CN111707529A - 热梯度机械疲劳测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热梯度机械疲劳测试系统，包括：机械加载装置，包括可伸缩的加载柱；辐射加热装置，包括辐射加热炉以及加热结构，所述辐射加热炉中可拆卸安装待测试件，所述加载柱可伸入所述辐射加热炉，并对所述待测试件加载，所述加热结构用于对所述待测试件的外壁加热；冷却装置，部分伸入所述辐射加热炉中，并对所述待测试件的内壁进行冷却；以及控制装置，分别连接至所述加载装置、所述辐射加热装置以及所述冷却装置。加热结构对与冷却装置使待测试件从外向内形成温度梯度，可以同时实现复杂机械载荷、温度和内部冷却的控制，以对待测试件在热梯度下进行力学性能测试，降低测试的复杂程度。

Description

热梯度机械疲劳测试系统

技术领域

本发明涉及材料热梯度与疲劳测试技术领域，特别是涉及一种热梯度机械疲劳测试系统。

背景技术

热梯度机械疲劳试验是实验室中最接近零件(如飞机发动机、内燃机、蒸汽机、火箭等)真实工作条件的试验。需要同时控制试验件的机械载荷、温度循环和内部冷却。

目前，高温试验机能够完成的试验包括等温疲劳试验和热机械疲劳试验。其中等温疲劳试验的加热方式以电阻加热炉为主，电阻加热炉加热速度慢、功率低，难以实现快速的升温和降温。热机械疲劳试验可以采用电磁感应加热，但电磁感应方法只能用于金属材料，对非金属无效。为了防止零件氧化、降低零件表面温度，通常采用热障涂层对零件表面进行涂覆，该涂层通常是非金属材料，无法采用感应加热的方式进行加热。

热梯度机械疲劳试验可以认为是热机械疲劳试验的拓展，热梯度机械疲劳试验＝热机械疲劳试验+内部冷却。目前该技术可以采用火焰加热，火焰加热的缺点在于火焰不同位置温度不均匀，无法实现稳定的温度控制。对于热梯度机械疲劳试验，目前尚无能够完成准确控制试件温度的试验平台，不便于试件温度、载荷和冷却的精确控制。

发明内容

基于此，有必要针对目前无法对试件的温度、载荷以及冷却进行精确控制的问题，提供一种能够在热梯度下对待测试件进行力学性能测试的热梯度机械疲劳测试系统。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种热梯度机械疲劳测试系统，包括：

机械加载装置，包括可伸缩的加载柱，所述加载柱用于施加机械载荷；

辐射加热装置，包括辐射加热炉以及设置于所述辐射加热炉中的加热结构，所述辐射加热炉中可拆卸安装待测试件，所述加载柱可伸入所述辐射加热炉，并对所述待测试件加载，所述加热结构用于对所述待测试件的外壁加热；

冷却装置，部分伸入所述辐射加热炉中，并对所述待测试件的内壁进行冷却；以及

控制装置，分别连接至所述机械加载装置、所述辐射加热装置以及所述冷却装置，并控制加载装置、所述辐射加热装置以及所述冷却装置工作。

在其中一个实施例中，所述加热结构包括设置于所述辐射加热炉内壁的反射镜面以及设置于所述反射镜面的侧面的多个加热灯，所述反射镜面将所述加热灯发射的光线反射于所述待测试件。

在其中一个实施例中，所述反射镜面表面凹陷设置，且所述反射镜面的凹陷表面朝向所述辐射加热炉的中心；

所述反射镜面的数量为多个，多个所述反射镜面沿所述辐射加热炉的周向内壁相邻布置，各所述反射镜面将光线反射至同一点。

在其中一个实施例中，所述反射镜面的凹陷表面为椭圆柱面的部分表面；

所述加热灯位于椭圆柱面的所述反射镜面的一个焦点，所述待测试件位于椭圆柱面的所述反射镜面的另一焦点。

在其中一个实施例中，所述加热灯沿所述辐射加热炉的轴向延伸，且在轴向方向上，所述加热灯至少部分与所述待测试件重合。

在其中一个实施例中，所述辐射加热装置还包括调节结构，所述调节结构设置于辐射加热炉中，所述调节结构中安装所述加热灯，用于调节所述加热灯的位置。

在其中一个实施例中，所述调节结构包括设置于所述辐射加热炉中的调节座以及可运动设置于所述调节座中的调节件，所述加热灯设置于调节座中，所述调节件与所述加热灯连接，并带动所述加热灯相对于所述调节座运动。

在其中一个实施例中，所述辐射加热炉具有冷却通道以及与所述冷却通道连通的进液口与出液口，所述冷却通道中流通输送冷却液，以对所述辐射加热炉冷却。

在其中一个实施例中，所述辐射加热装置还包括第一温度检测件，所述第一温度检测件用于对所述待测试件的外壁进行温度检测，所述第一温度检测件电连接至所述控制装置，所述控制装置接收所述第一温度检测件反馈的外壁温度信号，并根据所述外壁温度信号调节所述加热结构的加热温度。

在其中一个实施例中，所述辐射加热装置还包括第二温度检测件，所述第二温度检测件用于对所述待测试件的内壁进行温度检测，所述第二温度检测件电连接至所述控制装置，所述控制装置接收所述第二温度检测件反馈的内壁温度信号，并根据所述内壁温度信号调节所述冷却装置输送的冷量。

在其中一个实施例中，所述冷却装置包括冷却气源以及与所述冷却气源连通的输气管路，所述输气管路伸入所述待测试件中，并对所述待测试件的内壁进行冷却；

所述冷却装置还包括流量调节件，所述流量调节件设置于所述输气管路，并与所述控制装置连接，用于调节所述输气管路输出的气流量。

在其中一个实施例中，所述热梯度机械疲劳测试系统还包括石英罩，所述石英罩套设于所述待测试件的周向。

在其中一个实施例中，所述热梯度机械疲劳测试系统还包括测量工具，所述辐射加热炉上开设观察窗，所述测量工具位于所述辐射加热炉的外侧，并对应所述观察窗处设置，所述测量工具用于实现所述辐射加热炉内所述待测试件的温度测量和/或形变测量。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下技术效果：

本发明的热梯度机械疲劳测试系统，对待测试件测试时，将待测试件安装于辐射加热装置的辐射加热炉中，并与机械加载装置的加载柱对待测试件施加作用载荷，同时，加热结构对待测试件的外壁进行加热，并通过冷却装置对待测试件的内部进行冷却，以使待测试件从外向内形成温度梯度。有效的解决目前无法对试件的温度、载荷以及冷却进行精确控制的问题，以对待测试件在热梯度下进行力学性能测试，无需采用多个设备以及多个步骤进行测试，降低测试的复杂程度。同时，通过控制装置还能实现待测试件温度、载荷以及冷却进行精确控制，保证测试准确。通过机械加载装置、辐射加热装置、冷却装置以及控制装置的配合，可以同时实现复杂机械载荷、温度和内部冷却的控制，模拟航空发动机、燃气轮机和内燃机中的复杂工作状态。

附图说明

图1为本发明一实施例的热梯度机械疲劳测试系统的系统示意图；

图2为图1所示的热梯度机械疲劳测试系统中辐射加热装置的截面示意图；

图3为图1所示的辐射加热装置底部安装于机械加载装置的立体图；

图4为图3所示的辐射加热装置中调节结构的立体图。

其中：100、热梯度机械疲劳测试系统；110、机械加载装置；111、加载柱；120、辐射加热装置；121、辐射加热炉；1211、炉体；1212、安装座；1213、冷却通道；1214、进液口；1215、出液口；1216、观察窗；122、加热结构；1221、反射镜面；1222、加热灯；123、调节结构；1231、调节座；1232、调节件；130、冷却装置；131、冷却气源；132、空气干燥器；133、输气管路；134、流量调节件；140、控制装置；141、主机；142、加载控制器；143、温度控制器；150、石英管；160、测量工具；200、待测试件。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参见图1和图2，本发明提供一种热梯度机械疲劳测试系统100。该热梯度机械疲劳测试系统100可以实现材料的热梯度机械疲劳试验，具体为对涂覆涂层的待测试件200进行热梯度机械疲劳试验，解决材料热梯度机械疲劳试验难的问题，实现复杂机械载荷、温度和内部冷却的控制，模拟航空发动机、燃气轮机和内燃机中的复杂工作状态，实现带有非金属涂层的待测试件200的快速升温与降温。

具体的，热梯度机械疲劳测试系统100可以对待测试件200的外壁加热，对待测试件200的内壁冷却，使得待测试件200从外向内的温度存在热梯度变化，并对待测试件200施加载荷以完成力学性能实验。通过本发明的热梯度机械疲劳测试系统100即可实现对待测试件200在热梯度下进行热疲劳性能测试，无需采用多个设备以及多个步骤进行测试，降低测试的复杂程度，同时，还能实现待测试件200温度、载荷以及冷却进行精确控制，保证测试准确。

参见图1和图2，在一实施例中，热梯度机械疲劳测试系统100包括机械加载装置110、辐射加热装置120、控制装置140。机械加载装置110包括可伸缩的加载柱111，加载柱111用于施加机械载荷。辐射加热装置120，包括辐射加热炉121以及设置于辐射加热炉121中的加热结构122，辐射加热炉121中可拆卸安装待测试件200，加载柱111可伸入辐射加热炉121，并对待测试件200加载，加热结构122用于对待测试件200的外壁加热。冷却装置130部分伸入辐射加热炉121中，并对待测试件200的内壁进行冷却。控制装置140分别连接至加载装置、辐射加热装置120以及冷却装置130，并控制机械加载装置110、辐射加热装置120以及冷却装置130工作。

机械加载装置110为热梯度机械疲劳实现设备的机械加载部件，用于对待测试件200施加载荷，以完成对待测试件200进行拉伸、疲劳等力学性能试验。可以理解的，机械加载装置110为疲劳试验机或者液压伺服加载系统，其具体结构均为现有技术，在此不一一赘述。即可以采用目前的载荷施加装置度待测试件200施加载荷。

辐射加热装置120为热梯度机械疲劳测试系统100的加热主体结构。辐射加热装置120中放置待测试件200，辐射加热装置120对待测试件200进行加热，以提高待测试件200的温度。并且，待测试件200为空心结构，冷却装置130可以伸入辐射加热装置120中，与待测试件200的内部连通，用于冷却待测试件200的内壁。由于辐射加热装置120对待测试件200的外壁进行加热，冷却装置130对待测试件200的内壁进行冷却，这会使得待测试件200的外壁与内壁之间形成温度差。待测试件200的外壁由外向内传递的过程中，会逐渐受到冷却装置130的影响，使得待测试件200从外向内产生温度梯度。同时，机械加载装置110可以伸入辐射加热装置120中与待测试件200的端部抵接，以对待测试件200施加载荷。

这样，热梯度机械疲劳测试系统100可以在热梯度的环境下对待测试件200进行力学性能测试，得到待测试件200的相关参数，无需使用多种设备或多个操作步骤对待测试件200进行热梯度的疲劳测试。而且，待测试件200上涂覆材料种类不受限制，可以为金属材料，也可以为非金属材料，易于对各种材料进行测试。

而且，控制装置140分别与机械加载装置110、辐射加热装置120、冷却装置130连接。可以理解的，这里的连接是指传输连接，实现控制信号的传输。进一步地，控制装置140与机械加载装置110、辐射加热装置120、冷却装置130电连接或通信连接。控制装置140可以控制机械加载装置110对待测试件200施加载荷，并可以控制载荷施加的大小。控制装置140可以控制辐射加热装置120的加热温度，还可以控制冷却装置130的冷量输入，以控制待测试件200的内壁温度。这样能够实现待测试件200温度、载荷以及冷却进行精确控制，保证测试的测试结果准确。进一步地，控制装置140包括主机141以及与主机141电连接的加载控制器142，主机141为热梯度机械疲劳测试系统100的主要控制部件，加载控制器142与机械加载装置110电连接。

具体的，机械加载装置110具有加载柱111，加载柱111可与待测试件200抵接，以对待测试件200施加载荷。机械加载装置110的结构为现有技术，在此不一一赘述。并且，加载柱111的数量为两个，两个加载柱111沿其轴向方向相对设置，两个加载柱111分别与待测试件200的两端接触。机械加载装置110包括支撑架，通过支撑架支撑位于上方的加载柱111。控制主机141通过加载控制器142控制机械加载装置110的加载柱111上下移动，实现闭环控制。

参见图2至图3，辐射加热装置120包括辐射加热炉121以及加热结构122。可选地，辐射加热炉121包括安装座1212以及设置于安装座1212周侧的炉体1211，安装座1212用于可拆卸安装待测试件200，安装座1212可拆卸安装于炉体1211中。可以理解的，炉体1211为两半对开式结构，方便待测试件200的装夹与拆卸。使用时，将待测试件200安装于安装座1212中，随后，将炉体1211组装于安装座1212，围设形成辐射加热炉121。炉体1211的顶部与顶部具有缺口，该缺口可供加载柱111伸入，便于加载柱111与待测试件200的两端接触，易于实现对待测试件200的加载操作。加热结构122设置于辐射加热炉121中，加热结构122工作时可以散发光线，通过散发的光线对待测试件200的外壁进行加热。冷却装置130位于辐射加热炉121的外侧，并可伸入辐射加热炉121中，冷却装置130与待测试件200的内部连通，向待测试件200输送冷量，以对待测试件200进行冷却。

使用上述实施例的热梯度机械疲劳测试系统100对待测试件200测试时，将待测试件200安装于辐射加热装置120的辐射加热炉121中，并与机械加载装置110的加载柱111对待测试件200施加作用载荷，同时，加热结构122对待测试件200的外壁进行加热，并通过冷却装置130对待测试件200的内部进行冷却，以使待测试件200从外向内形成温度梯度。有效的解决目前无法对试件的温度、载荷以及冷却进行精确控制的问题，以对待测试件200在热梯度下进行力学性能测试，无需采用多个设备以及多个步骤进行测试，降低测试的复杂程度。同时，通过控制装置140还能实现待测试件200温度、载荷以及冷却进行精确控制，保证测试准确。通过机械加载装置110、辐射加热装置120、冷却装置130以及控制装置140的配合，可以同时实现复杂机械载荷、温度和内部冷却的控制，模拟航空发动机、燃气轮机和内燃机中的复杂工作状态。

在一实施例中，加热结构122包括设置于辐射加热炉121内壁的反射镜面1221以及设置于反射镜面1221的侧面的多个加热灯1222，反射镜面1221将加热灯1222发射的光线反射于待测试件200。多个加热灯1222沿辐射加热炉121的周向内壁间隔分布。进一步地，各加热灯1222可以均匀分布，也可非均匀分布。加热灯1222与控制装置140电连接，控制装置140可以控制加热灯1222工作，以释放光线；而且，控制装置140还可以调节加热灯1222的功率，以调节待测试件200外壁的温度，其具体控制方式在后文提及。反射镜面1221用于实现光线的反射。待测试件200位于辐射加热炉121的中心区域，反射镜面1221围设于辐射加热炉121的内壁，反射镜面1221可以将加热灯1222产生的光线向辐射加热炉121的内壁反射，以将光线汇聚于热辐射加热炉121的中部区域，以对中部区域的待测试件200加热。

在一实施例中，反射镜面1221表面凹陷设置，且反射镜面1221的凹陷表面朝向辐射加热炉121的中心。如图2所示，反射镜面1221的凹陷腔朝向辐射加热炉121的中部区域，反射镜面1221的表面凹陷设置后，可以便于光线的汇聚，便于光线汇聚到一点。并且，加热灯1222位于反射镜面1221的凹陷空间内。这样，加热灯1222产生的光线向周围散发后，光线可以通过反射镜面1221向辐射加热炉121的中部区域汇聚，以达到加热待测试件200的目的。

进一步地，反射镜面1221的数量为多个，多个反射镜面1221沿辐射加热炉121的周向内壁相邻布置，各反射镜面1221将光线反射至同一点。这样可以保证辐射加热炉121各处内壁都有反射镜面1221反射光线，避免辐射加热炉121内部温度不均，进而保证各处都有光线反射至待测试件200的外壁。而且，每一反射镜面1221的凹陷腔对应一个加热灯1222。

在一实施例中，反射镜面1221的凹陷表面为椭圆柱面的部分表面，加热灯1222位于椭圆柱面的反射镜面1221的一个焦点，待测试件200位于椭圆柱面的反射镜面1221的另一焦点。也就是说，凹陷腔为部分的椭圆柱体，凹陷腔的内壁即为反射镜面1221的内壁，其为部分椭圆主体的外壁。由于椭圆形具有两个焦点，将加热灯1222设置于椭圆柱面的反射镜面1221的一个焦点，将待测试件200放置于椭圆柱面的反射镜面1221的另一焦点后。这样，加热灯1222发散的光线可以通过反射镜面1221汇聚到椭圆柱面的反射镜面1221的另一焦点，即将光线汇聚到待测试件200的外表面。呈椭圆柱面的反射镜面1221便于光线汇聚到待测试件200，提高待测试件200的加热效率，使得待测试件200的外表面可以迅速加热。

在一实施例中，加热灯1222沿辐射加热炉121的轴向延伸。加热灯1222沿轴向方向布置后，以使光线可以沿轴向方向散发，以增加散热面积，便于加热灯1222对待测试件200加热。并且，在轴向方向上，加热灯1222的高度小于等于待测试件200的高度。这样可以保证待测试件200的加热效果。并且，加热灯1222沿轴向方向的长度小于等于待测试件200的长度。当然，在本发明的其他实施方式中，也可采用多个加热灯1222沿轴向方向呈列设置达到加热的目的。可选地，加热灯1222为管状的石英灯，石英灯沿竖直方向设置于反射镜面1221的凹陷腔中。

示例性地，反射镜面1221的数量为八个，相应的，加热灯1222的数量也为八个，八个反射镜面1221相邻连接，并围设于辐射加热炉121的内壁，加热灯1222设置于对应反射镜面1221的凹陷腔中。各加热灯1222分别连接至控制装置140，通过控制装置140控制各加热灯1222进行加热，并由反射镜面1221将光线反射至待测试件200。

在一实施例中，反射镜面1221的表面涂覆反射涂层，反射涂层可以增加反射镜面1221的反射率，便于反射镜面1221将光线反射至待测试件200的表面。进一步的，反射涂层为镀金涂层，镀金涂层可以在增加反射效率的同时，防止反射镜面1221在高温下氧化，延长反射镜面1221的使用寿命，保证工作可靠性。

参见图2至图4，在一实施例中，辐射加热装置120还包括调节结构123，调节结构123设置于辐射加热炉121中，调节结构123中安装加热灯1222，用于调节加热灯1222的位置。调节结构123设置于辐射加热炉121的安装座1212上，调节结构123中安装加热灯1222，调节结构123可以调节加热灯1222的位置及角度，使得加热灯1222处于较佳的加热位置，保证待测试件200的加热效果。

在一实施例中，调节结构123包括设置于辐射加热炉121中的调节座1231以及可运动设置于调节座1231中的调节件1232，加热灯1222设置于调节座1231中，调节件1232与加热灯1222连接，并带动加热灯1222相对于调节座1231运动。调节座1231起承载作用。加热灯1222部分安装于调节座1231中，调节座1231通过固定件如螺纹件等固定于安装座1212。调节件1232沿径向方向穿过调节座1231与其中的加热灯1222抵接，沿径向方向移动调节件1232可以改变加热灯1222在调节座1231中的位置，进而调节加热灯1222相对于反射镜面1221的位置，使得加热灯1222处于较佳的加热位置，保证待测试件200的加热效果。

可选地，调节件1232为调节螺钉、伸缩杆或者其他能够实现径向位置调节的部件。进一步地，调节件1232的数量为多个，多个调节件1232沿同一周向方向布置，通过多个调节件1232配合共同调节加热灯1222的位置。进一步地，多个调节件1232可以即沿周向方向又沿周向方向布置。可选地，每一加热灯1222对应一个调节结构123。调节结构123可以单独对对应的加热灯1222的位置和角度进行调整，调节加热灯1222与反射镜面1221的相对位置。

在一实施例中，辐射加热炉121具有冷却通道1213以及与冷却通道1213连通的进液口1214与出液口1215，冷却通道1213中流通输送冷却液，以对辐射加热炉121冷却。外部的冷却液通过进液口1214进入辐射加热炉121的冷却通道1213，对辐射加热炉121的炉体1211进行冷却，以减小辐射加热炉121在高温下产生的变形，进而避免辐射加热炉121变形度反射镜面1221产生影响，同时还能延长热梯度机械疲劳测试系统100工作时间，使得热梯度机械疲劳测试系统100可以长时间工作。

可选地，辐射加热炉121可以采用一个冷却通道1213，即通过一个冷却通道1213对整个辐射加热炉121进行冷却。当然，辐射加热炉121可以采用多个冷却通道1213，这样可以保证辐射加热炉121的冷却效果。可选地，冷却通道1213集成于炉体1211中，无需单独设置输气管路133。可选地，冷却液为冷却水，当然，在本发明的其他实施方式中，冷却液还可为冷媒或者其他冷却介质。

在一实施例中，控制装置140包括与控制主机141电连接的温度控制器143，温度控制器143与加热灯1222电连接，控制加热灯1222的加热温度。

在一实施例中，辐射加热装置120还包括第一温度检测件，第一温度检测件用于对待测试件200的外壁进行温度检测，第一温度检测件电连接至控制装置140，控制装置140接收第一温度检测件反馈的外壁温度信号，并根据外壁温度信号调节加热结构122的加热温度。

第一温度检测件与温度控制器143电连接，第一温度检测件可以将待测试件200的外壁温度信号传输至温度控制器143，温度控制器143对外壁温度信号处理，并将外壁温度信号反馈至主机141，由主机141判断待测试件200的加热温度是否满足检测需求。若满足检测需求，主机141控制温度控制器143保持加热灯1222的加热温度。若待测试件200表面的温度偏低，则主机141发出升温信号给温度控制器143，通过温度控制器143控制加热灯1222提高加热温度，以达到提升待测试件200外壁温度的目的。

可选地，第一温度检测件包括但不限于热电偶或红外热像仪等，还可为其他能够实现温度检测的部件。而且，温度控制器143可以通过控制加热灯1222的功率达到提升加热温度的目的。加热灯1222的功率由温度控制器143控制，可以通过改变某个方向加热灯1222的亮度调节待测试件200圆周方向的温度场。具体的，通过第一温度检测件测量待测试件200的外壁温度，外壁温度信号经温度控制器143传输给主机141，温度控制器143通过反馈信号调节辐射加热炉121中加热灯1222的加热公路，由此实现辐射加热温度的闭环控制。

参见图1，在一实施例中，冷却装置130包括冷却气源131以及与冷却气源131连通的输气管路133，输气管路133伸入待测试件200中，并对待测试件200的内壁进行冷却。可以理解的，待测试件200的内壁冷却通过冷却气流来实现。冷却气源131位于待测试件200的外侧，并且，冷却气源131可以为热梯度机械疲劳测试系统100的一部分，也可以使用时现连接至附近的冷却气源131。可选地，可以储气瓶或空气压缩机等作为冷却气源131。输气管路133的一端连接至待测试件200的内部，另一端与冷却气源131连通，以将冷却气流输送至待测试件200的内部，对待测试件200内壁进行冷却。并且，加载柱111具有冷却流道，冷却气流经过上方加载柱111的冷却流道进入待测试件200内部，对待测试件200内壁冷却后的冷却气流经下方加载柱111的冷却流道流出待测试件200。

在一实施例中，冷却装置130还包括流量调节件1232，流量调节件1232设置于输气管路133，并与控制装置140连接，用于调节输气管路133输出的气流量。流量调节件1232可以调节输气管路133中冷却气流的流量，进而调节待测试件200内壁的冷却温度。可选地，冷却装置130还包括空气干燥器132，通过空气干燥器132对冷却气源131进行干燥处理后，再输送至待测试件200中。示例性地，流量调节件1232为调节阀。

在一实施例中，辐射加热装置120还包括第二温度检测件，第二温度检测件用于对待测试件200的内壁进行温度检测，第二温度检测件电连接至控制装置140，控制装置140接收第二温度检测件反馈的内壁温度信号，并根据内壁温度信号调节冷却装置130输送的冷量。

第二温度检测件与温度控制器143电连接，第二温度检测件可以将待测试件200的内壁温度信号传输至温度控制器143，温度控制器143对内壁温度信号处理，并将内壁温度信号反馈至主机141，由主机141判断待测试件200的冷却热温度是否满足检测需求。若满足检测需求，主机141控制流量调节件1232保持当前冷却气流的流量。若待测试件200表面的温度偏高，则主机141发出升温信号给流量调节件1232，通过流量调节件1232调节冷却气流的流量，以达到降低待测试件200内壁温度的目的。可选地，第二温度检测件包括但不限于热电偶或红外热像仪等，还可为其他能够实现温度检测的部件。

在进行待测试件200内壁冷却时，从冷却气源131中输出的冷却气流经过空气干燥机，再流过流量调节件1232经加载柱111的；冷却流道进入待测试件200内部，带走待测试件200中的热量，达到降温目的。待测试件200内壁设置有第二温度检测件，对内壁温度进行监测，监测温度传送给温度控制器143，通过反馈调节流量调节件1232的开度，从而调节冷却气流的气流量。

参见图2，在一实施例中，热梯度机械疲劳测试系统100还包括石英罩，石英罩套设于待测试件200的周向。石英罩沿周向方向包裹待测试件200，加热灯1222发射的光线通过反色面镜反射后，在通过石英罩时会发生二次聚焦，使得光线聚焦在待测试件200的表面，实现光线的精确聚焦，进一步提高待测试件200的加热效率。

参见图1，在一实施例中，热梯度机械疲劳测试系统100还包括测量工具160，辐射加热炉121上开设观察窗1216，测量工具160位于辐射加热炉121的外侧，并对应观察窗1216处设置，测量工具160用于实现辐射加热炉121内待测试件200的温度测量和/或形变测量。测量工具160可以使用非接触式温度测量或变形测量设备，用于实现待测试件200的温度测量或形变测量。示例性地，测量工具160可以为成像相机或三维数字图像相关的应变测量设备等。可选地，观察窗1216的数量可以为一个、两个甚至更多个。示例性地，观察窗1216的数量为两个。当然，在本发明的其他实施方式中，观察窗1216还可以设置于其他位置和角度，可以添加其他角度的非接触式观测工具。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书的记载范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种热梯度机械疲劳测试系统，其特征在于，包括：

机械加载装置，包括可伸缩的加载柱，所述加载柱用于施加机械载荷；

辐射加热装置，包括辐射加热炉以及设置于所述辐射加热炉中的加热结构，所述辐射加热炉中可拆卸安装待测试件，所述加载柱可伸入所述辐射加热炉，并对所述待测试件加载，所述加热结构用于对所述待测试件的外壁加热；

冷却装置，部分伸入所述辐射加热炉中，并对所述待测试件的内壁进行冷却；以及

控制装置，分别连接至所述加载装置、所述辐射加热装置以及所述冷却装置，并控制机械加载装置、所述辐射加热装置以及所述冷却装置工作。

2.根据权利要求1所述的热梯度机械疲劳测试系统，其特征在于，所述加热结构包括设置于所述辐射加热炉内壁的反射镜面以及设置于所述反射镜面的侧面的多个加热灯，所述反射镜面将所述加热灯发射的光线反射于所述待测试件。

3.根据权利要求2所述的热梯度机械疲劳测试系统，其特征在于，所述反射镜面表面凹陷设置，且所述反射镜面的凹陷表面朝向所述辐射加热炉的中心；

所述反射镜面的数量为多个，多个所述反射镜面沿所述辐射加热炉的周向内壁相邻布置，各所述反射镜面将光线反射至同一点。

4.根据权利要求3所述的热梯度机械疲劳测试系统，其特征在于，所述反射镜面的凹陷表面为椭圆柱面的部分表面；

所述加热灯位于椭圆柱面的所述反射镜面的一个焦点，所述待测试件位于椭圆柱面的所述反射镜面的另一焦点。

5.根据权利要求4所述的热梯度机械疲劳测试系统，其特征在于，所述加热灯沿所述辐射加热炉的轴向延伸，且在轴向方向上，所述加热灯至少部分与所述待测试件重合。

6.根据权利要求2至5任一项所述的热梯度机械疲劳测试系统，其特征在于，所述辐射加热装置还包括调节结构，所述调节结构设置于辐射加热炉中，所述调节结构中安装所述加热灯，用于调节所述加热灯的位置；

所述调节结构包括设置于所述辐射加热炉中的调节座以及可运动设置于所述调节座中的调节件，所述加热灯设置于调节座中，所述调节件与所述加热灯连接，并带动所述加热灯相对于所述调节座运动。

7.根据权利要求1至5任一项所述的热梯度机械疲劳测试系统，其特征在于，所述辐射加热装置还包括第一温度检测件，所述第一温度检测件用于对所述待测试件的外壁进行温度检测，所述第一温度检测件电连接至所述控制装置，所述控制装置接收所述第一温度检测件反馈的外壁温度信号，并根据所述外壁温度信号调节所述加热结构的加热温度；

所述辐射加热装置还包括第二温度检测件，所述第二温度检测件用于对所述待测试件的内壁进行温度检测，所述第二温度检测件电连接至所述控制装置，所述控制装置接收所述第二温度检测件反馈的内壁温度信号，并根据所述内壁温度信号调节所述冷却装置输送的冷量。

8.根据权利要求7所述的热梯度机械疲劳测试系统，其特征在于，所述冷却装置包括冷却气源以及与所述冷却气源连通的输气管路，所述输气管路伸入所述待测试件中，并对所述待测试件的内壁进行冷却；

所述冷却装置还包括流量调节件，所述流量调节件设置于所述输气管路，并与所述控制装置连接，用于调节所述输气管路输出的气流量；

所述辐射加热炉具有冷却通道以及与所述冷却通道连通的进液口与出液口，所述冷却通道中流通输送冷却液，以对所述辐射加热炉冷却。

9.根据权利要求1至5任一项所述的热梯度机械疲劳测试系统，其特征在于，所述热梯度机械疲劳测试系统还包括石英罩，所述石英罩套设于所述待测试件的周向。

10.根据权利要求1至5任一项所述的热梯度机械疲劳测试系统，其特征在于，所述热梯度机械疲劳测试系统还包括测量工具，所述辐射加热炉上开设观察窗，所述测量工具位于所述辐射加热炉的外侧，并对应所述观察窗处设置，所述测量工具用于实现所述辐射加热炉内所述待测试件的温度测量和/或形变测量。

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