CN112881155A - 一种力学试验环境箱 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种力学试验环境箱，包括箱体，在箱体的中部安装有密封隔热装置，将箱体内部分隔为两个不同温度的温区，其中一个温区内安装加热装置和测温装置，另一个温区内安装冷却装置和测温装置；所述密封隔热装置中部设置有可控变径孔，所述可控变径孔能够在需要时打开，供试验件穿过，并在试验件固定后关闭，将两个不同温度温区密封隔离；在箱体侧壁上具有控制面板，分别控制加热装置、冷却装置、测温装置以及可控变径孔工作。本发明在环境箱内部可以提供两个环境温度，满足在同一时刻给试验件不同部位提供不同的温度环境的试验要求。
Description
技术领域
本发明涉及力学试验技术领域，具体为一种力学试验环境箱。
背景技术
随着社会的进步和技术的发展，对材料或结构的力学性能要求也越来越高，相应的力学试验方法和装置也在不断更新。为了考察试验对象在严苛温度下的力学性能，目前普遍采用环境箱来提供试验所需的环境温度，并已经形成了相关的国家标准和国际标准。目前国标中对材料或结构件进行力学试验的环境温度要求都是恒定的，在环境温度上有三种，分别为常温力学试验，高温力学试验和低温力学试验，常温力学试验在常温环境下进行，不需要额外的环境箱，高温力学试验和低温力学试验需要在环境箱中进行，试验时，将试验件放入环境箱中，然后对试验件进行升温或降温，待温度达到试验要求时，再进行力学试验。现有的环境箱技术比较成熟，但都有一个特点是，同一时刻只能给同一试验件提供一种温度环境，试验时，试验件各个部位温度是相同的。
我们在具体的工程实际中发现，某些满足国标试验要求标准的结构件在实际使用过程中，出现了在未达到疲劳断裂或静力断裂的条件时发生破坏性断裂的情况，在排除了加工和材料本身问题后，我们分析发现，这些结构件在实际使用过程中，不同部位所处的环境温度是不同的，而且差异很大，例如在高铁和磁悬浮等领域，某些结构件的一侧环境温度达到-100℃的低温，另一侧的环境温度可能是室温或+80℃的高温。而按照目前的国标要求，对结构件单独做低温试验和高温试验时，均满足要求，但在实际使用过程中出现了破坏性断裂情况，因此有必要针对这类材料或结构件设计能够模拟其实际工作环境的力学试验环境箱，在同一时刻能够给试验件不同部位提供不同的温度环境。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，针对同一时刻给试验件不同部位提供不同的温度环境这一要求，本发明提出一种力学试验环境箱，在环境箱内部可以提供两个环境温度，使试验件的不同部位所处的环境温度不同。
本发明的技术方案为：
所述一种力学试验环境箱，包括箱体，在箱体的中部安装有密封隔热装置，将箱体内部分隔为两个不同温度的温区，其中一个温区内安装加热装置和测温装置，另一个温区内安装冷却装置和测温装置；所述密封隔热装置中部设置有可控变径孔，所述可控变径孔能够在需要时打开，供试验件穿过，并在试验件固定后关闭，将两个不同温度温区密封隔离；在箱体侧壁上具有控制面板，分别控制加热装置、冷却装置、测温装置以及可控变径孔工作。
进一步的，所述密封隔热装置采用虹膜机构实现可控变径孔的打开和关闭。
进一步的，所述密封隔热装置包括多个开闭滑块，顶盖和底盖；所述开闭滑块底部用于与底盖接触的接触面上设置有凸起；所述底盖中心具有用于穿过试验件的通孔，在通孔周围布置多个滑槽，滑槽与开闭滑块底部凸起匹配，使开闭滑块能够沿滑槽移动；通过设计开闭滑块个数、滑槽方向以及开闭滑块的配合角度，使得所有开闭滑块依次相连，包围形成中心孔，且随着开闭滑块在滑槽上的移动，开闭滑块包围形成的中心孔孔径可变，能够完全闭合。
进一步的，所述开闭滑块采用弹簧驱动，弹簧一端连接在某一开闭滑块上，另一端连接在控制面板上的开闭按钮上，当开闭按钮闭合时，弹簧处于压缩状态，使开闭滑块沿着底盖上的滑槽向内滑动，使开闭滑块包围形成的中心孔缩小；当开闭按钮打开时，弹簧处于拉伸状态，使开闭滑块沿着底盖上的滑槽向外滑动，使开闭滑块包围形成的中心孔扩大。
进一步的，开闭滑块、顶盖和底盖采用轻质隔热材料制成，并在表面铺设隔热材料或喷涂隔热油漆。
进一步的，通过增加开闭滑块个数，或者将相邻开闭滑块之间的配合面设计为曲面的方式，实现减小开闭滑块包围形成的中心孔与试验件试验圆柱段之间间隙的目的。
进一步的，所述加热装置采用螺旋加热线圈，能够套在试验件的试验段上。
进一步的，所述冷却装置采用通气冷却的方式；所述冷却装置包括上下底板和中部的中空圆柱筒，上下底板中心开有供试验件穿过的通孔，中空圆柱筒壁面上开有若干气体引流孔；在控制面板上设置有气嘴，将低温冷却气体通过气嘴引入低温温区中，并通过气体引流孔进入中空圆柱筒内，对中空圆柱筒内部的试验件的试验段提供低温环境。
进一步的，所述冷却装置上下底板的外径与低温温区的箱体内径相同，通过过盈配合或通过间隙配合再加紧固装置的方式实现固定；中空圆柱筒外径小于上下底板的外径，形成环形腔体，并且中空圆柱筒壁面上的气体引流孔也沿轴向和周向均匀分层布置。
进一步的，两个温区内的测温装置均采用热电偶实现；控制面板上设置有电控开关，用于控制加热装置和热电偶的电路通断。
有益效果
本发明提出的力学试验环境箱，在环境箱内部可以提供两个环境温度，满足在同一时刻给试验件不同部位提供不同的温度环境的试验要求。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1力学试验环境箱的剖面图(无试验件)
图2力学试验环境箱的剖面图(有试验件)
图3力学试验环境箱的右视图
图4环境箱的主视图
图5箱体的轴测图
图6加热线圈的轴测图
图7隔热装置的开闭滑块打开状态的轴测图
图8去掉顶盖的隔热装置的开闭滑块打开状态的轴测图
图9隔热装置的开闭滑块闭合状态的轴测图
图10隔热装置的开闭滑块的轴测图
图11隔热装置的底盖的轴测图
图12冷却支撑块的轴测图
图13气嘴的轴测图
图中：1、箱体；2、箱盖；3、加热线圈；4、控制面板；4-1、热电偶；4-2、电控开关；4-3、开闭按钮；4-4、热电偶；5、冷却支撑块；6、气嘴；7、气体引流孔；8、密封隔热装置；8-1、开闭滑块；8-2、弹簧；8-3、顶盖；8-4、底盖。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
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”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。
如图1所示，本发明提出的力学试验环境箱包括箱体1，在箱体的中部安装有密封隔热装置，兼具密封和隔热的作用，将箱体内部分隔为两个不同温度的温区，其中一个温区内安装加热装置和测温装置，另一个温区内安装冷却装置和测温装置。而在密封隔热装置中部设置有可控变径孔，该孔能够在需要时打开，供试验件穿过，并在试验件固定后关闭，起到将两个不同温度温区隔离的作用。在箱体侧壁上具有控制面板4，分别控制加热装置、冷却装置、测温装置以及可控变径孔工作。
具体到本实施例而言，所述密封隔热装置中的可控变径孔的结构设计原理采用类似于相机光圈的二维虹膜开闭机构，通过多个经过特定角度设计的开闭滑块8-1的滑动，实现由多个开闭滑块8-1围成的中心孔孔径的可控变化，并通过结构上的进一步设计，更好的实现隔热。
如图7～图11所示，所述密封隔热装置包括多个开闭滑块8-1，弹簧8-2，顶盖8-3和底盖8-4。所述开闭滑块8-1底部与底盖8-4的接触面上设置有凸起，所述底盖8-4中心具有通孔，用于穿过试验件，在中心通孔周围布置多个滑槽，滑槽与开闭滑块8-1底部凸起匹配，使开闭滑块能够沿滑槽移动；通过设计开闭滑块个数、滑槽方向以及开闭滑块的配合角度，使得所有开闭滑块依次相连，包围形成中心孔，如图7和图8所示，且随着开闭滑块在滑槽上的移动，开闭滑块包围形成的中心孔孔径可变，能够完全闭合，如图9所示。
由于力学试验中，试验件的试验段一般都是圆柱段，因此，为了减小开闭滑块包围形成的中心孔与试验件试验圆柱段之间间隙，可以通过增加开闭滑块个数，或者将相邻开闭滑块之间的配合面设计为曲面的方式来实现减小开闭滑块包围形成的中心孔与试验件试验圆柱段之间间隙，以进一步确保隔热效果。而且，本实施例中，开闭滑块、顶盖和底盖采用轻质隔热材料制成，并在表面铺设隔热材料或喷涂隔热油漆，以进一步达到隔热的效果。
本实施例中，开闭滑块的驱动方式采用弹簧8-2驱动，弹簧8-2一端连接在某一开闭滑块上，另一端连接在控制面板4上的开闭按钮4-3上，当开闭按钮4-3闭合时，弹簧8-2处于压缩状态，使开闭滑块8-1沿着底盖8-4上的滑槽向内滑动，使开闭滑块包围形成的中心孔缩小；当开闭按钮4-3打开时，弹簧8-2处于拉伸状态，使开闭滑块8-1沿着底盖8-4上的滑槽向外滑动，使开闭滑块包围形成的中心孔扩大。
本实施例中，同样考虑到试验件的试验段一般都是圆柱段，所以加热装置3采用螺旋加热线圈，能够套在试验件的试验段上；当然也可以采用辐射加温等其他加热方式。
本实施例中，所述冷却装置采用通气冷却的方式。如图12所示，所述冷却装置包括上下底板和中部的中空圆柱筒，上下底板中心开有供试验件穿过的通孔，中空圆柱筒壁面上开有若干气体引流孔。在控制面板4上设置有气嘴6，将低温冷却气体通过气嘴引入低温温区中，并通过气体引流孔进入中空圆柱筒内，对中空圆柱筒内部的试验件的试验段提供低温环境。
进一步的，本实施例中，冷却装置上下底板的外径与低温温区的箱体内径相同，通过过盈配合或通过间隙配合再加紧固装置的方式实现固定，而中空圆柱筒外径小于上下底板的外径，形成一个环形腔体，并且中空圆柱筒壁面上的气体引流孔也沿轴向和周向均匀分层布置，这样能够减小试验段的温度梯度，给试验段提供一个稳定均匀的环境温度场。
本实施例中，两个温区内的测温装置均采用热电偶实现。为了更加准确的测得试验段的环境温度，加热温区内的热电偶4-1的位置选择靠近试验件的试验段，并位于加热线圈下部，靠近隔热装置的位置，而冷却温区内的热电偶4-4的位置选择靠近试验件的试验段，并位于冷却装置上部，靠近隔热装置的位置，如图1和图2所示。
控制面板4上设置有电控开关，用于控制加热装置3、热电偶4-1以及热电偶4-4的电路通断。
使用本发明时，首先确保开闭按钮4-3打开，使隔热装置8中心开口是打开状态，然后将试验件从箱盖2的上部垂直插入，待位置合适后，关闭开闭按钮4-3，将加热温区和冷却温区隔开。然后打开控制面板4上的电控开关4-2，使热电偶4-1和热电偶4-4正常测温，并将实时温度显示在控制面板4上的显示器上。然后打开连接气嘴6的开关，使冷却气体从气嘴6进入冷却温区，并沿着环形腔从冷却支撑块5上的气体引流孔7流入，对试验件进行冷却。待试验件温度达到试验要求后，将试验机的夹头夹住试验件的上下加持部位即可进行力学试验，如拉伸、压缩、疲劳等力学试验。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种力学试验环境箱，其特征在于：包括箱体，在箱体的中部安装有密封隔热装置，将箱体内部分隔为两个不同温度的温区，其中一个温区内安装加热装置和测温装置，另一个温区内安装冷却装置和测温装置；所述密封隔热装置中部设置有可控变径孔，所述可控变径孔能够在需要时打开，供试验件穿过，并在试验件固定后关闭，将两个不同温度温区密封隔离；在箱体侧壁上具有控制面板，分别控制加热装置、冷却装置、测温装置以及可控变径孔工作。
2.根据权利要求1所述一种力学试验环境箱，其特征在于：所述密封隔热装置采用虹膜机构实现可控变径孔的打开和关闭。
3.根据权利要求2所述一种力学试验环境箱，其特征在于：所述密封隔热装置包括多个开闭滑块，顶盖和底盖；所述开闭滑块底部用于与底盖接触的接触面上设置有凸起；所述底盖中心具有用于穿过试验件的通孔，在通孔周围布置多个滑槽，滑槽与开闭滑块底部凸起匹配，使开闭滑块能够沿滑槽移动；通过设计开闭滑块个数、滑槽方向以及开闭滑块的配合角度，使得所有开闭滑块依次相连，包围形成中心孔，且随着开闭滑块在滑槽上的移动，开闭滑块包围形成的中心孔孔径可变，能够完全闭合。
4.根据权利要求3所述一种力学试验环境箱，其特征在于：所述开闭滑块采用弹簧驱动，弹簧一端连接在某一开闭滑块上，另一端连接在控制面板上的开闭按钮上，当开闭按钮闭合时，弹簧处于压缩状态，使开闭滑块沿着底盖上的滑槽向内滑动，使开闭滑块包围形成的中心孔缩小；当开闭按钮打开时，弹簧处于拉伸状态，使开闭滑块沿着底盖上的滑槽向外滑动，使开闭滑块包围形成的中心孔扩大。
5.根据权利要求3或4所述一种力学试验环境箱，其特征在于：开闭滑块、顶盖和底盖采用轻质隔热材料制成，并在表面铺设隔热材料或喷涂隔热油漆。
6.根据权利要求3所述一种力学试验环境箱，其特征在于：通过增加开闭滑块个数，或者将相邻开闭滑块之间的配合面设计为曲面的方式，实现减小开闭滑块包围形成的中心孔与试验件试验圆柱段之间间隙的目的。
7.根据权利要求1所述一种力学试验环境箱，其特征在于：所述加热装置采用螺旋加热线圈，能够套在试验件的试验段上。
8.根据权利要求1所述一种力学试验环境箱，其特征在于：所述冷却装置采用通气冷却的方式；所述冷却装置包括上下底板和中部的中空圆柱筒，上下底板中心开有供试验件穿过的通孔，中空圆柱筒壁面上开有若干气体引流孔；在控制面板上设置有气嘴，将低温冷却气体通过气嘴引入低温温区中，并通过气体引流孔进入中空圆柱筒内，对中空圆柱筒内部的试验件的试验段提供低温环境。
9.根据权利要求8所述一种力学试验环境箱，其特征在于：所述冷却装置上下底板的外径与低温温区的箱体内径相同，通过过盈配合或通过间隙配合再加紧固装置的方式实现固定；中空圆柱筒外径小于上下底板的外径，形成环形腔体，并且中空圆柱筒壁面上的气体引流孔也沿轴向和周向均匀分层布置。
10.根据权利要求1所述一种力学试验环境箱，其特征在于：两个温区内的测温装置均采用热电偶实现；控制面板上设置有电控开关，用于控制加热装置和热电偶的电路通断。
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| CN115683825A (zh) * | 2022-11-15 | 2023-02-03 | 上海航空材料结构检测股份有限公司 | 一种提供高温湿态环境的力学试验装置及力学试验方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112881155B (zh) | 2024-02-02 |
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