CN103267685A - 一种热辅助双向拉伸试验装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种热辅助双向拉伸试验装置和方法，其中装置包含双向拉伸试验装置、可控温加热装置和计算机控制系统；双向拉伸试验装置包含四组拉伸装置和一个中心安装基座，中心安装基座位于双向拉伸试验装置的中心，四组拉伸装置围绕中心安装基座设置，并且相邻的拉伸装置之间呈90°夹角设置；可控温加热装置包含红外管加热器和红外测温仪；中心安装基座内部为空腔，空腔内安装红外管加热器；安装好后的红外管加热器位于十字形被测试件的下侧；双向拉伸装置和热辅助加热装置均电连接到计算机控制系统。本发明结构简单，性能可靠，能够实现十字形被测试件不同比例的双向拉伸；本发明使材料的变形区域处在不同的温度范围，增加了材料力学性能的研究范围。

Description

一种热辅助双向拉伸试验装置和方法

技术领域

本发明涉及材料力学测试技术及设备技术领域，尤其是涉及一种热辅助双向拉伸试验装置和方法。

背景技术

自板壳理论建立以来，越来越多的领域应用到了板壳结构，例如航空航天方面、工业方面等。

在板壳结构研究中，双向受力结构的研究也为一个热点，例如：在航空航天方面，由于太空环境的特殊性，许多太空容器都是双向受力结构，且处于不同的温度范围；在工业板料加工方面，由于工业板料成形和变形过程的复杂性，许多板材在加工过程中也是双向受力，同时加工过程中也处在不同的温度变化过程。

专利名为《双轴材料拉伸试验装置及应用该装置的方法》(申请号：201210107058.7)，提供了一种双轴材料拉伸试验机，该双轴材料拉伸试验机能够对十字形被测试件进行不同比例的双向拉伸，尤其是对十字形被测试件的拉伸试验，能直观的反应试件的双向受力状态。该专利主要是针对常温状态下材料力学性能的分析研究。

目前，学者们研究的双向拉伸试验方法和装置也主要是针对常温状态下十字形被测试件的力学性能分析；但是实际生产和生活中，材料会在不同的温度状态下进行拉伸变形；因此，研究材料在不同温度状态下的双向受力情况具有巨大的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于设计一种热辅助双向拉伸试验装置，解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种热辅助双向拉伸试验装置，包含双向拉伸试验装置、可控温加热装置和计算机控制系统；

所述双向拉伸试验装置包含四组拉伸装置和一个中心安装基座10，所述中心安装基座10位于双向拉伸试验装置的中心，四组所述拉伸装置围绕所述中心安装基座10设置，并且相邻的所述拉伸装置之间呈90°夹角设置；

所述可控温加热装置包含红外管加热器12和红外测温仪；所述中心安装基座10内部为空腔，所述空腔内安装所述红外管加热器12；安装好后的所述红外管加热器12位于十字形被测试件的下侧；

所述双向拉伸装置和所述热辅助加热装置均电连接到所述计算机控制系统。

每组所述拉伸装置包含机架9、电机1、减速器2、主轴3、滚珠丝杠4、滑块5、连接板6、力传感器7和夹紧装置8；所述电机1通过所述减速器2与所述主轴3传动连接，所述主轴3通过轴承安装在所述机架9上，所述主轴3与所述滚珠丝杠4传动连接，所述滚珠丝杠4与所述滑块5螺纹滑动连接带动所述滑块5在导轨上前后移动，所述导轨安装在所述机架9上；所述滑块5通过所述连接板6与所述力学传感器7的一端连接，所述力学传感器7的另一端与所述夹紧装置8相连接；

所述电机1、所述力传感器7、红外管加热器12和红外测温仪均电连接到所述计算机控制系统。

所述中心安装基座10内部为空腔，所述空腔内安装所述红外加热器安装架11，所述红外管加热器12安装在红外管加热器安装架11上。

所述红外管加热器12的加热功率为10-30KW。

所述红外测温仪，为非接触式测温装置。

一种热辅助双向拉伸试验方法，包含步骤如下：

第一步，四组拉伸装置中的夹紧装置分别夹紧十字形被测试件的四端；

第二步，计算机控制系统接收红外测温仪测量的试件变形区域的温度参数，然后控制红外管加热器加热，使所述十字形试件的变形区域的温度达到并保持在某设定温度；

第三步，所述计算机控制系统控制双向拉伸试验装置对所述十字形被测试件进行拉伸，并实时的通过力传感器测量拉伸过程中所述十字形被测试件的材料的各项参数；所述计算机控制系统对所述各项参数进行统计整理和记录，生成该设定温度下的双向拉伸力学性能指标；

第四步，重复步骤二和步骤三，测量另一个设定温度下的双向拉伸力学性能指标；直至获得需要的所有设定温度下的双向拉伸力学性能指标后，进入第五步；

第五步，所述计算机控制系统分析出所述十字形被测试件的材料在不同设定温度的双向拉伸力学性能指标。

所述第三步中，所述计算机控制系统单独的控制每组拉伸装置，实现对所述十字形被测试件不同比例的双向拉伸。

加热后所述十字形试件的变形区域的温度范围为300-900℃。

本发明是一种热辅助双向拉伸试验方法和装置，属于材料力学测试技术及设备领域；其特征在于：在双向拉伸机的材料变形区域加入热辅助加热装置，该加热装置能够对材料进行可控温度的加热，最终获得不同材料在不同温度下的材料力学性能。本发明通过上述方法还提供了一种热辅助双向拉伸试验装置，包括双向拉伸试验装置、可控温加热装置，计算机控制系统；其中双向拉伸实验装置包含四组拉伸装置，每组装置都是由伺服电机驱动丝杠转动，实现对十字形被测试件的双向同步拉伸；可控温加热装置包含：红外管加热器、红外测温仪；计算机控制系统综合控制双向拉伸装置对十字形被测试件的拉伸过程和热辅助加热装置对材料变形区域的温度控制。

本发明双向拉伸试验装置包含四组相同的拉伸装置，分别位于十字形被测试件的四个方向，能够有效的实现对十字形被测试件不同比例的双向拉伸；可控温加热装置包含红外管加热器、红外测温仪；计算机控制系统综合控制双向拉伸装置对十字形被测试件的拉伸过程和热辅助加热装置对材料变形区域的温度控制。

所述双向拉伸装置中的一组拉伸装置包含机架、电机、减速器、主轴、滚珠丝杠、滑块、导轨、力传感器、夹紧装置；电机通过减速器驱动主轴转动，主轴通过轴承安装在机架上，主轴带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠转动带动滑块在导轨上前后移动，导轨安装在机架上，滑块通过安装板与力学传感器的一端连接，力学传感器的另一端与夹紧装置相连接，最终实现夹紧装置的前后移动；

所述双向拉伸试验装置的中心安装基座与四组拉伸装置的安装底座相对应，保证四组底座位于十字形的四个方向；中心安装底座内部为空腔，用于安装红外加热器安装架；

所述可控温调节装置中红外管加热器安装在红外加热器安装架上，该红外管加热器的加热功率为10-30KW，加热后十字形被测试件的变形区域的温度范围为300-900℃；可控温调节装置中红外测温仪，通过非接触方式对十字形被测试件变形区域温度进行实时测量并反馈给计算机控制系统；

所述计算机控制系统接收红外测温仪测量的试件变形区域的温度参数，然后控制红外管加热器加热，使加热区域保持在预定温度范围；计算机控制系统控制双向拉伸试验装置对十字形被测试件进行拉伸；计算机控制系统可以单独的控制每组拉伸装置，能够有效的实现对十字形被测试件不同比例的双向拉伸，并实时的通过力传感器将拉伸过程中材料的各项参数进行统计整理。

本发明的有益效果可以总结如下：

1，本发明结构简单，性能可靠，能够实现十字形被测试件不同比例的双向拉伸；

2，本发明为提供了可控温加热装置，使材料的变形区域处在不同的温度范围，增加了材料力学性能的研究范围。

附图说明

图1是本发明所提供的设备的装配总图；

图2是本发明中一组拉伸装置与中心安装基座的装配图；

图3是本发明中心安装基座部分放大的示意图；

图4是本发明中加热器示意图；

图5是本发明试验中十字形被测试件示意图。

其中：

1电机，2减速器，3、主轴，4、滚珠丝杠，5、滑块，6、连接板，7、力传感器，8、夹紧装置，9、机架，10、中心安装基座，11、红外加热器安装架，12、红外加热器。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

如图1至图5所示的一种热辅助双向拉伸试验装置，包含双向拉伸试验装置、可控温加热装置和计算机控制系统；所述双向拉伸试验装置包含四组拉伸装置和一个中心安装基座10，所述中心安装基座10位于双向拉伸试验装置的中心，四组所述拉伸装置围绕所述中心安装基座10设置，并且相邻的所述拉伸装置之间呈90°夹角设置；所述可控温加热装置包含红外管加热器12和红外测温仪；所述中心安装基座10内部为空腔，所述空腔内安装所述红外管加热器12；安装好后的所述红外管加热器12位于十字形被测试件的下侧；所述双向拉伸装置和所述热辅助加热装置均电连接到所述计算机控制系统。

在优选的实施例中，每组所述拉伸装置包含机架9、电机1、减速器2、主轴3、滚珠丝杠4、滑块5、连接板6、力传感器7和夹紧装置8；所述电机1通过所述减速器2与所述主轴3传动连接，所述主轴3通过轴承安装在所述机架9上，所述主轴3与所述滚珠丝杠4传动连接，所述滚珠丝杠4与所述滑块5螺纹滑动连接带动所述滑块5在导轨上前后移动，所述导轨安装在所述机架9上；所述滑块5通过所述连接板6与所述力学传感器7的一端连接，所述力学传感器7的另一端与所述夹紧装置8相连接；所述电机1、所述力传感器7、红外管加热器12和红外测温仪均电连接到所述计算机控制系统。

在更加优选的实施例中，所述中心安装基座10内部为空腔，所述空腔内安装所述红外加热器安装架11，所述红外管加热器12安装在红外管加热器安装架11上。

在更加优选的实施例中，所述红外管加热器12的加热功率为10-30KW。所述红外测温仪，为非接触式测温装置。

一种热辅助双向拉伸试验方法，包含步骤如下：

第一步，四组拉伸装置中的夹紧装置分别夹紧十字形被测试件的四端；

第二步，计算机控制系统接收红外测温仪测量的试件变形区域的温度参数，然后控制红外管加热器加热，使所述十字形试件的变形区域的温度达到并保持在某设定温度；

第三步，所述计算机控制系统控制双向拉伸试验装置对所述十字形被测试件进行拉伸，并实时的通过力传感器测量拉伸过程中所述十字形被测试件的材料的各项参数；所述计算机控制系统对所述各项参数进行统计整理和记录，生成该设定温度下的双向拉伸力学性能指标；

第四步，重复步骤二和步骤三，测量另一个设定温度下的双向拉伸力学性能指标；直至获得需要的所有设定温度下的双向拉伸力学性能指标后，进入第五步；

第五步，所述计算机控制系统分析出所述十字形被测试件的材料在不同设定温度的双向拉伸力学性能指标。

在优选的实施例中，所述第三步中，所述计算机控制系统单独的控制每组拉伸装置，实现对所述十字形被测试件不同比例的双向拉伸。加热后所述十字形试件的变形区域的温度范围为300-900℃。

在某个具体的实施例中，如图1所示的一种热辅助双向拉伸试验装置，包含双向拉伸试验装置、可控温加热装置、计算机控制系统；其中双向拉伸试验装置包含四组拉伸装置和一个中心安装基座10，中心安装基座10位于双向拉伸试验装置的中心，用于保证四组拉伸装置分别位于十字形被测试件的四个方向；中心安装基座10内部为空腔，用于安装红外加热器安装架11；所述双向拉伸装置中的四组拉伸装置完全相同，为了描述方便，以下仅以其中一种拉伸装置进行描述，如图2所示，包含机架9、电机1、减速器2、主轴3、滚珠丝杠4、滑块5、连接板6、力传感器7、夹紧装置8；电机1通过减速器2驱动主轴3转动，主轴3通过轴承安装在机架9上，主轴3带动滚珠丝杠4转动，滚珠丝杠4转动带动滑块5在导轨上前后移动，导轨安装在机架9上，滑块5通过连接板6与力学传感器7的一端连接，力学传感器7的另一端与夹紧装置8相连接，最终实现夹紧装置的前后移动；

可控温加热装置包含红外管加热器、红外测温仪；如图2所示红外管加热器12安装在红外管加热器安装架11上，红外管加热器安装架11通过螺栓安装在中心安装基座10内腔，安装好后的红外管加热器12位于变形材料的下侧，对材料的变形区域进行加热；所述的红外管加热器12的加热功率为10-30KW，加热后十字形被测试件的变形区域的温度范围为300-900℃；可控温调节装置中红外测温仪，通过非接触方式对十字形被测试件变形区域温度进行实时测量并将温度参数反馈给计算机控制系统；

计算机控制系统综合控制双向拉伸装置对十字形被测试件的拉伸过程和热辅助加热装置对材料变形区域的温度控制。

本发明的具体试验过程如下，首先四组拉伸装置中的夹紧装置分别夹紧十字形被测试件的四端，计算机控制系统接收红外测温仪测量的试件变形区域的温度参数，然后控制红外管加热器加热，使加热区域到达并保持在预定温度范围；计算机控制系统控制双向拉伸试验装置对十字形被测试件进行拉伸；计算机控制系统可以单独的控制每组拉伸装置，能够有效的实现对十字形被测试件不同比例的双向拉伸，并实时的通过力传感器将拉伸过程中材料的各项参数进行统计整理，最终分析出材料在不同温度范围的双向拉伸力学性能指标。

综上所述，本发明所述的一种热辅助双向拉伸试验方法和装置，将可控温加热装置引进如设备中，对十字形被测试件变形区域进行加热，从而分析出材料在不同温度状态下的双向拉伸力学性能。

以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种热辅助双向拉伸试验装置，其特征在于，包含双向拉伸试验装置、可控温加热装置和计算机控制系统；

所述双向拉伸试验装置包含四组拉伸装置和一个中心安装基座，所述中心安装基座位于双向拉伸试验装置的中心，四组所述拉伸装置围绕所述中心安装基座设置，并且相邻的所述拉伸装置之间呈90°夹角设置；

所述可控温加热装置包含红外管加热器和红外测温仪；所述中心安装基座内部为空腔，所述空腔内安装所述红外管加热器；安装好后的所述红外管加热器位于十字形被测试件的下侧；

所述双向拉伸装置和所述热辅助加热装置均电连接到所述计算机控制系统。

2.根据权利要求1所述的热辅助双向拉伸试验装置，其特征在于，每组所述拉伸装置包含机架、电机、减速器、主轴、滚珠丝杠、滑块、连接板、力传感器和夹紧装置；所述电机通过所述减速器与所述主轴传动连接，所述主轴通过轴承安装在所述机架上，所述主轴与所述滚珠丝杠传动连接，所述滚珠丝杠与所述滑块螺纹滑动连接带动所述滑块在导轨上前后移动，所述导轨安装在所述机架上；所述滑块通过所述连接板与所述力学传感器的一端连接，所述力学传感器的另一端与所述夹紧装置相连接；

所述电机、所述力传感器、红外管加热器和红外测温仪均电连接到所述计算机控制系统。

3.根据权利要求1所述的热辅助双向拉伸试验装置，其特征在于，所述中心安装基座内部为空腔，所述空腔内安装所述红外加热器安装架，所述红外管加热器安装在红外管加热器安装架上。

4.根据权利要求1所述的热辅助双向拉伸试验装置，其特征在于，所述红外管加热器的加热功率为10-30KW。

5.根据权利要求1所述的热辅助双向拉伸试验装置，其特征在于，所述红外测温仪，为非接触式测温装置。

6.一种热辅助双向拉伸试验方法，其特征在于，包含步骤如下：

第一步，四组拉伸装置中的夹紧装置分别夹紧十字形被测试件的四端；

第二步，计算机控制系统接收红外测温仪测量的试件变形区域的温度参数，然后控制红外管加热器加热，使所述十字形试件的变形区域的温度达到并保持在某设定温度；

第三步，所述计算机控制系统控制双向拉伸试验装置对所述十字形被测试件进行拉伸，并实时的通过力传感器测量拉伸过程中所述十字形被测试件的材料的各项参数；所述计算机控制系统对所述各项参数进行统计整理和记录，生成该设定温度下的双向拉伸力学性能指标；

第四步，重复步骤二和步骤三，测量另一个设定温度下的双向拉伸力学性能指标；直至获得需要的所有设定温度下的双向拉伸力学性能指标后，进入第五步；

第五步，所述计算机控制系统分析出所述十字形被测试件的材料在不同设定温度的双向拉伸力学性能指标。

7.根据权利要求6所述的热辅助双向拉伸试验方法，其特征在于，所述第三步中，所述计算机控制系统单独的控制每组拉伸装置，实现对所述十字形被测试件不同比例的双向拉伸。

8.根据权利要求6所述的热辅助双向拉伸试验方法，其特征在于，加热后所述十字形试件的变形区域的温度范围为300-900℃。

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