CN110672427B - 一种板材单向拉伸高温力学性能试验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种板材单向拉伸高温力学性能试验系统及方法,实现了板材在高温下单向拉伸试验基本力学性能的测定,该系统包括拉伸试验装置和两个对称设置在拉伸试验装置上的加热装置,所述拉伸试验装置包括工作台、设置在工作台上的两个夹具和夹持在两个夹具之间的拉伸试件;所述加热装置包括PLC控制系统、感应加热电源、感应线圈、铁板及铁板支撑架;所述铁板支撑架设置在工作台上,所述铁板固定设置在铁板支撑架上,所述铁板的一侧与试件相平行,另一侧与感应线圈相平行,所述感应加热电源连接感应线圈,所述PLC控制系统连接感应加热电源,用于控制感应加热电源输出功率,实现拉伸试件温度的自动调节控制。
Description
技术领域
本公开涉及金属板材力学性能表征领域,特别涉及一种金属板材在高温条件下的单向拉伸力学性能试验系统及方法。
背景技术
精确金属板材高温力学性能对于板材的高温成形具有重要指导意义。当前,国内外对金属板材热拉伸力学性能测试主要采用炉内加热法,借助于高温引伸计可获得板材单拉实验的详细数据。近年来,非接触应变测量方法(DIC技术)广泛应用于金属板材的力学性能测试中,DIC技术不仅可获得金属板材的精确应变,还能记录板材变形过程中的应变发展历史,如精确测量板材的各向异性、弹性模量、单拉断裂极限等,可为板材高温力学性能表征提供精确的数据基础。
发明人在研发过程中发现,采用炉内加热法拉伸时,由于炉体封闭、炉内高温空气以及玻璃对光折射等原因,导致DIC技术不能很好的应用,影响测试精度,只能通过高温引伸计对加热试件的应变进行测量,无法准确获取试件应变场,进而无法获得精确的板材高温力学性能。
发明内容
为了克服现有的热环境单向拉伸试验测试系统无法准确获取试件应变场的不足,本公开提供了一种板材单向拉伸高温力学性能试验系统及方法,实现了板材在高温下单向拉伸试验基本力学性能的测定,获取准确应力-应变曲线,以及不同温度下材料的弹性模量、屈服强度、抗拉强度、各项异性r值等基本力学性能数据。
本公开一方面提供的一种板材单向拉伸高温力学性能试验系统的技术方案是:
一种板材单向拉伸高温力学性能试验系统,该系统包括拉伸试验装置和两个对称设置在拉伸试验装置上的加热装置,所述拉伸试验装置包括工作台、设置在工作台上的两个夹具和夹持在两个夹具之间的拉伸试件;所述加热装置包括PLC控制系统、感应加热电源、感应线圈、铁板及铁板支撑架;所述铁板支撑架设置在工作台上,所述铁板固定设置在铁板支撑架上,所述铁板的一侧与试件相平行,另一侧与感应线圈相平行,所述感应加热电源连接感应线圈,所述PLC控制系统连接感应加热电源,用于控制感应加热电源输出功率,实现拉伸试件温度的自动调节控制。
进一步的,所述铁板通过两个支撑杆固定在支撑柱上。
进一步的,所述支撑柱上还设置有感应线圈安装件,所述感应线圈安装件包括安装板,所述安装板的两端分别通过L型支件固定安装在支撑柱上。
进一步的,所述感应线圈的两根引出线穿过安装板与感应加热电源连接。
进一步的,所述拉伸试件的中间表面焊接有热电偶丝。
进一步的,所述PLC控制系统包括PLC控制器、CPU处理器模块、热电偶模块和电源模块,所述热电偶模块的输入端与热电偶丝连接,输出端与CPU处理器模块连接,所述CPU处理器模块的输出端与PLC控制器连接,所述PLC控制器的输出端连接感应加热电源,控制感应加热电源输出功率。
本公开另一方面提供的一种板材单向拉伸高温力学性能试验方法的技术方案是:
一种板材单向拉伸高温力学性能试验方法,该方法是基于如上所述的板材单向拉伸高温力学性能试验系统实现的,该方法包括以下步骤:
感应加热电源输出电流至感应线圈,铁板受感应线圈作用被加热,利用热传导将热量传递至拉伸试件,对拉伸试件进行加热;
热电偶丝采集拉伸试件的温度,并传输至热电偶模块。
热电偶模块获取热电偶丝采集到的试件温度,并传输至CPU处理器模块,CPU处理器模块对热电偶丝采集到的试件温度数据进行处理,传送至PLC控制器;
PLC控制器采用PID控制方法对数据进行处理,得到控制信号并输出至感应加热电源,控制感应加热电源输出值,实现拉伸试件加热温度的自动调节控制。
通过上述技术方案,本公开的有益效果是:
(1)本公开基于可靠的感应线圈对试件进行加热,加热速度快且温度均匀性好,利用热传导实现对拉伸试件的快速均匀加热,不会对材料的延伸率产生影响,可以实现板材精确的高温力学单向拉伸力学性能测试;
(2)本公开克服现有的热环境单向拉伸试验测试系统无法准确获取试件应变场的不足,实现试板材在高温下单向拉伸试验基本力学性能的精确测定。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解,本公开的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本公开的不当限定。
图1是实施例一提供的板材单向拉伸高温力学性能试验系统结构图;
图2是实施例一提供的铁板支撑架侧视图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明,本公开使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
本实施例提供一种板材单向拉伸高温力学性能试验系统包括拉伸试验装置和两个对称设置在拉伸试验装置上的加热装置。
请参阅附图1,所述拉伸试验装置包括工作台、设置在工作台上的两个夹具10和夹持在两个夹具之间的拉伸试件1。
两个加热装置对称设置在工作台上,位于拉伸试件的两侧。具体地,所述加热装置包括PLC控制系统、感应加热电源、感应线圈3、铁板2及铁板支撑架。
所述铁板支撑架设置在拉伸试验装置的工作台上。请参阅附图1,所述铁板支撑架包括底座4和设置在底座上的支撑柱5,所述铁板2通过两个支撑杆6固定在支撑柱5上,与拉伸试件1间隔有一定间隙且平行于拉伸试件1,且铁板尺寸能够完全覆盖拉伸试件的标距区域;所述支撑柱5上还设置有感应线圈安装件,所述感应线圈3的两根引出线7穿过感应线圈安装件与感应加热电源连接;所述感应线圈3与铁板2相平行且间隔有一定间距,铁板2受感应线圈3作用被加热,并利用热传导将热量传递至拉伸试件1,实现拉伸试件1的加热。
在本实施例中,所述感应线圈安装件包括安装板8和两个L型支件9,所述安装板8的两端通过两个L型支件9固定安装在支撑柱5上。
所述拉伸试件的中间表面焊接有一根热电偶丝,所述热电偶丝连接PLC控制系统的热电偶模块,对拉伸试件温度进行实时监测,所述PLC控制系统连接感应加热电源,测得的拉伸试件温度在PLC控制系统中作为反馈信号进行感应加热电源功率控制,从而实现了对拉伸试件的实时控温功能。
在本实施例中,所述PLC控制系统包括PLC控制器、CPU处理器模块、热电偶模块和电源模块,所述热电偶模块的输入端与热电偶丝连接,所述热电偶模块的输出端与CPU处理器模块连接,所述CPU处理器模块的输出端与PLC控制器连接,所述PLC控制器的输出端连接感应加热电源,实现闭环控制。
本实施例提出的PLC控制器进行闭环控制时,热电偶模块获取热电偶丝采集到的试件温度,并传输至CPU处理器模块,CPU处理器模块对热电偶丝采集到的试件温度数据进行处理,传送至PLC控制器,利用PLC控制器中的PID功能将控制信号从PLC输出口输出至感应加热电源,进而控制感应加热电源输出值,实现试件温度的实时自动调节控制。
本实施例将热电偶丝焊接在试件中间表面,根据热电偶丝及热电偶模块实时监测到的试件温度作为反馈调节信号,对感应加热电源输出功率进行实时调节,实现对试件的温度控制。
本实施例提出的板材单向拉伸高温力学性能试验系统,基于可靠的感应加热线圈对试件进行加热,加热速度快且温度均匀性效果好,利用热传导实现对拉伸试件的快速均匀加热,不会对材料的延伸率产生影响,可以实现板材精确的高温力学单向拉伸力学性能测试。
实施例二
本实施例提供一种板材单向拉伸高温力学性能试验方法,该方法是基于实施例一所述的板材单向拉伸高温力学性能试验系统实现的。该方法包括以下步骤:
S101,感应加热电源输出电流至感应线圈,铁板受感应线圈作用被加热,并将热量传递至拉伸试件,实现对拉伸试件的快速均匀加热。
S102,热电偶丝采集拉伸试件的温度,并传输至热电偶模块。
S103,热电偶模块获取热电偶丝采集到的试件温度,并传输至CPU处理器模块,CPU处理器模块对热电偶丝采集到的试件温度数据进行处理,传送至PLC控制器;
S104,PLC控制器采用PID控制方法对数据进行处理,得到控制信号并输出至感应加热电源,控制感应加热电源输出值,实现拉伸试件加热温度的自动调节控制。
本实施例提出的板材单向拉伸高温力学性能试验方法,克服现有的热环境单向拉伸试验测试系统无法准确获取试件应变场的不足,实现试板材在高温下单向拉伸试验基本力学性能的精确测定。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述,但并非对本公开保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本公开的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种板材单向拉伸高温力学性能试验系统,其特征是,该系统包括拉伸试验装置和两个对称设置在拉伸试验装置上的加热装置,所述拉伸试验装置包括工作台、设置在工作台上的两个夹具和夹持在两个夹具之间的拉伸试件;所述加热装置包括PLC控制系统、感应加热电源、感应线圈、铁板及铁板支撑架;所述铁板支撑架设置在工作台上,所述铁板固定设置在铁板支撑架上,所述铁板的一侧与试件相平行,另一侧与感应线圈相平行,所述感应加热电源连接感应线圈,所述拉伸试件的中间表面焊接有热电偶丝,所述热电偶丝连接PLC控制系统的热电偶模块,对拉伸试件温度进行实时监测;所述PLC控制系统连接感应加热电源,用于控制感应加热电源输出功率,实现拉伸试件温度的自动调节控制;
所述铁板与拉伸试件间隔有一定间隙且平行于拉伸试件,所述铁板尺寸能够完全覆盖拉伸试件的标距区域;所述感应线圈与铁板相平行且间隔有一定间距,铁板受感应线圈作用被加热,并利用热传导将热量传递至拉伸试件,实现拉伸试件的加热。
2.根据权利要求1所述的板材单向拉伸高温力学性能试验系统,其特征是,所述铁板通过两个支撑杆固定在支撑柱上。
3.根据权利要求1所述的板材单向拉伸高温力学性能试验系统,其特征是,所述支撑柱上还设置有感应线圈安装件,所述感应线圈安装件包括安装板,所述安装板的两端分别通过L型支件固定安装在支撑柱上。
4.根据权利要求3所述的板材单向拉伸高温力学性能试验系统,其特征是,所述感应线圈的两根引出线穿过安装板与感应加热电源连接。
5.根据权利要求4所述的板材单向拉伸高温力学性能试验系统,其特征是,所述PLC控制系统包括PLC控制器、CPU处理器模块、热电偶模块和电源模块,所述热电偶模块的输入端与热电偶丝连接,输出端与CPU处理器模块连接,所述CPU处理器模块的输出端与PLC控制器连接,所述PLC控制器的输出端连接感应加热电源,控制感应加热电源输出功率。
6.一种板材单向拉伸高温力学性能试验方法,该方法是基于权利要求1至5中任一项所述的板材单向拉伸高温力学性能试验系统实现的,其特征是,该方法包括以下步骤:
感应加热电源输出电流至感应线圈,铁板受感应线圈作用被加热,并利用热传导将热量传递至拉伸试件,实现对拉伸试件均匀加热;
热电偶丝采集拉伸试件的温度,并传输至热电偶模块;
热电偶模块获取热电偶丝采集到的试件温度,并传输至CPU处理器模块,CPU处理器模块对热电偶丝采集到的试件温度数据进行处理,传送至PLC控制器;
PLC控制器采用PID控制方法对数据进行处理,得到控制信号并输出至感应加热电源,控制感应加热电源输出值,实现拉伸试件加热温度的自动调节控制。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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