CN109406304A - 高通量多联式压缩蠕变试验装置与压缩蠕变试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高通量多联式压缩蠕变试验装置，包括压力加载系统及计算机系统，通过计算机系统配置以控制通过压力加载系统对多个样品同时加载恒定压力进行不同的压力测试；压力加载系统由压力形成和压力传输系统、压力控制与测量系统组成。本发明的高通量多联式压缩蠕变试验装置能够长时间施加恒定的外力、测量精度高，并且能够同时进行多组试验。
Description
技术领域
本发明涉及材料试验设备技术领域，具体而言涉及一种高通量多联式压缩蠕变试验装置及压缩蠕变试验方法。
背景技术
材料长时间受到外加应力状态下会发生蠕变行为，材料长时间的蠕变行为会导致结构变形，严重会导致结构失稳，造成耐压结构体失效，发生重大事故。因此，研究材料的蠕变性能，建立起应力-时间-蠕变量的关系，对材料的综合应用有至关重要的意义。
目前，由于测试材料蠕变性能的试验时间长，需要试验装置长时间保持稳定的压力，但是现有技术中对于压缩蠕变装置研究较少，为了解决蠕变试验期间压力无法保持稳定，对实验试样的变形量测量不够精确以及单次试验时间周期过长的问题，特提出此发明申请。
发明内容
针对现有技术材料压缩蠕变装置所存在的压力无法保持稳定，机械式位移计对实验试样变形量测量不够精确以及单次试验时间周期过长的问题，本发明的目的旨在提供一种能够长时间施加恒定的外力、测量精度高，并且能够同时进行多组试验，节约成本提高试验效率的高通量多联式压缩蠕变试验装置。
为达成上述目的，本发明提出一种高通量多联式压缩蠕变试验装置，包括压力加载系统及计算机系统，通过计算机系统配置以控制通过压力加载系统对多个样品同时加载恒定压力进行不同的压力测试；
所述压力加载系统由压力形成和压力传输系统、压力控制与测量系统组成；
所述压力形成和传输系统包括储液缸、空气压缩机、液压腔、输液一号阀门、气体一号阀门、气体二号阀门、气体三号阀门、液压输出总管道、气压输出总管道、第二气压输出管道、平台基座、横梁、竖梁构成，其中：
-平台基座作为底座，用于提供压力加载系统的支撑；
-多个竖梁成对地竖直固定到平台基座上，竖梁的顶部设置所述的横梁；
-横梁下方等间隔地固定4个级联的液压蠕变试验机构，液压蠕变试验机构的液压腔之间相互独立，并且均与液压输出总管道以及气压输出总管道连通；
-空气压缩机通过气体二号阀门经第二气压输出管道与储液缸相连、并且通过气压输出总管道、气体一号阀门与液压腔相连；
-储液缸通过液压输出总管道、输液一号阀门与液压腔相连；
所述压力控制与测量系统由液压恒压装置、压力控制传输器、气压控制传输器(32)、液压压力传感器、液压压力变送器以及激光位移传感器组成，以此来同时控制多个液压蠕变试验机构同时对实验试施加压力，其中：
-所述液压恒压装置，被设置成高通量恒压加压装置，用于根据计算机系统的配置输出不同的恒定压力，并通过压力形成和传输系统同时加载到多个液压蠕变试验机构；
-所述压力控制传输器连接在液压输出总管道与多个液压蠕变试验机构的液压腔之间，用于控制液压传递；
-气压控制传输器连接在气压输出总管道与多个液压蠕变试验机构的液压腔之间，用于控制气压压力传递；
-液压压力传感器设置在液压恒压装置上，用于检测输出的压力；
-液压压力变送器设置在计算机系统与液压恒压装置之间；
-激光位移传感器设置在每个液压蠕变试验机构上，与实验试样平行放置，用以检测实验试样的垂直方向以及水平方向的变形量。
进一步的，所述液压蠕变试验机构具有液压缸，液压缸包括液压腔、液压腔活塞、液压杆以及压头，液压腔经由所述液压腔活塞分为上液压腔和下液压腔，液压杆的一端与液压腔活塞固定，另一端穿过下液压腔并与压头固定，压头用于向实验试样加载压力进行测试。所述平台基座上对应于不同的液压蠕变试验机构的位置分别设置有试样垫片，实验试样放置在试样垫片上。
进一步的，所述激光位移传感器设置在每个液压蠕变试验机构的液压杆上。
进一步的，所述平台基座、试样垫片以及液压杆三者被设置成保持一致的水平以使得压力垂直作用于实验试样。
进一步的，每个激光位移传感器均配置有一激光位移传感器数据收集器，多路激光位移传感器数据收集器汇集数据并传输至计算机系统。
根据本发明，还提出一种压缩蠕变试验方法，包括以下步骤：
在第一模式下，关闭气体一号阀门，打开输液一号阀门、气体二号阀门和气体三号阀门，开启空气压缩机，储液缸内的液体在增加的压力作用下通过压力控制传输器流向每个液压缸的上液压腔以及液压恒压装置，待液压恒压装置内充满液体时，依次关闭空气压缩机、输液一号阀门、气体二号阀门和气体三号阀门；
在第二模式下，关闭气体二号阀门、气体一号阀门，打开输液一号阀门和气体三号阀门，启动液压恒压装置，通过压力控制传输器向四个液压缸的上液压腔内输入液体，压杆随活塞在液压作用下下降，通过液压恒压装置控制和压力控制传输器调节四个液压缸的上液压腔的液体压力，待压杆的下端面的压头与待测样品接触时，通过压力传感器测得液压恒压装置的初始压力，即为此时液压缸内的压力；
在第三模式下，根据设定的测试压力，通过压力控制传输器逐渐向四个液压缸的上液压腔输入液体，精确控制对每个待测样品施加的液压压力，压杆随活塞在液压作用下继续下降，待测样品受到压杆下端面与垫片之间的相互挤压发生蠕变，通过压力控制传输器控制调节液压缸上液压腔的液体压力，待液压缸上液压腔的液体压力达到设定的测试压力后，停止测试；在加压过程中采集不同时刻、压力条件下材料的压缩蠕变状态，包括通过激光位移传感器测得的位移以及测试压力、测试时间；
在第四模式下，关闭液压恒压装置及压力控制传输器，打开气体一号阀门和输液一号阀门，关闭气体二号和气体三号阀门，启动空气压缩机并向液压缸的下液压腔内输入气体，压杆在液压缸下液压腔内的空气压力的作用下上升，液压缸上液压腔的液体流向储液缸，完成后关闭空气压缩机和气体一号阀门，待测样品降温至室温后取出。
本发明的高通量多联式压缩蠕变试验装置，以高通量四联式压缩蠕变试验平台装置为例，是通过高精度压力控制传输器和高精度气压控制传输器协同运作对四个实验试样使用液压加压的方式，对于作用在四个实验试样的压力能够进行精确控制。此外，通过此种液压加压的方式对实验试样进行加压，较之传统加压方式，施加的压力是恒定的，适用于长时间蠕变测试的实验，并且能够同时测试四个实验样品，大幅度地减少了试验所需的时间成本。实验试样的变形量变化测量较之传统的机械式位移计，优选了高精度激光位移传感器，对实验试样的变形量有更高精度的测量，大幅度提升了测量的精确性。
具体优点如下：1、试验设备实验原理简单易懂；2、实验操作简单；3、能同时对四个实验试样进行测试，大幅度节约了试验时间成本；4、施加在实验试样的压力稳定并且能够长时间施加压力，试验结果更加准确；5、使用高精度激光位移传感器测试实验试样的变形量精度高；6、在短时间断电的情况下，能够对实验试样施加一定的载荷压力。7、此发明可以设计成五联甚至更多联式的压缩蠕变试验平台装置。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1为本发明的高通量多联式压缩蠕变试验装置的示意图。
图2为蠕变变形数据采集系统的示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
结合图1、图2所示，本发明的高通量多联式压缩蠕变试验装置，以高通量四联式压缩蠕变试验平台装置为例，测量实验试样蠕变变形的工作原理如下：将四个蠕变实验试样1放置在四个试样垫片11上并垂直放置于平台基座21上，通过计算机系统60设定试验压力，使试验条件达到试验的指定要求，启动实验试样蠕变数据采集，即开始测试实验试样在不同的实验条件下压力条件的蠕变变形程度，而且每个实验试样上每次施加的压力相同，以进行对比观察和分析。
结合图1、图2示例的高通量多联式压缩蠕变试验装置，具有压力加载系统及计算机系统，通过计算机系统配置以控制通过压力加载系统对多个样品同时加载恒定压力进行不同的压力测试。
所述压力加载系统由压力形成和压力传输系统、压力控制与测量系统组成。
所述压力形成和传输系统包括储液缸42、空气压缩机41、液压腔15、输液一号阀门33、气体一号阀门34、气体二号阀门35、气体三号阀门36、液压输出总管道37、气压输出总管道38、第二气压输出管道39、平台基座21、横梁22以及竖梁25构成。
-平台基座21作为底座，用于提供压力加载系统的支撑。
-多个竖梁25成对地竖直固定到平台基座21上，竖梁21的顶部设置所述的横梁22。
-横梁22下方等间隔地固定4个级联的液压蠕变试验机构，液压蠕变试验机构的液压腔之间相互独立，并且均与液压输出总管道37以及气压输出总管道38连通。
-空气压缩机41通过气体二号阀门35经第二气压输出管道39与储液缸42相连。并且通过气压输出总管道38、气体一号阀门34与液压腔15相连。
-储液缸42通过液压输出总管道37、输液一号阀门33与液压腔15相连。
所述压力控制与测量系统由液压恒压装置44、压力控制传输器31、气压控制传输器32、液压压力传感器45、液压压力变送器43以及激光位移传感器12组成，以此来同时控制多个液压蠕变试验机构同时对实验试样1施加压力。
-所述液压恒压装置44，被设置成高通量恒压加压装置，用于根据计算机系统的配置输出不同的恒定压力，并通过压力形成和传输系统同时加载到多个液压蠕变试验机构。
-所述压力控制传输器31连接在液压输出总管道37与多个液压蠕变试验机构的液压腔之间，用于控制液压传递。
-气压控制传输器32连接在气压输出总管道38与多个液压蠕变试验机构的液压腔之间，用于控制气压压力传递。
-液压压力传感器45设置在液压恒压装置44上，用于检测输出的压力。
-液压压力变送器43设置在计算机系统与液压恒压装置44之间。
-激光位移传感器12设置在每个液压蠕变试验机构上，与实验试样1平行放置，用以检测实验试样1的垂直方向以及水平方向的变形量。
结合图1，液压蠕变试验机构具有液压缸，液压缸包括液压腔15、液压腔活塞16、液压杆19以及压头20，液压腔15经由所述液压腔活塞16分为上液压腔17和下液压腔18，液压杆19的一端与液压腔活塞16固定，另一端穿过下液压腔18并与压头20固定，压头20用于向实验试样1加载压力进行测试。
以高通量四联式压缩蠕变试验平台装置为例，所述的平台基座21和试样垫片11，结构材料均为高强不锈钢，具有很高的强度以及硬度，使用高强不锈钢为材料的平台基座21和试样垫片11，增加了试验装置整体结构的稳定性。
所述平台基座21上对应于不同的液压蠕变试验机构的位置分别设置有试样垫片11，实验试样1放置在试样垫片11上。
所述激光位移传感器12设置在每个液压蠕变试验机构的液压杆19上。
所述平台基座21、试样垫片11以及液压杆19三者被设置成保持一致的水平以使得压力垂直作用于实验试样1。
每个激光位移传感器12均配置有一激光位移传感器数据收集器14，多路激光位移传感器数据收集器14汇集数据并传输至计算机系统60。
计算机系统60通过高通量液压恒压装置44配合高精度压力控制传输器31能够同时控制四个压头20对四个实验试样1施加精确的压力，而且可以调节不同的实验压力。
图1、图2中，标号13表述数据线，激光位移传感器13与激光位移传感器数据收集器14通过数据线连接。
标号50表示实验数据采集系统装置，优选为具有缓存和微控制器的微处理器模块。
标号51表示激光位移器总数据收集器，优选为具有多个数据接口的板卡。
每个激光位移传感器数据收集器14均汇总数据到激光位移器总数据收集器，激光位移器总数据收集器与实验数据采集系统装置连接，将数据传输至实验数据采集系统装置。实验数据采集系统装置与计算机系统60连接。
实验试样1与高精度激光位移传感器12需要保持平行，并且高精度激光位移传感器的精度较之传统的机械式位移计达到了0.02μm，以此能够保证实验试样1的垂直方向的变形量的准确性。
实验试样1和试样垫片11的两端是平滑的，以确保四种不同的压力能够垂直作用在不同的实验试样1上。
本发明的上述压缩蠕变实验装置的总体上的操作流程如下：
a、将实验试样放置在试样垫片上并垂直于平台基座，在计算机系统设定实验试样蠕变位移数据的采集时间间隔，设置四个实验试样不同的加载压力。
b、待实验试样周围环境达到所需要求并稳定时，打开气体一号阀门，控制吸液运行，高精度激光位移传感器的示数初始化为零。
c、关闭气体一号阀门，控制开始加压测试，通过高通量恒压加压装置及高精度压力控制传输器将应力增大至所设数值并保持恒定。
d、高精度激光位移传感器对实验试样的蠕变位移信号进行采集后，传输至系统计算机读出并存储蠕变试验数据。
e、试验结束时，关闭高通量恒压加压装置及高精度压力控制传输器，打开气体一号阀门和输液一号阀门，卸载压力，导出记录数据并绘制位移与时间曲线。
结合图1以及上述流程说明，本发明还提出一种基于图1所示的压缩蠕变试验平台装置的压缩蠕变试验方法，包括：
在第一模式下，关闭气体一号阀门，打开输液一号阀门、气体二号阀门和气体三号阀门，开启空气压缩机，储液缸内的液体在增加的压力作用下通过压力控制传输器流向每个液压缸的上液压腔以及液压恒压装置，待液压恒压装置内充满液体时，依次关闭空气压缩机、输液一号阀门、气体二号阀门和气体三号阀门；
在第二模式下，关闭气体二号阀门、气体一号阀门，打开输液一号阀门和气体三号阀门，启动液压恒压装置，通过压力控制传输器向四个液压缸的上液压腔内输入液体，压杆随活塞在液压作用下下降，通过液压恒压装置控制和压力控制传输器调节四个液压缸的上液压腔的液体压力，待压杆的下端面的压头与待测样品接触时，通过压力传感器测得液压恒压装置的初始压力，即为此时液压缸内的压力；
在第三模式下，根据设定的测试压力，通过压力控制传输器逐渐向四个液压缸的上液压腔输入液体，精确控制对每个待测样品施加的液压压力，压杆随活塞在液压作用下继续下降，待测样品受到压杆下端面与垫片之间的相互挤压发生蠕变，通过压力控制传输器控制调节液压缸上液压腔的液体压力，待液压缸上液压腔的液体压力达到设定的测试压力后，停止测试；在加压过程中采集不同时刻、压力条件下材料的压缩蠕变状态，包括通过激光位移传感器测得的位移以及测试压力、测试时间；
在第四模式下，关闭液压恒压装置及压力控制传输器，打开气体一号阀门和输液一号阀门，关闭气体二号和气体三号阀门，启动空气压缩机并向液压缸的下液压腔内输入气体，压杆在液压缸下液压腔内的空气压力的作用下上升，液压缸上液压腔的液体流向储液缸，完成后关闭空气压缩机和气体一号阀门，待测样品降温至室温后取出。
如此，通过上述过程，对同时对四个样品在不同压力下的蠕变情况进行测试和记录存储，绘制相应的关于测试压力的位移与时间关系曲线图，得到测试结果。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (7)
1.一种高通量多联式压缩蠕变试验装置，其特征在于，包括压力加载系统及计算机系统，通过计算机系统配置以控制通过压力加载系统对多个样品同时加载恒定压力进行不同的压力测试；
所述压力加载系统由压力形成和压力传输系统、压力控制与测量系统组成；
所述压力形成和传输系统包括储液缸(42)、空气压缩机(41)、液压腔(15)、输液一号阀门(33)、气体一号阀门(34)、气体二号阀门(35)、气体三号阀门(36)、液压输出总管道(37)、气压输出总管道(38)、第二气压输出管道(39)、平台基座(21)、横梁(22)、竖梁(25)构成，其中：
-平台基座(21)作为底座，用于提供压力加载系统的支撑；
-多个竖梁(25)成对地竖直固定到平台基座(21)上，竖梁(21)的顶部设置所述的横梁(22)；
-横梁(22)下方等间隔地固定4个级联的液压蠕变试验机构，液压蠕变试验机构的液压腔之间相互独立，并且均与液压输出总管道(37)以及气压输出总管道(38)连通；
-空气压缩机(41)通过气体二号阀门(35)经第二气压输出管道(39)与储液缸(42)相连、并且通过气压输出总管道(38)、气体一号阀门(34)与液压腔(15)相连；
-储液缸(42)通过液压输出总管道(37)、输液一号阀门(33)与液压腔(15)相连；
所述压力控制与测量系统由液压恒压装置(44)、压力控制传输器(31)、气压控制传输器(32)、液压压力传感器(45)、液压压力变送器(43)以及激光位移传感器(12)组成，以此来同时控制多个液压蠕变试验机构同时对实验试样(1)施加压力，其中：
-所述液压恒压装置(44)，被设置成高通量恒压加压装置，用于根据计算机系统的配置输出不同的恒定压力，并通过压力形成和传输系统同时加载到多个液压蠕变试验机构；
-所述压力控制传输器(31)连接在液压输出总管道(37)与多个液压蠕变试验机构的液压腔之间，用于控制液压传递；
-气压控制传输器(32)连接在气压输出总管道(38)与多个液压蠕变试验机构的液压腔之间，用于控制气压压力传递；
-液压压力传感器(45)设置在液压恒压装置(44)上，用于检测输出的压力；
-液压压力变送器(43)设置在计算机系统与液压恒压装置(44)之间；
-激光位移传感器(12)设置在每个液压蠕变试验机构上，与实验试样(1)平行放置，用以检测实验试样(1)的垂直方向以及水平方向的变形量。
2.根据权利要求1所述的高通量多联式压缩蠕变试验装置，其特征在于，所述液压蠕变试验机构具有液压缸，液压缸包括液压腔(15)、液压腔活塞(16)、液压杆(19)以及压头(20)，液压腔(15)经由所述液压腔活塞(16)分为上液压腔(17)和下液压腔(18)，液压杆(19)的一端与液压腔活塞(16)固定，另一端穿过下液压腔(18)并与压头(20)固定，压头(20)用于向实验试样(1)加载压力进行测试。
3.根据权利要求2所述的高通量多联式压缩蠕变试验装置，其特征在于，所述平台基座(21)上对应于不同的液压蠕变试验机构的位置分别设置有试样垫片(11)，实验试样(1)放置在试样垫片(11)上。
4.根据权利要求3所述的高通量多联式压缩蠕变试验装置，其特征在于，所述激光位移传感器(12)设置在每个液压蠕变试验机构的液压杆(19)上。
5.根据权利要求3所述的高通量多联式压缩蠕变试验装置，其特征在于，所述平台基座(21)、试样垫片(11)以及液压杆(19)三者被设置成保持一致的水平以使得压力垂直作用于实验试样(1)。
6.根据权利要求1所述的高通量多联式压缩蠕变试验装置，其特征在于，每个激光位移传感器(12)均配置有一激光位移传感器数据收集器(14)，多路激光位移传感器数据收集器(14)汇集数据并传输至计算机系统(60)。
7.一种根据权利要求1所述的高通量多联式压缩蠕变试验装置的压缩蠕变试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
在第一模式下，关闭气体一号阀门，打开输液一号阀门、气体二号阀门和气体三号阀门，开启空气压缩机，储液缸内的液体在增加的压力作用下通过压力控制传输器流向每个液压缸的上液压腔以及液压恒压装置，待液压恒压装置内充满液体时，依次关闭空气压缩机、输液一号阀门、气体二号阀门和气体三号阀门；
在第二模式下，关闭气体二号阀门、气体一号阀门，打开输液一号阀门和气体三号阀门，启动液压恒压装置，通过压力控制传输器向四个液压缸的上液压腔内输入液体，压杆随活塞在液压作用下下降，通过液压恒压装置控制和压力控制传输器调节四个液压缸的上液压腔的液体压力，待压杆的下端面的压头与待测样品接触时，通过压力传感器测得液压恒压装置的初始压力，即为此时液压缸内的压力；
在第三模式下，根据设定的测试压力，通过压力控制传输器逐渐向四个液压缸的上液压腔输入液体，精确控制对每个待测样品施加的液压压力，压杆随活塞在液压作用下继续下降，待测样品受到压杆下端面与垫片之间的相互挤压发生蠕变，通过压力控制传输器控制调节液压缸上液压腔的液体压力，待液压缸上液压腔的液体压力达到设定的测试压力后，停止测试；在加压过程中采集不同时刻、压力条件下材料的压缩蠕变状态，包括通过激光位移传感器测得的位移以及测试压力、测试时间；
在第四模式下，关闭液压恒压装置及压力控制传输器，打开气体一号阀门和输液一号阀门，关闭气体二号和气体三号阀门，启动空气压缩机并向液压缸的下液压腔内输入气体，压杆在液压缸下液压腔内的空气压力的作用下上升，液压缸上液压腔的液体流向储液缸，完成后关闭空气压缩机和气体一号阀门，待测样品降温至室温后取出。
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