CN108051318A - 一种材料的弯曲破坏温度的检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种材料的弯曲破坏温度的检测方法及装置，方法为：(1)将不同待检测材料上安装加热环，加热环和待检测材料之间设置隔热层；然后放入弯曲性能测试机内；(2)向加热环通电进行加热，使待检测材料的不同局部被加热到不同温度；(3)通过弯曲性能测试机对待检测材料进行三点弯曲试验，根据首先发生破坏位置，确定弯曲破坏温度。装置包括三点受力装置、温度控制箱和加热装置，其中加热装置由多个加热环、热电偶和隔热层组成，各加热环设有电阻丝与温度控制箱连接。本发明的装置及方法利用工件快速的检测材料弯曲破坏时的温度，提高检测效率。
Description
技术领域
本发明属于材料检测技术领域，特别涉及一种材料的弯曲破坏温度的检测方法及装置。
背景技术
在航空航天领域内存在大量复合材料类或叠层材料类工件，由于受到其内部性能的限制，普遍存在受温度影响较大的缺点；然而在工件加工过程中，必然受到热力的影响，并且在加工过程中产生的切削热可能使其性能失效。
随着加工温度的不断提高，工件在加工位置处的性能逐渐降低，此时在切削力作用下容易导致加工位置处发生分层等损伤，从而严重降低工件的加工质量；因此需要严格控制加工温度，使其低于材料的破坏温度。
为了检测材料破坏的温度，通常需要用弯曲试验的方法，具体如下：
(1)将工件加热到一定温度后，再将其固定在弯曲性能检测试验装置上进行试验，重复多次得到材料的破坏温度；
(2)将工件固定在弯曲性能检测试验装置上，再将工件加热到一定温度并保温，然后进行弯曲试验，重复多次得到材料的破坏温度。
但两种方法均只是对一个工件加热到某温度时，测量材料弯曲破坏的温度，试验过程中需要前期准备多个工件分别进行试验。这样不仅造成了人力、物力、财力的大量浪费，还加大了工作量，降低了效率，特别是某些情况下，工件数量有限或者价格十分昂贵，导致试验难以进行或者成本过高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种材料的弯曲破坏温度的检测方法及装置，其特点在于可以采用不同工件快速检测材料弯曲破坏时的大致温度，既节约了资源，降低了成本，又提高了效率。
本发明的方法按以下步骤进行：
(1)将多个待检测材料制成标准尺寸样品，在每个待检测材料的轴向安装加热环，在加热环和待检测材料之间设置隔热层；然后将多个待检测材料放入弯曲性能测试机内；
(2)向加热环通电进行加热，使各待检测材料的各局部被加热后升温，调节加热环温度，使多个待检测材料的不同局部被加热到不同温度；
(3)当多个待检测材料分别达到不同的设定温度后，通过弯曲性能测试机同时对待检测材料进行弯曲试验，根据首先发生破坏的待检测材料，对应该待检测材料在加热时的设定温度，即为该待检测材料的弯曲破坏温度。
上述方法中，所述的待检测材料为复合材料、钛合金、高温合金或不锈钢。
上述方法中，所述的标准尺寸以配合弯曲性能测试机为准。
上述的隔热层为纤维增强塑料板，粘贴在待检测材料上。
上述的加热环选用材质为铜，加热环的内部通道尺寸与粘贴有隔热层的待检测材料外部尺寸相配合。
上述的加热环上设置加热环电阻丝，加热环电阻丝通过导线与温度控制箱的电阻丝连接，通过温度控制箱对加热环进行通电加热，进而控制单个待检测材料的温度。
本发明的材料的弯曲破坏温度的检测装置包括温度控制箱6和加热装置，其中加热装置由多个加热环1，多个热电偶和多个隔热层8组成，每个加热环1套在一个隔热层8上，每个隔热层8均包裹在一个待检测材料2外，每个待检测材料2上装配一个热电偶用于测量待检测材料2的温度；各加热环1设有加热环电阻丝3，加热环电阻丝3通过导线4与温度控制箱的电阻丝5相连接，温度控制箱的电阻丝5装配在温度控制箱6上；多个装配有加热环1、隔热层9、热电偶的待检测材料2同时安装在弯曲性能测试机的三点受力装置7内。
上述装置中，热电偶通过导线与温度控制箱6装配在一起，控制加热环1待检测材料2的温度。
现有技术中，对于一种材料的弯曲破坏温度的检测方法试验，需要前期准备多个工件，并且需要分别进行加热，重复进行多次试验；本发明的装置及方法可以将不同工件加热到不同温度，即利用快速的检测材料弯曲破坏时的温度，这样不仅大大缩短了时间，而且节省了材料，提高了效率；同时本发明可以对工件安装加热环，且加热环的大小及温度是可以改变的，这样可以更方便的控制不同工件的温度，简化测温步骤。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种材料的弯曲破坏温度的检测装置局部结构示意图；
图2为本发明实施例中的加热装置局部结构示意图图；
图3为图2的仰视图；
图4为图2的截面剖视图；
图中，1-加热环，2-待检测材料，3-加热环的电阻丝，4-导线，5-温度控制箱的电阻丝，6-温度控制箱，7-三点受力装置，8-隔热层；
图5为本发明实施例1中的温度-最大值载荷曲线图。
具体实施方式
本发明实施例中采用三点弯曲法进行试验。
本发明实施例中的待检测材料为碳纤维复合材料，由碳纤维和环氧树脂材料逐层铺设而成。
本发明实施例中的碳纤维复合材料中，碳纤维板材的纤维铺层方式为：[+45°/-45°]2S，每根碳纤维的平均直径为5μm，碳纤维体积比为60±5％。
本发明实施例中标准尺寸为250×25×2.0mm。
本发明实施例中弯曲试验参照GB7559-1987纤维增强型层合板弯曲强度试验方法进行；且参照ASTM--D5961标准规格试验中的所有要求。
本发明实施例中弯曲试验结束后，记录所获得的试验数据，按照GB7559-1987的方法对所得数据进行计算，并根据载荷—位移图描绘出曲线的变化规律，从原始数据中通过公式计算获得到最大值载荷和最大值弯曲应力。
本发明实施例中弯曲试验时的加载进给量为25mm/min，弯曲性能测试机采用CSS88100电子万能试验机，量程为0～100KN，初始温度为20℃。
本发明实施例中各加热环的设定温度按相邻两个加热环的温度差为5～30℃(当温度为室温时省略)。
本发明的方法中，根据实际需要设计相邻加热环的温度差，当需要逐渐精确值时，先设置温度差较大值，然后用同样材料逐次降低温度差的方式，直至所需精度。
本发明实施例中材料的弯曲破坏温度的检测装置结构如图1所示，包括温度控制箱6和加热装置，其中加热装置局部结构如图2所示，仰视结构如图3所示，截面剖图如图4所示，由多个加热环1，多个热电偶和多个隔热层8组成，每个加热环1套在一个隔热层8上，每个隔热层8均包裹在一个待检测材料2外，每个待检测材料2上装配一个热电偶用于测量待检测材料2的温度；各加热环1设有加热环电阻丝3，加热环电阻丝3通过导线4与温度控制箱的电阻丝5相连接，温度控制箱的电阻丝5装配在温度控制箱6上；多个装配有加热环1、隔热层9、热电偶的待检测材料2同时安装在弯曲性能测试机的三点受力装置7内；热电偶通过导线与温度控制箱6装配在一起，控制加热环1待检测材料2的温度。
实施例1
将5个待检测材料制成标准尺寸样品，在每个待检测材料的轴向安装加热环，在加热环和待检测材料之间设置隔热层；然后将5个待检测材料放入弯曲性能测试机内；隔热层为纤维增强塑料板，粘贴在待检测材料上；加热环材质为铜，加热环的内部通道尺寸与粘贴有隔热层的待检测材料外部尺寸相配合；
加热环上设置加热环电阻丝，加热环电阻丝通过导线与温度控制箱的电阻丝连接，通过温度控制箱对加热环进行通电加热，进而控制单个待检测材料的温度；
向加热环通电进行加热，使各待检测材料的各局部被加热后升温，调节加热环温度，使各待检测材料温度分别设定为60℃、90℃、120℃、150℃和180℃；
当5个待检测材料分别达到不同的设定温度后，通过弯曲性能测试机同时对待检测材料进行弯曲试验，根据首先发生破坏的待检测材料，对应该待检测材料在加热时的设定温度，即为该待检测材料的弯曲破坏温度；
当待检测材料为碳纤维复合材料时，已知其玻璃化转化温度为156.55℃；测试结果发现被加热至150℃的待检测材料发生断裂；
采用传统方法单独测试：首先将试件按照20℃室温、60℃、90℃、120℃、150℃和180℃的六组温度类别进行统一编号，每组温度需要两个试验件进行试验，相同温度的试验件用A、B进行区分；测试结果与本发明的方法相同，温度-最大值载荷曲线如图5所示；与传统方式相比本发明的方法简便高效，测得数据在误差允许范围之内，试验结果真实有效。
以上说明不能被理解为限制了本发明专利的使用范围，本发明专利的保护范围由权利要求书限定，任何在本发明专利权利要求基础上的改动都是本发明专利的保护范围。
Claims (7)
1.一种材料的弯曲破坏温度的检测方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)将多个待检测材料制成标准尺寸样品，在每个待检测材料的轴向安装加热环，在加热环和待检测材料之间设置隔热层；然后将多个待检测材料放入弯曲性能测试机内；
(2)向加热环通电进行加热，使各待检测材料的各局部被加热后升温，调节加热环温度，使多个待检测材料的不同局部被加热到不同温度；
(3)当多个待检测材料分别达到不同的设定温度后，通过弯曲性能测试机同时对待检测材料进行弯曲试验，根据首先发生破坏的待检测材料，对应该待检测材料在加热时的设定温度，即为该待检测材料的弯曲破坏温度。
2.根据权利要求1所述的一种材料的弯曲破坏温度的检测方法，其特征在于所述的待检测材料为复合材料、钛合金、高温合金或不锈钢。
3.根据权利要求1所述的一种材料的弯曲破坏温度的检测方法，其特征在于所述的隔热层为纤维增强塑料板，粘贴在待检测材料上。
4.根据权利要求1所述的一种材料的弯曲破坏温度的检测方法，其特征在于所述的加热环选用材质为铜，加热环的内部通道尺寸与粘贴有隔热层的待检测材料外部尺寸相配合。
5.根据权利要求1所述的一种材料的弯曲破坏温度的检测方法，其特征在于所述的加热环上设置加热环电阻丝，加热环电阻丝通过导线与温度控制箱的电阻丝连接，通过温度控制箱对加热环进行通电加热，进而控制单个待检测材料的温度。
6.一种实施权利要求1所述的方法的材料的弯曲破坏温度的检测装置，其特征在于包括温度控制箱6和加热装置，其中加热装置由多个加热环1，多个热电偶和多个隔热层8组成，每个加热环1套在一个隔热层8上，每个隔热层8均包裹在一个待检测材料2外，每个待检测材料2上装配一个热电偶用于测量待检测材料2的温度；各加热环1设有加热环电阻丝3，加热环电阻丝3通过导线4与温度控制箱的电阻丝5相连接，温度控制箱的电阻丝5装配在温度控制箱6上；多个装配有加热环1、隔热层9、热电偶的待检测材料2同时安装在弯曲性能测试机的三点受力装置7内。
7.根据权利要求6所述的材料的弯曲破坏温度的检测装置，其特征在于所述的热电偶通过导线与温度控制箱6装配在一起，控制加热环1待检测材料2的温度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180518 |