CN105277445A - 一种紧凑拉伸试样蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧凑拉伸试样蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置,包括主轴组件，主轴组件的一端设有上夹头组件和下夹头组件，主轴组件的另一端设有载荷线位移测量组件；上夹头组件与疲劳-蠕变试验机的高温拉杆之间为螺纹联接；主轴组件包括上连杆和下拉杆，上连杆和下拉杆同轴；下拉杆的下端设有轴向导轨；下夹头组件与上连杆之间为螺纹联接；载荷线位移测量组件包括两组结构相同的固定组件和两组结构相同的测量组件；两组结构相同的固定组件和两组结构相同的测量组件均分别对称地设置在主轴组件的两侧。通过此装置可以将紧凑拉伸试样固定，并测量蠕变-疲劳裂纹扩展中的载荷线位移数据，该夹具结构紧凑简易、使用方便灵活，并与现有试验机配合良好。

Description

一种紧凑拉伸试样蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置

技术领域

本发明涉及一种材料的高温性能检测领域，更具体地说，涉及一种紧凑拉伸试样蠕变-疲劳交互作用下裂纹扩展试验装置。

背景技术

目前随着中国经济的高速发展，对能源的需求越来越高，造成环境的污染也随之加重，因此提高能源的利用效率、发展新型能源、减少有害气体及温室气体的排放成为经济可持续发展的重要支撑点。在研制新能源的同时，提高工业装置的操作参数时提高现有能源的使用效率和物质转化效率的最有效手段。因此在火电、核电、石化和炼油等高能耗行业中都向着高温、高压、架构大型化的趋势发展。如何保证相关设备在高温和恶劣环境中的安全稳定成为重大的研究课题。在役设备在高温长时间服役对材料产生蠕变损伤，同时变化的载荷对材料会产生疲劳损伤，使得部件最终造成蠕变-疲劳交互作用破坏。而高温构件结构一般比较复杂，难免存在缺陷，在长期服役条件下致使裂纹的萌生与扩展。因此，为保证高温结构的完整性，获得其在役条件下材料的高温性能，准确评价在役高温结构的剩余寿命，研究高温蠕变-疲劳交互作用下的裂纹扩展具有重要意义。目前国内有关蠕变-疲劳的试验装置相对较少，尤其是准确测量载荷线位移等参数。因此，设计出一套适合紧凑拉伸试样的蠕变-疲劳交互试验装置就成了研究的重点。

发明内容

本发明目的在于提供一种紧凑拉伸试样蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置，通过此装置系统可以将紧凑拉伸试样固定，并将高温下的载荷线位移转移到常温下并进行测量，避免了在高温环境下直接测量变形的不足，该夹具结构紧凑简易、使用方便灵活，并与现有试验机配合良好。

本发明提供一种紧凑拉伸试样蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置,包括主轴组件，所述主轴组件的一端设有上夹头组件和下夹头组件，所述主轴组件的另一端设有载荷线位移测量组件；所述上夹头组件和下夹头组件的结构相同均分别包括夹头和销子，所述夹头为凹字开口叉，在凹字开口叉的连接板上设有螺纹孔，在凹字开口叉的两侧设有同轴的销孔，所述销子穿在凹字开口叉两侧的销孔中，所述销子的两端分别外露于凹字开口叉的两侧，所述销子的两端分别设有卡槽；所述上夹头组件与高温蠕变-疲劳试验机的高温拉杆之间为螺纹联接；所述主轴组件包括上连杆和下拉杆，所述上连杆和所述下拉杆同轴；所述下拉杆的下端设有轴向导轨；所述下夹头组件与所述上连杆之间为螺纹联接；所述载荷线位移测量组件包括两组结构相同的固定组件和两组结构相同的测量组件；所述固定组件包括上卡环、下卡环、两个楔块、上引伸杆和下引伸杆，所述上卡环和下卡环的结构相同：即由两个侧板构成的直角弯板，所述两个侧板上分别设有通孔；所述上卡环通过一个侧板上的通孔与上引伸杆铆接，所述上卡环通过另一个侧板上的通孔与上夹头组件中的销子配合并通过一个楔块固定，从而将上引伸杆的一端与所述上夹头组件固定；所述下卡环通过一个侧板上的通孔与下引伸杆铆接，所述下卡环通过另一个侧板上的通孔与下夹头组件中的销子配合并通过一个楔块固定，从而将下引伸杆的一端与所述下夹头组件固定；所述测量组件包括与所述上引伸杆的另一端固定的上托架和与所述下引伸杆的另一端固定的下托架，所述上托架与所述轴向导轨之间及所述下托架与所述轴向导轨之间均分别设有两个深沟球轴承；所述上托架上设有第一轴向通孔，所述第一轴向通孔中设有调节杆，所述调节杆通过一顶紧螺钉固定；所述下托架上设有与上托架上的第一轴向通孔同轴的第二轴向通孔，所述第二轴向通孔用于放置引伸计，所述引伸计通过一顶紧螺钉固定；两组测量组件中的两个上托架上及两个下托架上均分别设有一个弹簧架，两个上托架之间的两个弹簧架之间及两个下托架之间的两个弹簧架之间均设有两个拉力弹簧；两组结构相同的固定组件和两组结构相同的测量组件均分别对称地设置在主轴组件的两侧。

进一步讲，本发明新型紧凑拉伸试样蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置，其中，所述上夹头组件、所述下夹头组件、所述载荷线位移测量组件之间为同轴布置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的紧凑拉伸试样蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置，与现有高温蠕变试验机配合，在无需对现有设备改造的前提下可实现对紧凑拉伸试样蠕变-疲劳裂纹扩展性能测试，扩大了传统试验机的适用范围。

附图说明

图1是本发明新型紧凑拉伸试样蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置的立体图；

图2是图1所示试验装置的夹头组件立体图；

图3是图1中所示试验装置的主轴组件的立体图；

图4-1是图1中所示试验装置的载荷线位移测量组件的固定组件的立体图；

图4-2是图1中所示试验装置的载荷线位移测量组件的测量组件的立体图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述。

如图1所示，本发明一种紧凑拉伸试样蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置,包括主轴组件50，所述主轴组件50的一端设有上夹头组件10和下夹头组件20，所述主轴组件50的另一端设有载荷线位移测量组件30。

所述上夹头组件和下夹头组件的结构相同均分别包括夹头11和销子12，所述夹头11为凹字开口叉，在凹字开口叉的连接板上设有螺纹孔，在凹字开口叉的两侧设有同轴的销孔，所述销子12穿在凹字开口叉两侧的销孔中，所述销子12的两端分别外露于凹字开口叉的两侧，所述销子12的两端分别设有卡槽13；所述上夹头组件与高温蠕变-疲劳试验机的高温拉杆之间为螺纹联接。

所述主轴组件50包括上连杆51和下拉杆52，所述上连杆51和所述下拉杆52同轴；所述下拉杆52的下端设有轴向导轨53；所述下夹头组件与所述上连杆51之间为螺纹联接；

所述载荷线位移测量组件30包括两组结构相同的固定组件A30和两组结构相同的测量组件B30。

所述固定组件A30包括上卡环A31、下卡环A35、两个楔块A32、上引伸杆A33和下引伸杆A34，所述上卡环A31和下卡环A35的结构相同：即由两个侧板构成的直角弯板，所述两个侧板上分别设有通孔；所述上卡环A31通过一个侧板上的通孔与上引伸杆A33铆接，所述上卡环A31通过另一个侧板上的通孔与上夹头组件中的销子12配合并通过一个楔块A32固定，从而将上引伸杆A33的一端与所述上夹头组件固定；所述下卡环A35通过一个侧板上的通孔与下引伸杆A34铆接，所述下卡环A35通过另一个侧板上的通孔与下夹头组件中的销子12配合并通过一个楔块A32固定，从而将下引伸杆A34的一端与所述下夹头组件固定。

所述测量组件包括与所述上引伸杆A33的另一端固定的上托架B31和与所述下引伸杆A34的另一端固定的下托架B32，所述上托架B31与所述轴向导轨53之间及所述下托架B32与所述轴向导轨53之间均分别设有两个深沟球轴承B34；所述上托架B31上设有第一轴向通孔B38，所述第一轴向通孔B38中设有调节杆B33，所述调节杆B33通过一顶紧螺钉B39固定；所述下托架B32上设有与上托架B31上的第一轴向通孔B38同轴的第二轴向通孔B40，所述第二轴向通孔B40用于放置引伸计，所述引伸计通过一顶紧螺钉B41固定；两组测量组件中的两个上托架B31上及两个下托架B32上均分别设有一个弹簧架B35，两个上托架B31之间的两个弹簧架B35之间及两个下托架B32之间的两个弹簧架B35之间均设有两个拉力弹簧B36。

两组结构相同的固定组件和两组结构相同的测量组件均分别对称地设置在主轴组件的两侧。所述上夹头组件、所述下夹头组件、所述载荷线位移测量组件之间为同轴布置。

安装试样时，首先，将上夹头组件10的夹头11与试验机顶端通过拉杆相联结并固定不动，将下夹头组件20中的夹头21依次与上连杆51、下拉杆52、轴向导轨53连接在试验机器下端，然后将紧凑拉伸试样通过销子12与销子22固定在所述上夹头组件和下夹头组件的两个夹头11和21之间。其次，通过楔块A32镶嵌在卡环A31上，将上引伸杆A33固定在销子12上，同理下引伸杆A34以同样的方式固定在销子22上；再次，将两个相同的沉沟球轴承B34分别放置于上托架B31和下托架B32，并与轴向导轨53接触，再将两个相同的弹簧架B35内嵌在两个上托架B31和两个下托架B32上。最后，用两对结构相同的拉力弹簧B36分别将上托架B31之间的两个弹簧架B35与两个下托架B32之间的两个弹簧架B35固定起来，然后在下托架B32的第二通孔中安装试验所用的引伸计，并用螺钉B41固定，可通过调整杆B33的高度改变引伸计测量范围。在载荷作用下，紧凑拉伸试样随着载荷变化而变形，深沟球轴承B34在相应轴向导轨53上滑动。

本装置装夹试样后进行高温蠕变-疲劳裂纹扩展试验时，紧凑拉伸试样在试验循环载荷作用下，可记录试验过程中载荷线位移随时间变化曲线，进而研究紧凑拉伸试样的裂纹萌生和扩展行为，从而预测试样的寿命。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种紧凑拉伸试样蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置,包括主轴组件(50)，其特征在于：

所述主轴组件(50)的一端设有上夹头组件(10)和下夹头组件(20)，所述主轴组件(50)的另一端设有两组载荷线位移测量组件；

所述上夹头组件和下夹头组件的结构相同均分别包括夹头(11)和销子(12)，所述夹头(11)为凹字开口叉，在凹字开口叉的连接板上设有螺纹孔，在凹字开口叉的两侧设有同轴的销孔，所述销子(12)穿在凹字开口叉两侧的销孔中，所述销子(12)的两端分别外露于凹字开口叉的两侧，所述销子(12)的两端分别设有卡槽(13)；所述上夹头组件与高温蠕变-疲劳试验机的高温拉杆之间为螺纹联接；

所述主轴组件(50)包括上连杆(51)和下拉杆(52)，所述上连杆(51)和所述下拉杆(52)同轴；所述下拉杆(52)的下端设有轴向导轨(53)；所述下夹头组件与所述上连杆(51)之间为螺纹联接；

所述载荷线位移测量组件包括两组结构相同的固定组件和两组结构相同的测量组件；所述固定组件包括上卡环(A31)、下卡环(A35)、两个楔块(A32)、上引伸杆(A33)和下引伸杆(A34)，所述上卡环(A31)和下卡环(A35)的结构相同：即由两个侧板构成的直角弯板，所述两个侧板上分别设有通孔；所述上卡环(A31)通过一个侧板上的通孔与上引伸杆(A33)铆接，所述上卡环(A31)通过另一个侧板上的通孔与上夹头组件中的销子(12)配合并通过一个楔块(A32)固定，从而将上引伸杆(A33)的一端与所述上夹头组件固定；所述下卡环(A35)通过一个侧板上的通孔与下引伸杆(A34)铆接，所述下卡环(A35)通过另一个侧板上的通孔与下夹头组件中的销子(12)配合并通过一个楔块(A32)固定，从而将下引伸杆(A34)的一端与所述下夹头组件固定；

所述测量组件包括与所述上引伸杆(A33)的另一端固定的上托架(B31)和与所述下引伸杆(A34)的另一端固定的下托架(B32)，所述上托架(B31)与所述轴向导轨(53)之间及所述下托架(B32)与所述轴向导轨(53)之间均分别设有两个深沟球轴承(B34)；所述上托架(B31)上设有第一轴向通孔(B38)，所述第一轴向通孔(B38)中设有调节杆(B33)，所述调节杆(B33)通过一顶紧螺钉(B39)固定；所述下托架(B32)上设有与上托架(B31)上的第一轴向通孔(B38)同轴的第二轴向通孔(B40)，所述第二轴向通孔(B40)用于放置引伸计，所述引伸计通过一顶紧螺钉(B41)固定；

两组测量组件中的两个上托架(B31)上及两个下托架(B32)上均分别设有一个弹簧架(B35)，两个上托架(B31)之间的两个弹簧架(B35)之间及两个下托架(B32)之间的两个弹簧架(B35)之间均设有两个拉力弹簧(B36)；

两组结构相同的固定组件和两组结构相同的测量组件均分别对称地设置在主轴组件的两侧。

2.根据权利要求1所述一种紧凑拉伸试样蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置，其特征在于：所述上引伸杆(A33)与所述上托架(B31)之间的固定采用螺钉固定，所述下引伸杆(A34)与所述下托架(B32)之间的固定采用螺钉固定。

3.根据权利要求1所述一种紧凑拉伸试样蠕变-疲劳裂纹扩展试验装置，其特征在于：所述上夹头组件、所述下夹头组件、所述载荷线位移测量组件之间为同轴布置。