CN110567818A - 一种材料强度应变测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种材料强度应变测试系统及测试方法。本发明的测试系统，包括拉伸仪，拉伸仪包括两个拉头，待测试材料固定在两个拉头之间，还包括温控装置；温控装置包括壳体、用于降低壳体内温度的降温组件和采集壳体内温度的温度采集组件；两个拉头设置在壳体内。本发明的测试步骤如下：S1：待测试材料初步加工成一定尺寸；S2：将待测试材料放入冷冻箱内，给待测试材料降温至实验测试温度；同时开启降温组件，使得壳体内降至实验测试温度，并维持在该测试温度；S3：将待测试材料两端固定在拉头上，然后放入壳体内，拉伸仪对其进行检测。本发明的一种材料强度应变测试系统结构简单，测试低温下材料强度应变方便快捷。
Description
技术领域
本发明涉及材料性能检测技术领域，尤其涉及一种材料强度应变测试系统及测试方法。
背景技术
随着航空航天，极地科考等领域的飞速发展,材料需要适应更加恶劣的低温工作环境。材料长时间的暴露在低温下，其形状、强度等特性会发生改变。变形及强度影响着材料的正常使用。但是，现有的拉伸测试系统不能保证在进行测试实验时材料的低温环境，从而不能测出相应低温时材料的强度及应变，只能完成常温下材料的强度及变形测试。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种可在低温条件下测试材料的强度应变性能的材料强度应变测试系统及其测试方法。
本发明的一种材料强度应变测试系统，包括拉伸仪，所述拉伸仪包括两个拉头，待测试材料固定在两个拉头之间，还包括温控装置；所述温控装置包括壳体、用于降低所述壳体内温度的降温组件和采集所述壳体内温度的温度采集组件；两个所述拉头设置在所述壳体内。
优选的，所述拉伸仪还包括底座、拉伸件和两个竖直板，两个所述竖直板竖直间隔设置在所述底座上，一个所述拉头固定设置在所述底座上，另一个所述拉头的两端分别可上下滑动的设置在两个所述竖直板上，且位于另一所述拉头的正上方，所述拉伸件与另一个所述拉头传动连接以驱动该拉头上下滑动。
优选的，所述壳体包括顶板和两个侧板，两个所述侧板竖直设置在所述底座上，顶板设置在两个所述侧板的顶端，顶板、两个所述侧板、两个所述竖直板和底座一起构成一个密闭的腔体，两个所述拉头均设置在所述腔体内。
优选的，一个所述侧板的一侧铰接在一个所述竖直板上，另一侧与另一个所述竖直板锁紧或打开。
优选的，所述腔体的内壁均涂设有绝热保温涂料层。
优选的，至少一个所述侧板设有可视窗。
优选的，待测试材料通过固定组件设置在两个所述拉头之间。
优选的，所述固定组件包括两个固定件，两个所述固定件分别可拆卸的安装在两个所述拉头上，两个所述固定件相对的一侧均设有安装槽，所述待测试件的两端分别固定在两个所述安装槽内。
优选的，所述降温组件包括制冷压缩机，所述制冷压缩机的冷气出气口与所述腔体内部相通。
优选的，所述温度采集组件包括温度传感器和控制器，所述控制器分别与所述温度传感器和制冷压缩机电连接。
本发明的一种材料强度应变测试系统的测试步骤如下：
S1：待测试材料初步加工成一定尺寸；
S2：将待测试材料放入冷冻箱内，给待测试材料降温至实验测试温度；同时开启降温组件，使得壳体内降至实验测试温度，并维持在该测试温度；
S3：待测试材料温度接近测试需要温度时，将待测试材料两端固定在拉头上，然后放入壳体内，拉伸仪对其进行检测。
本发明的一种材料强度应变测试系统结构简单，测试低温下材料强度应变方便快捷。
附图说明
图1为本发明的一种材料强度应变测试系统的结构示意图。
1-拉伸仪；11-底座；12-竖直板；13-拉头；14-拉伸件；2-温控装置；21-壳体；211-顶板；212-侧板；212a-可视窗；22-降温组件；221-制冷压缩机；23-温度采集组件；231-温度传感器；232-控制器；3-固定组件；31-固定件；311-安装槽；4-腔体；41-绝热保温涂料层。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，本发明的一种材料强度应变测试系统，包括拉伸仪1，拉伸仪1包括两个拉头，待测试材料固定在两个拉头之间，还包括温控装置2；温控装置2包括壳体21、用于降低壳体21内温度的降温组件22和采集壳体21内温度的温度采集组件23；两个拉头13设置在壳体21内。
本发明的一种材料强度应变测试系统先待测试材料初步加工成一定尺寸；将待测试材料放入冷冻箱内，给待测试材料降温至实验测试温度；同时开启降温组件22，使得壳体21内降至实验测试温度，并维持在该测试温度。待测试材料温度接近测试需要温度时，将待测试材料两端固定在夹具上，然后放入壳体21内，用拉伸件14拉另一个拉头13远离一个拉头13，并记录另一个拉头13的相对位移和拉力大小。本发明的一种材料强度应变测试系统结构简单，测试方便。
拉伸仪1的机构有多种，在这里不做限定，在本实施例中，拉伸仪1还包括底座11、拉伸件14和两个竖直板12，两个竖直板12竖直间隔设置在底座11上，一个拉头13固定设置在底座11上，另一个拉头13的两端分别可上下滑动的设置在两个竖直板12上，且位于另一拉头13的正上方，拉伸件与另一个拉头传动连接以驱动该拉头上下滑动。为了方便检测待测试材料的性能，竖直板12上还可以设有刻度线，方便观察记录待检测材料在一定拉力的作用下，位移距离。
壳体21可以包括顶板211和两个侧板212，两个侧板212竖直设置在底座11上，顶板211设置在两个侧板212的顶端，顶板211、两个侧板212、两个竖直板12和底座11一起构成一个密闭的腔体4，两个拉头13均设置在腔体4内。外力通过拉力测试仪14拉动一个拉头13，拉力带动拉头13沿着竖直板12运动，待测材料被拉伸件的拉力拉伸。其中这里的外力可以通过控制系统来控制，设定一个拉头13抬升速度，设定工作拉力值，记录待测试材料变形，记录破坏应力。
一个侧板212的一侧可以铰接在一个竖直板12上，另一侧与另一个竖直板12锁紧或打开。这样可以方便放取待测试材料。
为了保证腔体4内的隔热效果好，可以在腔体4的内壁设有隔热层，隔热层可以为绝热保温涂料层41，绝热保温涂料层41可以采用CC100绝热保温涂料，CC100涂料具有抗热辐射强，薄层隔热，防水耐腐蚀，耐强酸碱等特点。在对比试验中显示仅0.508mm厚度的涂料就能够取得与98mmR20泡沫塑料相同的绝热效果。该产品适用于各种温度条件，具有强拉力和弹力，是一种耐用的节能型保温隔热层。在保温箱外部喷涂该种涂料，降低外部空间与箱体的热交换；同时在保温箱内部也喷涂该种保温涂料，可防止内部热量向外部空间的传递。
至少一个侧板212设有可视窗212a，可视窗212a口采用双层真空玻璃。双层真空玻璃依靠真空层特殊结构，有效阻隔室内外冷热传导，导热系数K值可达到0.48W/㎡·K-0.9W/㎡·K。当室外温度为-20℃时，双层真空玻璃的内表温度仅比室内空气温度低3-5℃，杜绝了中空玻璃的冷热辐射现象。双层真空玻璃具有超强的隔热保温性能，远超过国际最高10级标准，其阻隔传热的能力是单层玻璃的8倍，是中空玻璃的3-5倍，是一种优良的保温结构，能起到很好的阻隔内部冷气与外部进行热交换的作用。双层真空玻璃依靠其很强的保温隔热性能，使其结露温度可达到-41℃，其真空层内部在机理上完全没有结露的可能，保证了清晰的观察视野。可视窗212a尺寸为60cm*90cm，用于观察测试材料在低温状态下的变形和破坏情况。
待测试材料固定在两个拉头13之间的方式有多种，在这里不做限定，在本实施例中，待测试材料可以通过固定组件3设置在两个拉头13之间。
固定组件3结构有多种，在这里不做限定，在本实施例中，固定组件3包括两个固定件31，两个固定件31分别可拆卸的安装在两个拉头13上，两个固定件31相对的一侧均设有安装槽311，待测试件的两端分别固定在两个安装槽311内。两个固定件31分别可拆卸的安装在两个拉头13上的方式有多种，在这里不做限定，在本实施例，拉头13可以设有固定槽，固定件31的一端插设在固定槽中，并通过插销件固定件31的一端固定在固定槽中，材料固定在安装槽311中的方式也有多种，例如：胶接等。
降温组件22的结构有多种，在这里不做限定，在本实施例中，降温组件22可以包括制冷压缩机221，制冷压缩机221的冷气出气口与腔体4内部相通。
这里还可以包括空气循环系统吸收腔体4内底部的空气，通过空气循环管输送给制冷压缩机221，制冷压缩机221将压缩后的冷空气通过空气循环管输送至腔体4内中，保证腔体4内的低温恒定环境。各个管路与课壳体21之间的空隙也使用保温棉填充，保证壳体21内部的冷量散失尽可能地降低，维持恒定的内部温度。
温度采集组件23可以包括温度传感器231和控制器232，控制器232可以分别与温度传感器231和制冷压缩机221电连接。温度传感器231设置在壳体21内用于检测壳体21内的温度，控制器232接收温度传感器231的温度信号，在检测到壳体21内温度到达预设值时，控制器232控制制冷压缩机221停止制冷，在壳体21内温度超过预设值时，控制器232控制制冷压缩机221开始制冷。其中温度传感器231、控制器232和制冷压缩机221可以为现有市场上可以购买到的产品，例如：温度传感器231可以为STT-R温度传感器231，控制器232可以为PLC控制器等。
本发明的一种材料强度应变测试系统的测试步骤如下：
S1：待测试材料初步加工成一定尺寸。
S2：将待测试材料放入冷冻箱内，给待测试材料降温至实验测试温度；同时开启降温组件22，使得壳体21内降至实验测试温度，并维持在该测试温度。
S3：待测试材料温度接近测试需要温度时，将待测试材料两端固定在夹具上，拉伸仪对其进行检测。
其中待测试材料的变形可通过应变ε描述,ε可采用下面的公式计算得出：
式中：ε为材料的应变；Δδ材料轴向位移mm；δ0为材料试样的初始高度mm。
材料的抗拉强P可采用材料破坏时的轴向荷载F和试样的截面面积S比值计算得出：
式中：P为材料的临界破坏强度，单位为Mpa；F为材料试样破坏时的最大拉力，单位为KN；S为材料试样的面积，单位为mm2。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种材料强度应变测试系统，包括拉伸仪，所述拉伸仪(1)包括两个拉头，待测试材料固定在两个拉头之间，其特征在于：还包括温控装置(2)；所述温控装置(2)包括壳体(21)、用于降低所述壳体(21)内温度的降温组件(22)和采集所述壳体(21)内温度的温度采集组件(23)；两个所述拉头(13)设置在所述壳体(21)内。
2.如权利要求1所述的一种材料强度应变测试系统，其特征在于：所述拉伸仪(1)还包括底座(11)、拉伸件(14)和两个竖直板(12)，两个所述竖直板(12)竖直间隔设置在所述底座(11)上，一个所述拉头(13)固定设置在所述底座(11)上，另一个所述拉头(13)的两端分别可上下滑动的设置在两个所述竖直板(12)上，且位于另一所述拉头(13)的正上方，所述拉伸件(14)与另一个所述拉头(13)传动连接以驱动该拉头(13)上下滑动。
3.如权利要求2所述的一种材料强度应变测试系统，其特征在于：所述壳体(21)包括顶板(211)和两个侧板(212)，两个所述侧板(212)竖直设置在所述底座(11)上，顶板(211)设置在两个所述侧板(212)的顶端，顶板(211)、两个所述侧板(212)、两个所述竖直板(12)和底座(11)一起构成一个密闭的腔体(4)，两个所述拉头(13)均设置在所述腔体(4)内。
4.如权利要求3所述的一种材料强度应变测试系统，其特征在于：一个所述侧板(212)的一侧铰接在一个所述竖直板(12)上，另一侧与另一个所述竖直板(12)锁紧或打开。
5.如权利要求4所述的一种材料强度应变测试系统，其特征在于：所述腔体(4)的内壁均涂设有绝热保温涂料层(41)。
6.如权利要求5所述的一种材料强度应变测试系统，其特征在于：至少一个所述侧板(212)设有可视窗(212a)。
7.如权利要求1-6任一项所述的一种材料强度应变测试系统，其特征在于：待测试材料通过固定组件(3)固定在两个所述拉头(13)之间。
8.如权利要求7所述的一种材料强度应变测试系统，其特征在于：所述固定组件(3)包括两个固定件(31)，两个所述固定件(31)分别可拆卸的安装在两个所述拉头(13)上，两个所述固定件(31)相对的一侧均设有安装槽(311)，待测试件的两端分别固定在两个所述安装槽(311)内。
9.如权利要求3-6任一项所述的一种材料强度应变测试系统，其特征在于：所述降温组件(22)包括制冷压缩机(221)，所述制冷压缩机(221)的冷气出气口与所述腔体(4)内部相通；所述温度采集组件(23)包括温度传感器(231)和控制器(232)，所述控制器(232)分别与所述温度传感器(231)和制冷压缩机(221)电连接。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的一种材料强度应变测试系统的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：待测试材料初步加工成一定尺寸；
S2：将待测试材料放入冷冻箱内，给待测试材料降温至实验测试温度；同时开启降温组件(22)，使得壳体(21)内降至实验测试温度，并维持在该测试温度；
S3：待测试材料温度接近测试需要温度时，将待测试材料两端固定在拉头上，然后放入壳体(21)内，拉伸仪(1)对其进行检测。
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