CN106908338B - 一种高温高压多撞击材料的撞击测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高压多撞击材料的撞击测试平台，包括密闭主腔体及与主腔体连通的撞击杆腔体，撞击杆包括套体及若干依次编号的碰撞托体，碰撞托体用于安装各种材料的碰撞头，各碰撞托体外壁设有螺纹，且所有碰撞托体依次对接后外壁形成一条完整的螺纹。该测试平台还包括第一加热器、增压泵、及设于主腔体底部的液氮腔等，第一加热器用于主腔体内部加热，增压泵连接氮气机，并通过主腔体上的增压阀门对主腔体增压，液氮腔与主腔体通过隔热阀门隔开，在液氮腔外设有第二加热器用于加热液氮腔，在主腔体内设有温度压力传感器。本发明的装置可以实现在高压、高温等一系列密闭环境下提供连续的不同撞击因子实验。

Description

一种高温高压多撞击材料的撞击测试平台

技术领域

本发明属于仪器设计与材料测试领域，涉及一种撞击测试平台，尤其涉及一种高温高压多撞击材料的撞击测试平台。

背景技术

撞击测试实验是研究材料对于动荷抗力的一种实验，和静载荷作用不同，由于加载速度快，使材料内的应力骤然提高，变形速度影响了材料的机构性质，所以材料对动载荷作用表现出另一种反应。往往在静荷下具有很好塑性性能的材料，在冲击载荷下会呈现出脆性的性质。此外在材料的冲击实验中，还可以揭示了静载荷时，不易发现的某结构特点和工作条件对机械性能的影响(如应力集中，材料内部缺陷，化学成分和加荷时温度，受力状态以及热处理情况等)，因此它在工艺分析比较和科学研究中都具有重要的意义。

对于一些特殊的材料，工作时经常会遇到高温或高压状况，为了能更真实、有效地测试出它们的性能，相应的试验平台首先也必须营造出高温高压环境，然后对它们进行撞击测试。

每一次想要形成特定的温度与压强，都需要经历较长的时间与步骤。关于制造高温环境，市面上已经有了很好的加热器具与技术；关于制造高压环境，大家普遍采用专业的增压设备，但增压等级与增压速度往往受到了增压设备的制约。想要较快得到更好的高压环境，就必须购置更好更贵的增压设备。所以，实验者往往非常珍惜每一次高温高压环境。可是受到更换撞击材料技术的制约，如果想要更换腔体内的撞击材料，势必会破坏密闭的高温高压环境。

市面上有一种高温高压测试机，将被测材料安装于密闭腔体的壁面、将撞击杆安装于密闭腔体外，以达到自由更换撞击材料的目的。可是现实中材料承受高温高压的一面往往与受到撞击的一面是同一面，测试的真实性、全面性值得怀疑。后来发展出来高温高压撞击测试平台，引进了磁性技术，通过在腔体内安装交换转盘、放置多个实验用撞击头，以达到目的。可是，磁性材料受到高温的制约，需要降温后才能更换撞击材料。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种高温高压多撞击材料的撞击测试平台，以实现在高压、高温等一系列密闭环境下提供连续的不同撞击因子实验。

本发明的高温高压多撞击材料的撞击测试平台，包括密闭主腔体，在主腔体内壁上设有用于固定被测材料的固定架，主腔体上与固定架相对一侧设有与主腔体连通的撞击杆腔体。所述的撞击杆，分部拼接而成，包括套体及若干依次编号的碰撞托体，所述的碰撞托体两端各开盲孔，前端盲孔用于安装各种材料的碰撞头，后端盲孔用于与后一碰撞托体的碰撞头对接，碰撞托体前端设有凸起，后端设有与该凸起相吻合的凹坑，各碰撞托体外壁设有螺纹，且所有碰撞托体依次对接后外壁形成一条完整的螺纹，该螺纹与套体的内螺纹相配合，套体末端与撞击杆腔体内壁螺纹连接；

该测试平台还包括第一加热器、增压泵、及设于主腔体底部的液氮腔，第一加热器用于主腔体内部加热，增压泵连接氮气机，并通过主腔体上的增压阀门对主腔体增压，液氮腔与主腔体通过隔热阀门隔开，在液氮腔外设有第二加热器用于加热液氮腔，在主腔体内设有温度压力传感器；

主腔体上还设有特制法兰，所述的特制法兰为在法兰上钻若干孔后，各插入一根金属棒，孔处焊接密封，金属棒留在主腔体内的一端连接应力测试片，另一端连接应力分析仪器；

所述的撞击杆腔体3外套有磁铁环，在撞击杆的套体外固定有与磁铁环相吸的磁铁，主腔体外设有弹射器用于驱动磁铁环。

在套体与撞击杆腔体之间还设有弹性环，所述的弹性环由若干单体构成，每个单体包括一个弹簧、弹簧端部连接托弧，托弧内嵌有滚珠。

在主腔体内还设有托盘，用于承接掉落的碰撞托体。

在主腔体上还设有取放阀门、在撞击杆腔体尾部还设有装填阀门。

本发明的高温高压多撞击材料的撞击测试平台，克服了现有技术的下述不足：

1每次形成高温高压环境后，往往只能使用一种碰撞材料进行实验；

2想实现多种碰撞材料连续测试，有测试平台能实现，但测试材料承受高温高压的面与撞击面不同。即撞击设备处于常温常压环境；

3形成高温高压的成本较高、耗时较长；

4常用的磁性技术，无法在高温环境下精确工作；

5更换撞击材料过程复杂

相较之下，本发明具有如下优点：

1特制的更换撞击材料技术，理论上能够连续、无限更换撞击材料；

2巧妙利用螺纹配合，在不破坏密闭环境的情况下，更换实验撞击材料；

3将磁性材料与高温于密封腔内外，避免了高温对磁性技术的影响；

4腔体结构紧凑简单，性价比较高；

5后装填式的更换撞击材料的方法更加便捷

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是碰撞托体及撞击杆的结构示意图；

图3是特制法兰的结构示意图；

图4是撞击杆腔体处的结构示意图；

图5是弹性环的结构示意图。

图中：1、密闭主腔体，2、固定架，3、撞击杆腔体，4、第一加热器，5、增压泵，6、液氮腔，7、氮气机，8、增压阀门，9、隔热阀门，10、第二加热器，11、温度压力传感器，12、磁铁环，13、弹射器，14、撞击杆，15、特制法兰，16、分析仪器，17、套体，18、碰撞托体，19、碰撞头，20、凸起，21、凹坑，22、应力测试片，23、装填阀门，24、特制弹性环，25、单体，26、托盘，27、取放阀门，28、磁铁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

参照图1-5，本发明的高温高压多撞击材料的撞击测试平台，包括一个能够承受高温高压的密闭主腔体1，在主腔体上还设有取放阀门27，该阀门用于实验前使用者对腔体内取放部件进行准备工作，在主腔体内壁上设有用于固定被测材料的固定架2，主腔体上与固定架相对一侧设有与主腔体连通的撞击杆腔体3，撞击杆14包括套体17及若干依次编号的碰撞托体18，所述的碰撞托体两端各开盲孔，前端盲孔用于安装各种材料的碰撞头19，后端盲孔用于与后一碰撞托体的碰撞头对接，各种材料的碰撞头被固定安装在各个碰撞托体上，单个碰撞托体的结构如图2所示，a mm＜b mm，以保证碰撞头顶端不与上一个碰撞托体的底部接触。碰撞托体前端设有凸起20，后端设有与该凸起相吻合的凹坑21，各碰撞托体外壁设有螺纹，且所有碰撞托体按序号依次对接后外壁形成一条完整的螺纹。多个托体连接起来犹如一根整体的螺栓，保证了多个托体能共同前进(无需倒退)。该螺纹与套体的内螺纹相配合，保证了密封性。实验前，通过装填阀门23将装配好的撞击杆装入撞击杆腔体3，并使套体末端与撞击杆腔体螺纹连接；撞击实验前可通过装填阀门23对碰撞托体及碰撞头进行装填，实现了后装填。关闭装填阀门，开展撞击实验。

该测试平台还包括第一加热器4、增压泵5及设于主腔体底部的液氮腔6，第一加热器用于主腔体内部加热。增压泵连接氮气机7，并通过主腔体上的增压阀门对主腔体增压。增压泵属于气动增压泵的一种，空气、氮气、水蒸汽、天然气等均可做作为泵的驱动气源。增压泵设计为两种模式：一是压缩空气提高密封腔体内的气压；一是通过连接的氮气制造机压缩氮气进腔体。

液氮腔与主腔体通过隔热阀门隔开，在液氮腔外设有第二加热器10用于加热液氮腔，在主腔体内设有温度压力传感器11。主腔体内通过配合压力、温度传感器，形成高压：

1普通高压：先加热再加压。关闭取放阀门、打开增压阀门，第一加热器加热腔体、打开增压泵通入空气。

2高等高压：先加压后加热。打开取放阀门、增压阀门，打开增压泵和氮气机，排出腔体内的空气、充满氮气并达到普通高压。关闭取放阀门、增压阀门，打开隔热阀门，利用第二加热器缓慢加热液氮腔，使得液氮汽化、大大提升了腔内气压。临近要求气压时，关闭隔热阀门、第二加热器，利用主腔体第一加热器加热，一方面达到要求温度、一方面使得腔内压强进一步提升达到要求压强。

主腔体上还设有特制法兰15，所述的特制法兰为在法兰上钻若干孔后，各插入一根金属棒，孔处焊接密封，金属棒留在主腔体内的一端连接应力测试片22(测试片被贴在实验材料表面)，另一端连接应力分析仪器16；从而实时监测所测材料的应力变化、分析其数据。

所述的撞击杆腔体外套有可插入磁铁块的磁铁环12，在撞击杆的套体外固定有可与磁铁环相吸的磁铁28，主腔体外设有弹射器13用于驱动磁铁环。使用前，先关闭装填阀门23，确保了封闭空间。使用时，需旋转外部磁铁环，通过磁铁环与撞击杆上磁铁的相互作用将撞击杆从撞击杆腔体末端旋出。此时，撞击杆可以自由向前水平移动，通过弹射器弹射磁铁环带动撞击杆撞击。

在套体与撞击杆腔体之间还设有弹性环24，所述的弹性环由若干单体25构成，每个单体包括一个弹簧、弹簧端部连接托弧，托弧内嵌有滚珠。弹性环及单体如图5所示，该环被焊接在撞击杆外侧与撞击杆腔体接触，在固定撞击杆的同时保证了运动光滑度。

在主腔体内还设有托盘26，用于接住掉落的碰撞托体。

Claims (5)

1.一种高温高压多撞击材料的撞击测试平台，其特征在于，包括密闭主腔体（1），在主腔体内壁上设有用于固定被测材料的固定架（2），主腔体上与固定架相对一侧设有与主腔体连通的撞击杆腔体（3），撞击杆腔体（3）内同轴设置撞击杆（14），所述的撞击杆（14）包括套体（17）及若干依次编号的碰撞托体（18），所述的碰撞托体两端各开盲孔，前端盲孔用于安装各种材料的碰撞头（19），后端盲孔用于与后一碰撞托体的碰撞头对接，碰撞托体前端设有凸起（20），后端设有与该凸起相吻合的凹坑（21），各碰撞托体外壁设有螺纹，且所有碰撞托体依次对接后外壁形成一条完整的螺纹，该螺纹与套体的内螺纹相配合，套体末端与撞击杆腔体内壁螺纹连接；

该测试平台还包括第一加热器（4）、增压泵（5）、及设于主腔体底部的液氮腔，第一加热器用于主腔体内部加热，增压泵（5）连接氮气机（7），并通过主腔体上的增压阀门（8）对主腔体增压，液氮腔（6）与主腔体通过隔热阀门（9）隔开，在液氮腔外设有第二加热器（10）用于加热液氮腔，在主腔体内设有温度压力传感器（11）；

所述的撞击杆腔体（3）外套有磁铁环（12），在撞击杆的套体外固定有与磁铁环相吸的磁铁（28），主腔体外设有弹射器（13）用于驱动磁铁环；

实验材料表面贴有应力测试片（22），与主腔体外应力分析仪器（16）相连。

2.根据权利要求1所述的高温高压多撞击材料的撞击测试平台，其特征在于，在套体（17）与撞击杆腔体（3）之间还设有特制弹性环（24），所述的弹性环由若干单体构成，每个单体（25）包括一个弹簧、及弹簧端部连接的托弧，托弧内嵌有滚珠。

3.根据权利要求1所述的高温高压多撞击材料的撞击测试平台，其特征在于，在主腔体内还设有托盘（26），用于承接掉落的碰撞托体。

4.根据权利要求1所述的高温高压多撞击材料的撞击测试平台，其特征在于，在主腔体上还设有取放阀门（27）。

5.根据权利要求1所述的高温高压多撞击材料的撞击测试平台，其特征在于，主腔体上还设有特制法兰（15），所述的特制法兰为在法兰上钻若干孔后，各插入一根金属棒，孔处焊接密封，金属棒留在主腔体内的一端连接应力测试片（22），另一端连接应力分析仪器（16）。