CN110779809A - 一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置 - Google Patents

一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置 Download PDF

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王华琼
高增华
周志亮
周金帅
柳晓辉
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Abstract

本发明涉及一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置，包括机体、固连在机体顶部的液压缸、固连在机体输出端的上压头、架设在机体中部的下支座台、抵接在下支座台上的跨距调节块和架设在下支座台下方的底座，其中，跨距调节块上下两端面均间隔开设有定位圆槽，定位圆槽内放置有下压辊，待测试样放置在下压辊上，上压头底部固连有上压辊，液压缸伸出以使上压辊抵接在待测试样上，本发明具有耐温高、操作简单、隔热效果好的优点。

Description

一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置
技术领域
本发明涉及力学性能测试设备技术领域，尤其涉及一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置。
背景技术
高速飞行器在整个飞行过程中，由于与空气的摩擦，飞行器表面的温度经历一个从常温到高温转变的过程，在此条件下，对飞行器用复合材料在高温下的力学性能提出新的要求。然而由于这些材料在高温下牵扯到环境加热、材料软化和氧化等一系列复杂问题，限制了对复合材料高温力学性能的研究，因此科学评价这些材料在高温范围尤其是超高温环境下的力学性能成为设计人员设计和选材、工艺人员进行工艺改进所亟待解决的问题。
公开号为CN103728186A的一种在线观测的高位三点弯曲实验系统，利用安装有滤波片的高精度工业摄像机对在高温炉中进行三点弯曲试验的试件表面进行在线观测，记录试件在三点弯曲实验过程中表面微观形貌变化、晶相变化及裂纹扩展。虽然上述专利文件可达到1600℃的环境温度，但是只有一套弯曲下支座，仅能完成一种规格跨距试样的测试，如果测试多种规格跨距的试样，则需配备不同规格的下支座，这不仅浪费材料，而且操作复杂。此外，以往的高温三点弯曲测试装置一般采用水冷系统来保护变形测量装置，这种保护的冷却效率不高，而且操作较繁琐。
因此，针对以上不足，需要提供一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的缺陷，提供了一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置，包括机体、固连在机体顶部的液压缸、固连在机体输出端的上压头、架设在机体中部的下支座台、抵接在下支座台上的跨距调节块和架设在下支座台下方的底座，其中，跨距调节块上下两端面均间隔开设有定位圆槽，定位圆槽内放置有下压辊，待测试样放置在下压辊上，上压头底部固连有上压辊，液压缸伸出以使上压辊抵接在待测试样上。
通过采用上述技术方案，设置开设多组定位圆槽的跨距调节块，利用将下压辊放置在不同定位圆槽内，可使装置能后完成多组规格跨距试样的测试，无需加装额外的工装夹具，不仅节省购置成本，还具有放置方便的优点，并且能提供稳定的支撑，保证测试工作能顺利且高效的完成。
作为对本发明的进一步说明，优选地，下压辊抵接在待测试样底部两侧，上压辊抵接在待测试样顶端中部。
通过采用上述技术方案，可使上压辊移动时能令待测试样更易形变，进而更易进行检测，保证检测数据的准确。
作为对本发明的进一步说明，优选地，上压头、上压辊、下支座台、跨距调节块和下压辊均采用在800℃至1700℃大气环境下长时使用的超高温陶瓷材料。
通过采用上述技术方案，使上压头、上压辊、下支座台、跨距调节块和下压辊均具有耐高温性能，保证在高温环境内上述部件能够正常使用。
作为对本发明的进一步说明，优选地，待测试样底端中部抵接有变形传递杆，变形传递杆与下支座台滑动连接，变形传递杆底端伸入底座内，底座内固连有位移传感器，变形传递杆与位移传感器抵接。
通过采用上述技术方案，待测试样被压变形后，变形传递杆也会发生移位，此时变形传递杆按压位移传感器即可使位移传感器产生位移信号，通过位移量来判断待测试样的变形量，不仅结构简单，而且检测准确度高。
作为对本发明的进一步说明，优选地，变形传递杆采用碳化硅或超高温陶瓷制成。
通过采用上述技术方案，当温度低于1450℃时，变形传递杆可采用碳化硅陶瓷杆；当温度高于1450℃时变形传递杆须采用超高温陶瓷杆,使变形传递杆具有较高的适配性。
作为对本发明的进一步说明，优选地，底座上端架设有隔热部件，隔热部件包括上垫块、陶瓷隔热层和超高温陶瓷下垫块，超高温陶瓷下垫块架设在底座上方，陶瓷隔热层固连在超高温陶瓷下垫块上，上垫块固连在陶瓷隔热层上，上垫块位于下支座台正下方。
通过采用上述技术方案，上垫块、陶瓷隔热层和超高温陶瓷下垫块能够显著降低底座的温度，避免热量传导有效防止了温度升高对位移传感器测量精度的影响。
作为对本发明的进一步说明，优选地，超高温陶瓷下垫块下端固连有镂空隔热层，镂空隔热层与底座顶部固连。
通过采用上述技术方案，设置镂空隔热层减少热传递介质，进一步降低温度的传导，保证位移传感器的正常使用。
作为对本发明的进一步说明，优选地，上垫块内插接有下支杆，下支杆包覆变形传递杆，下支杆顶部抵接在下支座台底端。
通过采用上述技术方案，设置下支杆不仅能起到保护变形传递杆，还起到支撑下支座台的作用。
作为对本发明的进一步说明，优选地，下支杆顶部固连有限位环，限位环嵌入下支座台。
通过采用上述技术方案，保证下支杆与下支座台连接稳定，避免在测试过程中下支座台倾覆的问题。
实施本发明，具有以下有益效果：
1、本发明的耐高温体现在测试装置的高温部件采用了一种新型的超高温陶瓷材料，该材料在800℃～1700℃范围内具有较强的强度和硬度，且抗氧化好；
2、本发明的操作简单体现在可以用一套跨距调节块完成多种规格跨距试样的测试，下支座采用隔热防护系统免去了冷却水管的连接；
3、本发明的隔热效果好体现在隔热部分采用了二氧化硅陶瓷材料隔热和镂空隔热双重隔热结构。
附图说明
图1为本发明的总装效果图；
图2是本发明的剖面图。
附图标记说明：
1、机体；2、液压缸；3、上压头；31、上压辊；4、下支座台；5、跨距调节块；51、定位圆槽；52、下压辊；6、底座；61、位移传感器；7、下支杆；71、变形传递杆；72、限位环；8、隔热部件；81、上垫块；82、陶瓷隔热层；83、超高温陶瓷下垫块；84、镂空隔热层；9、待测试样。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置，结合图1、图2，包括机体1、固连在机体1顶部的液压缸2、固连在机体1输出端的上压头3、架设在机体1中部的下支座台4、抵接在下支座台4上的跨距调节块5和架设在下支座台4下方的底座6，底座6上端架设有隔热部件8，隔热部件8上架设有下支杆7，下支座台4架设在下支杆7上，即底座6通过隔热部件8和下支杆7支撑下支座台4。
结合图1、图2，液压缸2伸缩方向为竖直方向，上压头3底部固连有上压辊31；两个跨距调节块5放置在上压头3正下方的下支座台4上，下支座台4中部开设有圆孔，两个跨距调节块5分别放置在所述圆孔的左右两侧，跨距调节块5上下两端面均间隔开设有定位圆槽51，其中相邻定位圆槽51的间距为30mm、34mm、38mm、42mm、46mm、50mm6种不同的规格跨距，定位圆槽51内放置有下压辊52，两个跨距调节块5上的下压辊52对称分布，上压辊31与下压辊52均为圆柱体；待测试样9放置在下压辊52上，下压辊52抵接在待测试样9底部两侧，上压辊31抵接在待测试样9顶端中部，液压缸2伸出使上压辊31抵接在待测试样9上。
结合图1、图2，在实验时，上压辊31抵接在待测试样9中部，配合两侧的下压辊52，可使上压辊31移动时能令待测试样9形变，进而进行弯曲变形检测；设置开设多组定位圆槽51的跨距调节块5，利用将下压辊52放置在不同定位圆槽51内，可使装置能后完成多组规格跨距试样的测试，无需加装额外的工装夹具，不仅节省购置成本，还具有放置方便的优点，并且能提供稳定的支撑，保证测试工作能顺利且高效的完成。
结合图1、图2，上压头3、上压辊31、下支座台4、跨距调节块5和下压辊52均采用在800℃至1700℃大气环境下长时使用的超高温陶瓷材料，使上压头3、上压辊31、下支座台4、跨距调节块5和下压辊52均具有耐高温性能，保证在高温环境内上述部件能够正常使用。
结合图1、图2，待测试样9底端中部抵接有变形传递杆71，变形传递杆71不仅耐高温，而且热膨胀系数接近零，当温度低于1450℃时，变形传递杆71可采用碳化硅陶瓷杆；当温度高于1450℃时变形传递杆71须采用超高温陶瓷杆,使变形传递杆71具有较高的适配性；变形传递杆71穿过圆孔与下支座台4滑动连接，变形传递杆71底端穿过下支杆7和隔热部件8并伸入底座6内，底座6内固连有位移传感器61，位移传感器61采用KTR-B微型自复位直线位移传感器，具有0-100mm的量程，不仅测量精度高、测量范围大，并且在借助被测物体的位移，通过弹簧作用力进行自动复位，便于进行二次测量；变形传递杆71与位移传感器61抵接。
结合图1、图2，待测试样9被压变形后，变形传递杆71也会发生移位，此时变形传递杆71按压位移传感器61即可使位移传感器61产生位移信号，通过位移量来判断待测试样的变形量，不仅结构简单，而且检测准确度高。
结合图1、图2，下支杆7包覆变形传递杆71，下支杆7采用陶瓷材料制成，下支杆7顶部抵接在下支座台4底端，下支杆7顶部固连有限位环72，限位环72嵌入下支座台4，设置下支杆7不仅能起到保护变形传递杆71，还起到支撑下支座台4的作用，设置限位环72保证下支杆7与下支座台4连接稳定，避免在测试过程中下支座台4滑动和倾覆的问题；
结合图1、图2，隔热部件8包括上垫块81、陶瓷隔热层82和超高温陶瓷下垫块83，超高温陶瓷下垫块83架设在底座6上方，陶瓷隔热层82通过螺栓固连在超高温陶瓷下垫块83上，陶瓷隔热层82可采用二氧化硅陶瓷基复合材料，也可采用其它陶瓷类复合材料；上垫块81通过螺栓固连在陶瓷隔热层82上，上垫块81由二氧化硅陶瓷基复合材料制成，超高温陶瓷下垫块83由硼化物和碳化物组成，其中HfB2、ZrB2、HfC、ZrC、TaC等硼化物、碳化物超高温陶瓷熔点均超过3000℃，以达到耐超高温的作用，无相变，具有优良的热化学稳定性和优异的物理性能；上垫块81位于下支座台4正下方，下支杆7插接在上垫块81内；超高温陶瓷下垫块83下端固连有镂空隔热层84，镂空隔热层84采用二氧化硅陶瓷基复合材料制成，镂空隔热层84中部开设有若干个孔，以使镂空隔热层84中部镂空，镂空隔热层84与底座6顶部通过螺栓固连。
结合图1、图2，上垫块81、陶瓷隔热层82和超高温陶瓷下垫块83能够显著降低底座6的温度，避免热量传导有效防止了温度升高对位移传感器61测量精度的影响，设置镂空隔热层84减少热传递介质，进一步降低温度的传导，保证位移传感器61的正常使用。
通过上述结构，本发明进行两组实验用于检测试样在不同跨距和不同温度下的弯曲强度等实验数据，具体如下：
实施例1：
采用本装置测试某种连续纤维增强陶瓷基复合材料在1300℃下的弯曲强度和弯曲弹性模量。试验过程如下：试样跨距为42mm，将试样放在测试装置的适当位置，将高温炉加热到1300℃，通过机械装置将高温炉调到与测试装置匹配的位置，待试样温度稳定到1300℃并保温10min后，采用0.5mm/min的试验速率加载，直至试样断裂。连续试验直至同批6个试样全部测试完毕。测试结果见下表1。
表1 1300℃测试结果
试样编号 试验温度 弯曲强度(MPa) 弯曲模量(GPa)
1 1300℃ 258.6 53.8
2 1300℃ 310.3 58.2
3 1300℃ 310.1 51.8
4 1300℃ 227.7 50.4
5 1300℃ 273.1 57.9
6 1300℃ 286.8 53.6
平均值 277.8 54.3
标准偏差 31.9 3.17
离散系数(％) 11.4 5.84
实施例2：
采用本装置测试某种连续纤维增强陶瓷基复合材料在1700℃下的高温弯曲强度和弯曲弹性模量。试验过程如下：试样跨距为46mm，将试样放在测试装置的适当位置，将高温炉加热到1700℃，通过机械装置将高温炉调到与测试装置匹配的位置，待试样温度稳定到1700℃并保温10min后，采用0.5mm/min的试验速率对试样加载，直至试样断裂。连续试验直至同批6个试样全部测试完毕。测试结果见下表2。
表2 1700℃测试结果
试样编号 试验温度 弯曲强度(MPa) 弯曲模量(GPa)
1 1700℃ 189.2 42.9
2 1700℃ 232.1 50.3
3 1700℃ 209.9 45.3
4 1700℃ 215.3 46.5
5 1700℃ 202.4 42.6
6 1700℃ 175.5 41.2
平均值 204.1 44.8
标准偏差 19.9 3.31
离散系数(％) 9.77 7.39
通过上述试验结果，可知本发明能在1700℃的高温下正常工作，且能测出较为准确的实验数据，且各个部件均无损伤，能使设备保持长时间高效工作，十分实用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置，其特征在于，包括机体(1)、固连在机体(1)顶部的液压缸(2)、固连在液压缸(2)输出端的上压头(3)、架设在机体(1)中部的下支座台(4)、抵接在下支座台(4)上的跨距调节块(5)和架设在下支座台(4)下方的底座(6)，其中，
跨距调节块(5)上侧面均间隔开设有多个定位圆槽(51)，定位圆槽(51)内放置有下压辊(52)，待测试样(9)放置在下压辊(52)上，上压头(3)底部固连有上压辊(31)，液压缸(2)伸出以使上压辊(31)抵接在待测试样(9)上。
2.根据权利要求1所述的一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置，其特征在于，下压辊(52)抵接在待测试样(9)底部两侧，上压辊(31)抵接在待测试样(9)顶端中部。
3.根据权利要求2所述的一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置，其特征在于，上压头(3)、上压辊(31)、下支座台(4)、跨距调节块(5)和下压辊(52)均采用在800℃至1700℃大气环境下长时使用的超高温陶瓷材料。
4.根据权利要求2所述的一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置，其特征在于，待测试样(9)底端中部抵接有变形传递杆(71)，下支座台(4)中部有圆形通孔，变形传递杆(71)与下支座台(4)滑动连接，变形传递杆(71)底端伸入底座(6)内，底座(6)内固连有位移传感器(61)，变形传递杆(71)与位移传感器(61)抵接。
5.根据权利要求4所述的一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置，其特征在于，变形传递杆(71)采用碳化硅或超高温陶瓷制成。
6.根据权利要求5所述的一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置，其特征在于，底座(6)上端架设有隔热部件(8)，隔热部件(8)包括上垫块(81)、陶瓷隔热层(82)和超高温陶瓷下垫块(83)，超高温陶瓷下垫块(83)架设在底座(6)上方，陶瓷隔热层(82)固连在超高温陶瓷下垫块(83)上，上垫块(81)固连在陶瓷隔热层(82)上，上垫块(81)位于下支座台(4)正下方。
7.根据权利要求6所述的一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置，其特征在于，超高温陶瓷下垫块(83)下端固连有镂空隔热层(84)，镂空隔热层(84)与底座(6)顶部固连。
8.根据权利要求6所述的一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置，其特征在于，上垫块(81)内插接有下支杆(7)，下支杆(7)包覆变形传递杆(71)，下支杆(7)顶部抵接在下支座台(4)底端。
9.根据权利要求8所述的一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置，其特征在于，下支杆(7)顶部固连有限位环(72)，限位环(72)嵌入下支座台(4)。
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