CN106525564A - 热冲击‑力耦合加载与测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热冲击‑力耦合加载与测试系统，将常规的电子万能试验机加高、加宽后，内部装入快速升温炉，在快速升温炉周围布置多组大功率石英灯对本系统内的样品进行加热，本发明能够实现对高温智能材料在超高温热冲击环境下的力学特性测试，并且加热速度快，效率高，均匀度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料的加载与测试系统，具体的说是热冲击-力耦合加载与测试系统。
背景技术
随着现代科技的发展，高温智能复合材料（如超高温陶瓷，铁电陶瓷灯）已经广泛应用于电子、航空、航天、信息和核工业等领域，诸如制动器、微定位器、存储器、水听器、加速度传感器等机敏器件中，并在应用开发研究等方面取得了长足进展。这类材料的主要特点是：在高温环境下长期服役，在高温热冲击环境下表现良好智能性（如热冲击下材料的放电性能等）, 高温下可具有良好的导电、导热、抗腐蚀性等物理性质及保持高的抗氧化性和断裂强度等。
而在对这些高温智能复合材料的实验研究中，试验仪器至关重要。室温下高温智能复合材料的力学性能如弯曲强度、杨氏模量，物理参数如电导率、热导率、比热容等用现有的技术可以测得，但高温热冲击下测量材料的参数就十分困难了。首先要在力学加载系统中得到一个稳定的高温热冲击环境，然后要有能在高温下精确测量其温度、变形等多场性能的传感装置等。本测试系统正是针对以上极为棘手的问题而开展研制的。该测试系统的主要特点是可以同时提供变速率热冲击、力学加载系统（拉、压、弯）等多场耦合复杂环境下的高温智能复合材料力学性能的测量。基于此测试系统的测试结果，有望揭示多场下若干高温智能复合材料的基本变形模式，热-力耦合本构关系等，同时，为基于此类高温智能复合材料的结构研发、设计提供基础性实验数据。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种热冲击-力耦合加载与测试系统，以获得极端变速率高温热冲击环境下材料的力学性能。
本发明的目的是这样实现的：热冲击-力耦合加载与测试系统，包括高温热冲击加载与控制单元、机械力学加载与控制单元和PC端，PC端分别与高温热冲击加载与控制单元和机械力学加载与控制单元连接，
机械力学加载与控制单元包括电子万能试验机和力学测量模块，力学测量模块分别与电子万能试验机和PC端连接，
高温热冲击加载与控制单元包括快速升温炉、温度传感器和温控模块，快速升温炉安装在电子万能试验机内，快速升温炉内布置有多组大功率石英灯用于对本系统进行加热，温度传感器安装在快速升温炉内，温控模块分别连接温度传感器和PC端。
进一步，电子万能试验机采用无极变速的位移加载方式，电子万能试验机采用门式预应力结构。
进一步，力学测量模块包括高精度载荷传感器和位移传感器，高精度载荷传感器用于测量载荷，位移传感器用于测量夹头间的位移。
进一步，快速升温炉包括炉壳，炉壳上部和下部分别设置有上炉盖和下炉盖，炉壳内部周围布置有陶瓷纤维板，上炉盖和下炉盖上分别通过十字槽盘头螺钉固定有卤素加热管，炉壳左侧安装有高温炉内外折页，高温炉内外折页内部安装有左、右两个电极保护罩，电极固定在电极瓷座上并安装在左、右保护罩内，炉壳右侧安装有把手，把手通过两个把手架固定在炉壳上，手上下两侧分别安装有搭扣，搭扣用于锁紧炉体，试验样品通过上高温拉杆与上连杆连接，所述上连杆另一端固定在炉体上部，试验样品通过下高温拉杆与下连杆连接，所述下连杆另一端固定在炉体下部。
进一步，温控模块包括K型热电偶、人机界面HMI和中央运算器， K型热电偶与试样连接，用于测量试样的温度和控制炉体的温度，中央运算器分别与K型热电偶和人机界面HMI连接。
优选的，温度传感器为比色测温仪。
本发明的优点在于：本发明采用大功率石英灯加热法加热样品，速度快、效率高并且均匀度高，实现了高温智能材料在超高温热冲击（200℃/s, 最高1200℃）环境下的力学特性测试；
实现了多场环境下的拉、压、弯等多功能力学加载以及加载过程的控制(0-200KN)；
实现了多场环境下的传感和非接触测量、多变量的信号补偿技术、数据的实时采集和处理；
对于高温炉环境中的试样和相关辅助器件采用热导率高的导热材料以传导和辐照相结合形式实现高温热冲击的动态加载，可大批量重复实验。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的快速升温炉体的正视图;
图3位本发明的试样固定示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图1为本发明的热冲击-力耦合加载与测试系统的结构示意图，包括高温热冲击加载与控制单元、机械力学加载与控制单元和PC端，PC端分别与高温热冲击加载与控制单元和机械力学加载与控制单元连接，机械力学加载与控制单元包括电子万能试验机104和力学测量模块，力学测量模块分别与电子万能试验机104和PC端连接，高温热冲击加载与控制单元包括快速升温炉103、比色测温仪101和温控模块，快速升温炉103安装在电子万能试验机104内，快速升温炉103内布置有多组大功率石英灯用于对本系统进行加热，比色测温仪101安装在快速升温炉103内，温控模块分别连接温度传感101器和PC端。
其中，电子万能试验机采用无极变速的位移加载方式，加载速度大幅范围内可控以提供不同的加载需求，采用门式预应力结构，配备以高温、抗热冲击夹具实现对测试样品拉伸、压缩、弯曲多种变形模式。
力学测量模块包括高精度载荷传感器和位移传感器，高精度载荷传感器用于测量载荷，位移传感器用于测量夹头间的位移，并采用非线性CCD与高温电阻引伸计相结合方法获得热冲击环境下试件表面的局部应变行为。
附图2为本系统的快速升温炉的正视图，快速升温炉包括炉壳201，炉壳上部和下部分别设置有上炉盖202和下炉盖203，炉壳内部周围布置有陶瓷纤维板204，上炉盖202和下炉盖上203分别通过十字槽盘头螺钉205固定有卤素加热管206，炉壳左侧安装有高温炉内外折页207，高温炉内外折页207内部安装有左、右两个电极保护罩209，电极210固定在电极瓷座211上并安装在左、右保护罩209内，炉壳右侧安装有把手212，把手212通过两个把手架213固定在炉壳上，把手212上下两侧还分别安装有搭扣214，搭扣214用于锁紧炉体，试验样品215通过上高温拉杆216与上连杆217连接，所述上连杆217另一端固定在炉体上部，试验样品215通过下高温拉杆218与下连杆219连接，所述下连杆219另一端固定在炉体下部。
温控模块包括K型热电偶220、人机界面HMI和中央运算器， K型热电偶220与试样连接，用于测量试样的温度和控制炉体的温度，中央运算器分别与K型热电偶220和人机界面HMI连接。
本发明适合研究极端热冲击-力学加载多环境场下各物理和力学参量的表征系统以及相关的高精度、抗干扰测量技术。由于采用比色计进行高温热冲击下瞬态温度检测，采样频率和测量精度分别可达120Hz 和 0.5K；采用高精度载荷传感器和位移传感器分别测量载荷和夹头间的位移；采用非线性CCD与高温电阻引伸计相结合方法获得热冲击环境下试件表面的局部应变行为；温度范围可实现室温～1200℃、快速热冲击（200℃/s）的多温区范围的温度的可调与可控，配置有专用计算机接口进行温度及控制数据传递。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。
Claims (6)
1.热冲击-力耦合加载与测试系统，其特征在于，包括高温热冲击加载与控制单元、机械力学加载与控制单元和PC端，所述PC端分别与所述高温热冲击加载与控制单元和所述机械力学加载与控制单元连接，
所述机械力学加载与控制单元包括电子万能试验机和力学测量模块，所述力学测量模块分别与所述电子万能试验机和所述PC端连接，
所述高温热冲击加载与控制单元包括快速升温炉、温度传感器和温控模块，所述快速升温炉安装在电子万能试验机内，所述快速升温炉内布置有多组大功率石英灯用于对本系统进行加热，所述温度传感器安装在所述快速升温炉内，所述温控模块分别连接所述温度传感器和所述PC端。
2.根据权利要求1所述的热冲击-力耦合加载与测试系统，其特征在于，所述电子万能试验机采用无极变速的位移加载方式，所述电子万能试验机采用门式预应力结构。
3.根据权利要求1所述的热冲击-力耦合加载与测试系统，其特征在于，所述力学测量模块包括高精度载荷传感器和位移传感器，所述高精度载荷传感器用于测量载荷，所述位移传感器用于测量夹头间的位移。
4.根据权利要求1所述的热冲击-力耦合加载与测试系统，其特征在于，所述快速升温炉包括炉壳，所述炉壳上部和下部分别设置有上炉盖和下炉盖，所述炉壳内部周围布置有陶瓷纤维板，所述上炉盖和下炉盖上分别通过十字槽盘头螺钉固定有卤素加热管，所述炉壳左侧安装有高温炉内外折页，所述高温炉内外折页内部安装有左、右两个电极保护罩，电极固定在电极瓷座上并安装在所述左、右保护罩内，所述炉壳右侧安装有把手，把手通过两个把手架固定在所述炉壳上，所述把手上下两侧分别安装有搭扣，所述搭扣用于锁紧炉体，试验样品通过上高温拉杆与上连杆连接，所述上连杆另一端固定在炉体上部，试验样品通过下高温拉杆与下连杆连接，所述下连杆另一端固定在炉体下部。
5.根据权利要求1所述的热冲击-力耦合加载与测试系统，其特征在于，所述温控模块包括K型热电偶、人机界面HMI和中央运算器，所述K型热电偶与试样连接，用于测量试样的温度和控制炉体的温度，所述中央运算器分别与所述K型热电偶和人机界面HMI连接。
6.根据权利要求1或5所述的热冲击-力耦合加载与测试系统，其特征在于，所述温度传感器为比色测温仪。
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