CN104697862A - 一种用于热强度试验的力热耦合加载方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于热强度试验的力热耦合加载方法，能够实现高温、大温升率，能够模拟不等分布载荷，技术方案包括：石英灯管排布在试验件加载区域前，与试验件加载区域间隙设置，石英灯管排布区域留有空隙区域；顶杆前端铰接加载块，加载块穿过石英灯管排布区域的空隙区域，顶推在试验件加载区域表面；石英灯管对试验件加载区域进行热辐射加温；加载块对试验件加载区域进行力载荷加载。
Description
技术领域
本发明属于飞行器结构热强度技术领域，具体涉及一种力热耦合加载方法。
背景技术
在试验件外部区域施加面分布载荷力热耦合试验中，一般采用电阻丝加热带配合水囊进行热载荷及力载荷加载，请参阅图1，其为现有电阻丝加热带配合水囊加载效果示意图。加热带1紧贴试验件5布置，对试验件5进行接触式加热。隔热层2至于水囊3与加热带1之间，防止水囊3受到温度影响。水囊承载外壳4对水囊3起到限位作用，防止其变形膨胀。
电阻丝加热带可以对试验件进行低于300℃的加热，如果进行更高温度的热试验，加热带无法满足。且由于加热带表面为绝缘材料，导热率低，升温速度较慢，控制跟随性较差，无法满足大温升率试验要求。采用石英灯管加热器可以满足大温升率、高温的试验要求且控制跟随性好，但其采用热辐射非接触加热，与水囊布置相冲突，且高温对构成水囊外壳的橡胶影响较大，故也不宜采用。水囊注水加压实现对试验件表面接触区域载荷的加载为均布载荷，无法在试验件表面实现不等分布的载荷的加载。
发明内容
发明目的：提供一种用于热强度试验的力热耦合加载方法，能够实现高温、大温升率，能够模拟不等分布载荷。
技术方案：一种用于热强度试验的力热耦合加载方法，包括：
石英灯管排布在试验件加载区域前，与试验件加载区域间隙设置，石英灯管排布区域留有空隙区域；
顶杆前端铰接加载块，加载块穿过石英灯管排布区域的空隙区域，顶推在试验件加载区域表面；
石英灯管对试验件加载区域进行热辐射加温；加载块对试验件加载区域进行力载荷加载。
进一步，还包括：
在试验件局部由于发生变形而产生位移时，顶杆和加载块与试验件随动。
作为改进，顶杆内部带有水冷装置对自身降温。
顶杆和加载块为至少两对，每个加载块顶推在试验件加载区域的不同位置，根据试验要求每个加载块施加的载荷为相同值或不同值。
石英灯管为分区控制，根据试验要求每个区的石英灯管对试验件加载区域的热辐射加温温度值为相同或不同。
有益效果：
利用石英灯管加热器高透射率、高加热效率、小尺寸、大功率及控制跟随性好的特点，实现高温、大温升率加热；
利用作动筒顶连接顶杆顶推多块加载块加载局部均布载荷，模拟整体区域面分布载荷，且可对各加载块施加不同载荷，近似模拟不等分布的面载荷，加载块受温度影响小，可在高温条件下进行载荷加载；
加载块与顶杆铰接，在试验件局部由于发生变形而产生位移时可与试验件随动，保持与试验件面接触顶杆带水冷装置，可以提高高温下加载大载荷时顶杆的抗压稳定性，进而提高试验可靠性。
附图说明
图1为现有电阻丝加热带配合水囊加载效果示意图。
图2为本发明石英灯管配合顶杆顶推加载块加载效果示意图。
图3为本发明石英灯管配合顶杆顶推加载块主视图。
图4为本发明石英灯管配合顶杆顶推加载块侧视图。
图5为本发明顶杆及加载块结构局部剖视图。
其中：1-加热带、2-隔热层、3-水囊、4-水囊承载外壳、5-试验件、6-石英灯管、7-顶杆、8-加载块、9-试验件加载区域、10-试验件发生变形时加载块位置、11-水冷管、12-顶杆冷却内腔、13-冷却水水流路径、14-进水管、15-排水管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
一种用于热强度试验的力热耦合加载方法，包括：
步骤1、石英灯管排布在试验件加载区域前，与试验件加载区域间隙设置，石英灯管排布区域留有空隙区域；
步骤2、顶杆前端铰接加载块，加载块穿过石英灯管排布区域的空隙区域，顶推在试验件加载区域表面；
步骤3、石英灯管对试验件加载区域进行热辐射加温；加载块对试验件加载区域进行力载荷加载。
进一步，还包括：
步骤4、在试验件局部由于发生变形而产生位移时，顶杆和加载块与试验件随动。
作为改进，顶杆内部带有水冷装置对自身降温。
顶杆和加载块为至少两对，每个加载块顶推在试验件加载区域的不同位置，根据试验要求每个加载块施加的载荷为相同值或不同值。
石英灯管为分区控制，根据试验要求每个区的石英灯管对试验件加载区域的热辐射加温温度值为相同或不同。
通过不同长度石英灯管的有序排布，使连接作动筒的顶杆及加载块穿过加热器的灯管排布区留出的空隙区域，加载块与顶杆铰接，处于试验件与石英灯管加热器之间，与试验件面接触，实现局部均布载荷的加载。根据试验加载区域、加载载荷及试验件形状等要求，使用一定数量的顶杆顶推加载块与试验件面接触，即近似模拟出这一整体区域的面分布载荷的加载。对不同加载块施加不同载荷即可实现整体区域近似面分布载荷的不等分布载荷的加载。
排布灯管时在加热功率允许的情况下，在没有顶杆穿过的加热器区域布置长灯管，减小加热死区。顶杆内部带水冷装置，提高试验可靠性。加热区域尺寸大于试验件尺寸，加热器外部包裹隔热材料，以提高温升率及加热均匀性。
实施例
请参阅图2、图3及图4，其为本发明石英灯管配合顶杆顶推加载块加载效果示意图、主视图及侧视图，包括试验件5、石英灯管6、顶杆7、加载块8及试验件加载区域9。排布石英灯管6，石英灯管6进行分区控制，石英灯管排布范围要求覆盖试验件5边缘，且在试验件加载区域9留出空间。将顶杆7与加载块8接，穿过石英灯管6排布区域使加载块8与试验件5均匀接触。试验时根据试验件加载区域9载荷分布要求，对各加载块进行协调加载，实现高温条件下的每个区的石英灯管对试验件加载区域进行温度值相同或不同的辐射加温以及均布载荷或不等分面载荷的近似加载。
再请参阅图5，其为顶杆及加载块结构局部剖视图。加载块8与顶杆7铰接，当试验件发生变形时，加载块8可跟随试验件转动，最大可转至试验件发生变形时加载块位置10处。顶杆7末端安装有进水管14、排水管15各一根，分别与顶杆冷却内腔12相连，冷却水水流路径如13所示，冷却水进入进水管14后经水冷管11流至顶杆内腔12靠近加载块8一端，吸收热量后流至顶杆内腔12靠近排水口15一端，经排水口15排出，从而实现对顶杆的冷却，提高试验可靠性。
Claims (5)
1.一种用于热强度试验的力热耦合加载方法，其特征在于，包括：
石英灯管排布在试验件加载区域前，与试验件加载区域间隙设置，石英灯管排布区域留有空隙区域；
顶杆前端铰接加载块，加载块穿过石英灯管排布区域的空隙区域，顶推在试验件加载区域表面；
石英灯管对试验件加载区域进行热辐射加温；加载块对试验件加载区域进行力载荷加载。
2.如权利要求1所述的一种用于热强度试验的力热耦合加载方法，其特征在于，还包括：
在试验件局部由于发生变形而产生位移时，顶杆和加载块与试验件随动。
3.如权利要求2所述的一种用于热强度试验的力热耦合加载方法，其特征在于，顶杆内部带有水冷装置对自身降温。
4.如权利要求3所述的一种用于热强度试验的力热耦合加载方法，其特征在于，
顶杆和加载块为至少两对，每个加载块顶推在试验件加载区域的不同位置，根据试验要求每个加载块施加的载荷为相同值或不同值。
5.如权利要求3所述的一种用于热强度试验的力热耦合加载方法，其特征在于，
石英灯管为分区控制，根据试验要求每个区的石英灯管对试验件加载区域的热辐射加温温度值为相同或不同。
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