CN109613052B - 一种结构试验的热加载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结构试验的热加载装置，属于工程结构试验力学领域，试验件在结构试验件表面设置热电偶，热电偶上端铺设绝缘层，绝缘层上端设置有热加载装置，热加载装置上方设置保温层，热加载装置包括加热体，加热体两端设置有输入引线端子；两个输入引线端子依次并联连接可控硅、温度控制器；温度控制器再连接于电源；本发明热加载的装置可以适用于同尺寸的工程结构，解决通常采用环境箱和其它方式进行加热而无法完成的多区域不同温度热载荷的施加，保证各个区域热载荷施加的精度，本发明装置简单、试验成本低、技术效果好，可广泛的应用于航空航天、交通等工程结构的热环境下的强度试验。
Description
技术领域
本发明涉及工程结构试验力学领域，尤其涉及一种结构试验的热加载装置。
背景技术
在航空、航天、交通等工程结构中，各种工程结构都承受着不同环境引起的热加载作用，在这些热载荷的作用下，结构能否满足设计和使用的要求，是一个十分重要的问题，尤其在航空航天领域，结构的热载荷的作用下能否保证飞行安全，需通过工程结构的热加载试验来检验工程结构否满足设计和使用的要求，因此如何模拟和再现这些热载荷对工程结构作用就尤为需要。
工程结构在各种载荷环境下的强度是结构力学中的重要研究课题。特别是在现代工程结构设计中，必须研究结构在复杂载荷下的热强度问题，迫切需要在实验室中实现这种热载荷环境状态的再现，来考核结构的强度，为下一步的理论建立做准备。
长期以来，对于在实验室里模拟和再现这些热载荷对工程结构作用是十分困难的。目前所采用的其它加热方式需要专用高温环境箱，且由于受箱体尺寸的限制，很多结构试验无法安置在这样的高温环境箱中，故使得很多结构热试验无法进行，且对于需要进行分区加热的试验几乎无法完成，同时由于这些设备价格昂贵，对使用环境都有严格的要求，且高能耗、需要很高的试验成本，且往往受结构尺寸的限制而无法完成热加载试验，此外，现有技术中，例如石英灯的热加载方式，无法满足进行分区热加载的需求。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种结构试验的热加载装置，该装置根据实现在工程结构中试验件需要的加热面，进行单个区域的热加载和多个分区进行不同温度的热加载，并为实现热、力联合试验提供一种简单易行、低成本的试验装置，该装置在试验时，无需将结构安置在高温环境箱中，解决了其它方式加热无法进行的结构热加载的施加。
本发明是这样实现的：
一种结构试验的热加载装置，该热加载装置为在结构试验件表面设置热电偶，所述的热电偶上端铺设绝缘层，所述绝缘层是对金属结构件和导电体而言，在加热体与被加热面之间铺设绝缘层，以保证加热体的正常工作（非金属结构件和导电体不需要绝缘层）；绝缘层上端设置有热加载装置，所述的热加载装置上方设置保温层，所述的热电偶、绝缘层、热加载装置、保温层作为一个整体绑定在结构试验件上。
热加载装置包括加热体，加热体两端设置有输入引线端子；所述的两个输入引线端子依次连接可控硅、温度控制器；所述的温度控制器再连接于电源。所述输入引线端子是加热体与电源连接的端子，由于加热体电流较大，故该端子需连接可靠以保证加热体的正常工作。通过温度控制器对加热体输入电流即可实现对结构被加热面的热加载。设置多个加热体的热加载装置，可以通过温度控制器分别对加热体输入不同电流、控制，即可实现分区不同温度热加载的要求，很好的解决了通常其它方式（石英灯）热加载需要箱体和无法很好进行分区热加载的需求。
进一步，所述的热电偶、绝缘层、热加载装置、保温层各部分通过胶接方式或者通过玻璃纤维扎带的方式固定于结构试验件表面。
进一步，所述的结构试验件在低于200℃热加载温度时，采用胶接方式进行固定；热加载温度在大于200℃时，采用玻璃纤维扎带进行固定，玻璃纤维扎带带是用于固定和绑定加热体和绝缘层、保温层。
进一步，所述的结构试验件为非导体材料时，则无需铺设绝缘层。
进一步，所述的保温层采用上下为玻璃纤维布、中间为硅酸铝纤维的三层保温结构，且保温层将加热体的加热面包裹住。所述保温层是采用设玻璃纤维布和硅酸铝纤维将加热面包裹住，以防热能的损耗。
进一步，所述的加热体的材质为铁铬铝或镍铬薄板材，加热体为铁铬铝或镍铬薄板材，可根据结构被加热面的形状和要求线切割加工成加热面的形状，对被加热面进行加热。
进一步，所述结构试验件表面的热加载装置可以设置为单个或多个。
进一步，所述多个热加载装置的加热体的输入功率一致或不一致，通过调整各区域加热体的输入功率，即可控制各区域的热载荷大小，来实现精确热载荷分配的施加，很好的解决了通常其它方式热加载需要箱体和无法很好进行分区热加载的需求。
本发明与现有技术的有益效果在于：
1）本发明的热加载装置通过加热体、绝缘层、保温层及玻璃纤维扎带带的组合，实现了一个热加载的装置，方便安装，试验现场直观可见；本发明热加载的装置可以适用于同尺寸的工程结构，可以根据结构试验件需要，切割加工加热体形状，突破了现有技术中存在的受箱体尺寸的限制的缺陷；
2）本发明的装置安装方便，灵活组合，解决了通常采用环境箱和其它方式进行加热而无法完成的多区域不同温度热载荷的施加，保证各个区域热载荷施加的精度；通过调整各区域加热体的输入功率，即可控制各区域的热载荷大小，来实现精确热载荷分配的施加；
3）本发明的结构试验件表面的热加载装置可以设置为单个也可以设置多个，具有拓展性，可以组成具有多个区域的热加载分配装置；
4）本发明方法科学、原理清晰、装置简单、试验成本低、技术效果好；可广泛的应用于航空航天、交通等工程结构的热环境下的强度试验。
附图说明
图1为本发明绝缘层及热电偶主视图；
图2为本发明加热体主视图；
图3为本发明保温层及玻璃纤维扎带带主视图；
图4为本发明单个热加载装置方框图；
图5为本发明多个区域热加载方装置框图；
图6为本发明热加载装置在试验件中试验时的主视示意图；
图7为本发明热加载装置在试验件中试验时的俯视示意图；
其中，1-绝缘层，2-加热体，3-保温层，4-玻璃纤维扎带带，5-输入引线端子， 6-热电偶，7-可控硅，8-温度控制器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1~4所述，本发明结构试验件表面的热加载装置可以设置为单个时，包含一个加热体2、一个绝缘层1、一个保温层3和一个热电偶6，所述的热电偶6上端铺设绝缘层1，绝缘层1上端设置有热加载装置，所述的热加载装置上方设置保温层3，所述的热电偶6、绝缘层1、热加载装置、保温层3作为一个整体绑定在结构试验件上，组成一个具有加热能力的热加载装置。
具体安装热加载装置的步骤为：对于金属结构安装时，先在金属结构表面需要测温的点放置热电偶6（控制该区域的温度需要），并将热电偶6引线引出加热区，然后铺设绝缘层1，再在绝缘层1上放置加热体2，最后在加热体上放置保温层3，并用若干玻璃纤维扎带4将上述各部分绑定在结构试验件上。对于非导体材料的结构试验件则无需安装绝缘层1，可直接放置加热体2，在加热体2上放置保温层3，最后用玻璃纤维扎带4将上述各部分绑定在结构试验件上，完成热加载装置的安装。
按照热加载的要求，设定好温度控制器8的温度，然后接通电源，通过所述的热加载装置对试验件进行加热、完成单个热加载装置的安装，即可实现对试验件受热面的热载荷的施加，安装后的示意图如图6~7所示，图6为热加载装置在试验件中试验时的主视示意图，图7为热加载装置在试验件中试验时的俯视示意图。
如图5所示，本发明第二种实施方式为多区域的热加载装置，即在结构试验件表面的热加载装置设置多个，包括：多个热加载装置；所述一个热加载装置包含一个加热体2、一个绝缘层1、一个保温层3和一个热电偶6，由上述的步骤依次安装，组成一个具有加热能力的热加载装置；按照多区域热加载的要求，分别对各个加热区域设定好温度控制器8的温度，然后接通电源，通过所述的多个热加载装置对试验件进行加热、完成多个热加载装置的安装，实现对试验件多区域受热面的热载荷的施加。
试验件所述热加载装置在低于200℃热加载温度时，可采用胶接方式对装置进行固定；热加载温度在200℃～1000℃时，所述装置与试验件用玻璃纤维扎带4固定在一起，本发明中热加载温度在大于200℃时，均采用玻璃纤维扎带4进行固定；试验结束后，可将热加载装置卸下，便于热加载装置的重复利用。根据对结构热加载温度的高低选择不同材料不同厚度的绝缘层和保温层。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种结构试验的热加载装置，其特征在于，试验件在结构试验件表面设置热电偶（6），所述的热电偶（6）上端铺设绝缘层（1），绝缘层（1）上端设置有热加载装置，所述的热加载装置上方设置保温层（3），所述的热电偶（6）、绝缘层（1）、热加载装置、保温层（3）作为一个整体绑定在结构试验件上；
所述的热加载装置包括加热体（2），加热体（2）两端设置有输入引线端子（5）；所述的两个输入引线端子（5）依次连接于可控硅（7）、温度控制器（8）；所述的温度控制器（8）再连接于电源；所述结构试验件表面的热加载装置设置为单个或多个；所述多个热加载装置的加热体（2）的输入功率一致或不一致，即可控制各区域的热载荷大小；通过温度控制器对加热体输入电流即可实现对结构被加热面的热加载；设置多个加热体的热加载装置，通过温度控制器分别对加热体输入不同电流、控制，即可实现分区不同温度热加载的要求；所述的结构试验件为非导体材料时，则无需铺设绝缘层（1）；
对于金属结构安装时，先在金属结构表面需要测温的点放置热电偶6，并将热电偶6引线引出加热区，然后铺设绝缘层1，再在绝缘层1上放置加热体2，最后在加热体上放置保温层3，并用若干玻璃纤维扎带4将上述各部分绑定在结构试验件上；
对于非导体材料的结构试验件则无需安装绝缘层1，可直接放置加热体2，在加热体2上放置保温层3，最后用玻璃纤维扎带4将上述各部分绑定在结构试验件上，完成热加载装置的安装。
2.根据权利要求1所述的一种结构试验的热加载装置，其特征在于，所述的热电偶（6）、绝缘层（1）、热加载装置、保温层（3）各部分通过胶接方式或者通过玻璃纤维扎带（4）的方式固定于结构试验件表面。
3.根据权利要求2所述的一种结构试验的热加载装置，其特征在于，所述的结构试验件在低于200℃热加载温度时，采用胶接方式进行固定；热加载温度在大于200℃时，采用玻璃纤维扎带（4）进行固定。
4.根据权利要求1所述的一种结构试验的热加载装置，其特征在于，所述的保温层（3）采用上下为玻璃纤维布、中间为硅酸铝纤维的三层保温结构，且保温层（3）将加热体（2）的加热面包裹住。
5.根据权利要求1所述的一种结构试验的热加载装置，其特征在于，所述的加热体（2）的材质为铁铬铝或镍铬薄板材。
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