在相应的工作台上。

3.根据权利要求1所述的高分子垫层应力加载在线测试系统，其特征在于：所述温度传感器的插孔也可设计在压柱的下部。

4.根据权利要求1所述的高分子垫层应力加载在线测试系统，其特征在于：所述在线检测系统选用DH5971型分布式在线检测分析系统，所述数据分析软件基于Server2003操作系统。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的高分子垫层应力加载在线测试系统，其特征在于：当所述定位套端面高于压柱端面时，该装置用于定压缩量应力松弛试验。

6.根据权利要求1-4任一权利要求所述的高分子垫层应力加载在线测试系统，其特征在于：当所述压柱端面与定位套端面平齐或高于定位套端面时，该装置用于定压缩应力应变试验。

7.权利要求5所述高分子垫层应力加载在线测试系统用于定压缩量应力松弛试验的测试方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将压力传感器安装到底座的中心位置，底座固定于试验平台，将限位垫板装配到底座内，将垫层试样放置于试样垫板中心，再将试样垫板装到限位垫板内；

（2）将压柱装入定位套，调节端面高度使定位套端面高于压柱端面并用锁紧螺母将其位置固定，然后将压柱组件对中置于垫层试样上；

（3）将试样套管对中装配到底座上；

（4）将压紧套管装配到试样套管的U型槽内，对中安装碟形弹簧，再对中安装压盘，最后装配压紧螺母；

（5）将电涡流位移传感器装配到限位杆上，并将限位杆装配到试样套管上端，用螺母固定；

（6）安装温度传感器；

（7）打开采集器和数据处理软件开始测试；

（8）缓慢调整压盘上方压紧螺母进行应力加载，并通过压力传感器实时监测加载力大小；当加载力不再变化时，停止加载，此时定位套端面与限位垫板面接触；

（9）保持加载状态，并进行压力、位移、温度数据的采集；

（10）试验结束后将数据存盘并关闭系统。

8.权利要求6所述高分子垫层应力加载在线测试系统用于定压缩应力应变试验的测试方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将压力传感器安装到底座中心位置，底座固定于试验平台，将限位垫板装配到底座内，将垫层试样放置于试样垫板中心，再将试样垫板装到限位垫板内；

（2）将压柱装入定位套，调节压柱端面和定位套端面平齐或高于定位套端面并用锁紧螺母将其位置固定，然后将压柱组件对中放置于垫层试样上；

（3）将试样套管对中装配到底座上，拧紧螺纹；

（4）将压紧套管装配到试样套管的U型槽内，对中安装碟形弹簧，再对中安装压盘，最后装配压紧螺母；

（5）将电涡流位移传感器装配到限位杆上，并将限位杆装配到试样套管上端，用螺母固定；

（6）安装温度传感器；

（7）打开采集器和数据处理软件开始测试；

（8）缓慢调整压盘上方压紧螺母进行应力加载，并通过压力传感器实时监测加载力大小；当加载力到达试验预设压力值时，停止加载；

（9）保持加载状态，并继续进行压力、位移、温度数据的采集；

（10）试验结束后将数据存盘并关闭系统。

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