CN113533058A - 流体中的压缩蠕变流动确定 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及流体中的压缩蠕变流动确定。本公开提供了用于在存在流体的情况下的材料的压缩蠕变测试的设备和其使用方法。所述设备包括悬臂臂部，所述悬臂臂部在第一端上被连接到悬臂枢轴，并且在第二端上包括重物保持器；第一压板，所述第一压板经由位于所述第一端和所述第二端之间的旋轴被连接到所述悬臂臂部；贮存器；以及第二压板，所述第二压板被设置在所述贮存器内，并且被定位为当力经由所述重物保持器和所述第一压板被施加于样品时将样品固定在所述第一压板和所述第二压板之间。材料的电性质能够在压缩蠕变测试期间被监测并被测量。

Description

流体中的压缩蠕变流动确定
技术领域
本公开的方面涉及用于对材料执行压缩蠕变测试的系统和方法。
背景技术
各种材料性质只能在长久测试之后被可靠地确定。此类测试可能花费数天、数月或数年，这需要在该时间长度内测试环境和测试设备中的极大一致性以产生可靠的测量。当测试两种材料之间的相互作用或一种材料对另一种材料的影响时，尤其会使测量复杂化。
发明内容
本公开在一方面中提供了一种设备，所述设备包含：悬臂臂部，所述悬臂臂部在第一端上被连接到悬臂枢轴，并且在第二端上包括重物保持器；第一压板，所述第一压板经由位于所述第一端和所述第二端之间的旋轴被连接到所述悬臂臂部；贮存器；以及第二压板，所述第二压板被设置在所述贮存器内，并且被定位为当力经由所述重物保持器和所述第一压板被施加于样品时将样品固定在所述第一压板和所述第二压板之间。
在一个方面中，结合上面或下面的任何示例设备，所述设备进一步包含：压缩互锁件，所述压缩互锁件被配置为将所述悬臂臂部的所述第二端定位在第一高度和第二高度中的一个处，其中：在所述第一高度处，所述第一压板被定位为将经由所述重物保持器施加的所述力传递到被定位在所述第二压板上的样品，并且在所述第二高度处，所述第一压板被定位为不将经由所述重物保持器被施加的所述力传递到被定位在所述第二压板上的样品。
在一个方面中，结合上面或下面的任何示例设备，所述第一压板和所述第二压板分别限定第一平坦表面和第二平坦表面，所述第一平坦表面和第二平坦表面被配置为接触比所述第一压板或所述第二压板更小横截面的样品。
在一个方面中，结合上面或下面的任何示例设备，所述第一压板或所述第二压板中的至少一个包括膨胀测量仪。
在一个方面中，结合上面或下面的任何示例设备，所述贮存器进一步包含：流体池，所述第二压板被设置在所述流体池中，其中所述流体池延伸到比被保持在所述第一压板和所述第二压板之间的样品的高度更大的第一高度；流体进口，所述流体进口被设置在处于所述第一高度处或之上的第二高度处，其中所述流体进口被配置为允许流体流入所述流体池；以及流体出口，所述流体出口被设置在处于所述第一高度处或之上且在所述第二高度处或之下的第三高度处，其中所述流体出口被配置为允许流体从所述流体池中流出。
在一个方面中，结合上面或下面的任何示例设备，所述旋轴被配置为当所述样品在经由所述重物保持器和所述第一压板被施加的所述力下变形时保持所述第一压板与被保持在所述第一压板和所述第二压板之间的样品接触。
在一个方面中，结合上面或下面的任何示例设备，所述设备进一步包含：测电计，所述测电计被限定在所述贮存器中，并被配置为当所述第一压板与所述第二压板电隔离时测量被保持在所述第一压板和所述第二压板之间的所述样品的电方面。
本公开在一方面中提供了一种装置，所述装置包含：贮存器，所述贮存器包括流体池，第一压板、被定位在所述第一压板上的样品和上升至在所述样品的上表面之上的流体液位的流体被包括在所述流体池中；悬臂，所述悬臂包括：安装件，所述安装件被安装到所述贮存器被设置在其上的表面，并且包括枢轴；悬臂臂部，所述悬臂臂部在第一端上被连接到所述枢轴，在与所述第一端相对的第二端上包括重物保持器，并且在所述第一端和所述第二端之间包括旋轴；以及第二压板，所述第二压板被连接到所述旋轴，并且经由被施加于所述第二端的向下力被保持与所述样品的所述上表面接触以将压缩载荷传递到所述样品。
在一个方面中，结合上面或下面的任何示例装置，所述流体是去离子水、喷射燃料和液压流体中的一种。
在一个方面中，结合上面或下面的任何示例装置，所述样品由具有比所述第一压板和所述第二压板更低硬度的聚合物材料制成。
在一个方面中，结合上面或下面的任何示例装置，所述装置进一步包含测电计，所述测电计被设置在所述贮存器中，并且被配置为测量跨所述样品的电方面。
在一个方面中，结合上面或下面的任何示例装置，所述装置进一步包含流体液位传感器，所述流体液位传感器被配置为当流体液位在所述样品的所述上表面处或之下时生成警报。
在一个方面中，结合上面或下面的任何示例装置，其中所述贮存器进一步包含：流体进口，所述流体进口被配置为将流体沉积到所述贮存器内；以及流体出口，所述流体出口被配置为从所述贮存器移除流体，其中所述流体出口被设置在所述样品的所述上表面之上的出口高度处。
在一个方面中，结合上面或下面的任何示例装置，所述装置进一步包含测试腔室，所述测试腔室被配置为控制所述贮存器被设置在其中的环境的温度。
在一个方面中，结合上面或下面的任何示例装置，所述重物保持器包含定位销，所述定位销被配置为接收并将一个或更多个预定重量的一个或更多个重物保持在适当位置中。
在一个方面中，结合上面或下面的任何示例装置，通过所述重物保持器保持的所述一个或更多个重物基于所述悬臂臂部的长度、所述枢轴和所述第二端之间的距离、以及要施加的所述压缩载荷的期望水平来进行选择。
本公开在一个方面中提供了一种方法，所述方法包含：将给定材料的样品放置在第一压板和第二压板之间，其中：所述第一压板的横截面面积和所述第二压板的横截面面积大于所述样品的横截面面积，并且所述样品被设置在贮存器中；用流体填充所述贮存器以浸没所述贮存器内的所述样品；将载荷施加于被连接到所述第一压板的悬臂臂部，以将所述第一压板和所述第二压板之间的压缩力赋予所述样品；响应于预定时间长度逝去，测量所述样品的第二高度和第二横截面面积；以及指示所述给定材料在存在所述流体的情况下的蠕变速率。
在一个方面中，结合上面或下面的任何示例方法，所述方法进一步包含：测量所述悬臂臂部和所述第一压板之间的力。
在一个方面中，结合上面或下面的任何示例方法，所述方法进一步包含：在所述预定时间长度内监测所述流体的液位；以及响应于所述流体的所述水平降至预定水平，将另外的流体添加到所述贮存器以保持所述样品被浸没。
在一个方面中，结合上面或下面的任何示例方法，所述方法进一步包含：测量所述第一压板和所述第二压板之间的所述样品的电方面。
附图说明
为了能够详细理解本公开的上述特征，可以通过参考其中一些图示于附图中的方面来获得上面简要概述的本公开的更具体的描述。
图1A是根据本公开的方面的将载荷施加于样品的蠕变测试夹具的侧视图。
图1B是根据本公开的方面的未将载荷施加于样品的蠕变测试夹具的侧视图。
图1C是根据本公开的方面的蠕变测试夹具的俯视图。
图2A-2D图示了根据本公开的方面的压板的详细视图。
图3图示了根据本公开的方面的贮存器的剖视图。
图4是根据本公开的方面的用于使用蠕变测试夹具对样品进行蠕变测试的方法的流程图。
具体实施方式
本公开提供了被配置为通过将恒定静态压缩载荷施加于要被测量的材料的样品来提供用于测量材料的蠕变速率(也被称为冷态流动)的一致测试环境的测试设备。在各种方面中，样品被保持在容纳流体的贮存器中，并且样品在两个压板之间被压缩，在测试过程中通过两个压板将已知的压缩力均匀地且一致地施加于样品。贮存器维持保持样品被浸没在流体中的流体液位，并且测试设备被维持在具有受控温度和湿度的腔室或其他环境中。流体可以被循环和/或随着时间被更换。另外，可以跨样品施加电势以在存在流体和/或电流的情况下检测蠕变速率。
图1A和1B是根据本公开的方面的施加载荷(按照图1A)和未施加载荷(按照图1B)的蠕变测试夹具100的方面的侧视图。在该方面中，蠕变测试夹具100包括悬臂臂部110、被包括在安装件120中的悬臂枢轴121、贮存器130、被选择性地添加/从蠕变测试夹具100移除的一个或更多个重物140、第一压板150a和第二压板150b(统称为压板150)。在一些方面中，蠕变测试夹具100可选地包括压缩互锁件160、贮存器流体液位传感器170和底座180中的一个或更多个。
还图示了被定位在压板150之间的样品190。在各种方面中，样品190基于压板150的尺寸和形状以及压板150之间的距离被限定为给定尺寸和形状的材料，而且也可以基于材料中的纹理方向进行限定(例如，相对于被施加于样品190的压缩力的方向平行、垂直或以另一预定角度)。
在图1A中，重物140被保持在重物保持器111上，并且压缩互锁件160被分离，因此允许重力和悬臂臂部110相对于枢轴121、152的杠杆作用通过压板150将压缩力施加于样品190。
在图1B中，操作者已经移除重物140(或尚未将重物140添加到重物保持器111)并且压缩互锁件160被接合，因此通过保持悬臂臂部110(并且由此第一压板150a)远离样品190而防止压板150a将压缩力施加于样品190。
另外在图1A和1B中，描绘了贮存器130没有流体的情况以便不混淆蠕变测试夹具100的部件和样品190的定位。在各种方面中，蠕变测试夹具100可以在贮存器130中没有流体的情况下被使用。
在包括底座180的方面中，安装件120和贮存器130能够被安装到底座180，底座180为被包括在其中或被连接到其的元件的高度提供共同的参考点。底座180能够被安装到平台(例如，桌子、工作台、测试架)。在各种方面中，底座180平行于水平面被安装到平台，以确保蠕变测试夹具100将基本上竖直的(即，与重力对准)压缩力施加于样品190。在其他方面中，底座180能够以到水平面的预定偏移被安装到平台，以确保蠕变测试夹具100在具有剪切分量的情况下将压缩力施加于样品190，或使得被保持在贮存器130中的流体沿给定方向从贮存器130中流出。在不包括底座180的方面中，安装件120和贮存器130(并且如果包括的话，压缩互锁件160)能够在具有相同或不同高度并且相对于水平面对准的情况下被安装到单独的平台。
悬臂臂部110在第一端上被连接到安装件120的悬臂枢轴121，悬臂臂部110能够围绕悬臂枢轴121旋转或摆动。安装件120被提供为将悬臂枢轴121(并且由此悬臂臂部110的第一端)定位在相对于贮存器130的已知高度和位置处，以对准用于压缩样品190的压板150。悬臂臂部110包括在悬臂枢轴121远侧的第二端上的重物保持器111，重物保持器111被配置为保持各种尺寸/重量的一个或更多个重物140。在一些方面中，重物保持器111是定位销，并且重物140包括定位销被插入通过以将重物140中的一个或更多个捕获在悬臂臂部110的第二端上的通孔。在其他方面中，重物保持器111可以包括磁性紧固件、螺钉/螺栓紧固件、杯状保持器、水平杆等，以接收用于在蠕变测试期间使用的用户选定数量和类型的重物140。操作者因此能够依据由重物保持器111保持的重量的量、悬臂臂部110的长度以及悬臂枢轴121和与第一压板150a的连接点之间的相对距离来调整要施加于样品190的压缩力的量。
重物140可以包括各种形状和尺寸的已知重量的各种部件。在图示的方面中，重物140被提供有彼此相对的两个平坦表面以允许多个重物140被堆叠在一起。另外，重物140被图示为包括通孔，以允许重物140被固定到重物保持器111，并且在被安装时彼此对准。在各种方面中，两个或更多个重物140以不同的已知质量/重量(即，X kg和Y kg，其中X≠Y)来提供，以允许操作者选择期望的总质量/重量(例如，X+Y kg)来安装在悬臂臂部110上从而针对蠕变测试的持续期间将期望的力施加在样品190上。术语质量和重量能够在本文中被可互换地用来指代已知质量的重物140以当被安装在蠕变测试夹具100中时提供已知量的压缩力(例如，X kg的重物140提供Y牛顿(N)的向下力，但是X kg可以被称为重物140的‘重量’或‘质量’)。
在包括压缩互锁件160的方面中，取决于压缩互锁件160是被分离(按照图1A)还是被接合(按照图1B)，相应地允许悬臂臂部110向下摆动以将压缩力施加于压板150之间的样品190或防止悬臂臂部110向下摆动而将压缩力施加于压板150之间的样品190。例如，当压缩互锁件160被接合时，压缩互锁件160被固定在适当位置中，使得阻止第一压板150a在第二压板150b的预定距离内(例如，在压板150之间限定一间隙)。相比之下，当压缩互锁件160被分离时，第一压板150a能够接触第二压板150b(或压缩被保持在其之间的样品190)。在不包括压缩互锁件160的方面中，操作者可以将临时互锁件定位在悬臂臂部110下以将重物140加载到重物保持器111上，或可以以另外的方式保持悬臂臂部110使得直到蠕变测试准备好开始才将通过压板150将压缩力施加于样品190。
第一压板150a(也被称为上压板或移动压板)经由压板臂部151被连接到悬臂臂部110，压板臂部151具有沿着悬臂臂部110的长度中间地(即，在第一端与第二端之间)定位的第一旋轴或枢转接头152a(一般称为枢转接头152)。在一些方面中，压板臂部151是第一压板150a的延伸部。在其他方面中，压板臂部151是与第一压板150a分开的部件，并且通过第二旋轴或枢转接头152b被连接到第一压板150a。在一些方面中，压板臂部151包括被配置为测量悬臂臂部110与第一压板150a之间的力以允许校准被施加于样品190的力以及提供用于快速作用于经历蠕变测试的样品190的载荷的开始时间的测力计。当悬臂臂部110被上升或下降时，第一压板150a围绕(一个或更多个)枢转接头152反向旋转，使得第一压板150a的接触表面保持在与第二压板150b的接触表面的始终如一(大致)平行的平面中。第一压板150a还具有允许第一压板150a对准第一和第二压板150a、150b的平面的自对准特征。第二压板150b(也被称为下压板或固定压板)被设置在贮存器130内，并且被定位且与第一压板150a对准，使得当(例如，通过压缩互锁件160)允许悬臂臂部110通过压板150施加向下力时压板150能够将样品固定在其之间。关于图2更详细地讨论了压板150。
贮存器130包括限定流体池132的一个或更多个壁131，压板150和固定的样品190在蠕变测试期间被保持在流体池132中。尽管在图中被图示为大致矩形横截面，但是贮存器130也能够被提供有任何数量的不同横截面形状，包括但不限于：圆形形状、卵形形状、三角形形状、五边形形状、其他多边形形状以及其他不规则形状。关于图3更详细地讨论了贮存器130。
在一些方面中，流体液位传感器170被提供在贮存器130中以当贮存器130中的流体偏离期望流体液位时发出信号。流体液位传感器170包括电子传感器以及物理传感器或指示器，诸如被连接到根据贮存器130中的流体液位上升或下降的控制杠杆的线轴或漂浮物。在一些方面中，当流体下降到样品190的上表面或样品190的上表面之下时，流体液位传感器170生成发出使流体源为贮存器130提供另外流体的信号和/或向测试操作者指示流体液位已经下降的警报。在一些方面中，当流体上升至预定流体液位之上时，流体液位传感器170操作或接合流体出口以从贮存器130排出过多流体(例如，从而防止溢出)。
在一些方面中，(图2D中图示的)测电计175被连接到第一压板150a和第二压板150b以测量样品190的电方面。在一些方面中，样品190将压板150彼此隔离开，而在其他方面中，压板150中的一个或更多个的表面上的提供用于自对准的润滑和电阻的涂层(例如，类金刚石涂层(DLC))提供电隔离。在一些方面中，测电计175是被设计为在交流电(AC)(包括在射频下)或直流电(DC)的情况下测量电阻、导电性、阻抗、电压击穿等中的一个或更多个的多用计或专用计(例如，欧姆计、伏特计)。测电计175被配置为考虑被完全或部分地浸没在流体中的样品190和流体对被测量电方面的影响。测电计175随着时间测量(一个或更多个)电方面的值以确定流体和蠕变对样品190的材料的影响。
尽管未图示，但是蠕变测试夹具100能够单独地或与其他蠕变测试夹具100以及相关联的控制和测量硬件一起被放置在测试腔室中。测试腔室提供用于执行蠕变测试的受控环境，所述受控环境能够包括控制器温度和/或大气(例如，预定压力和气体/大气成分中的一个或更多个)。在一些方面中，控制和测量硬件包括流体箱、管道和泵以用指定流体将流体贮存器130填充到指定流体液位并且维持该流体液位。测试腔室还能够包括各种温度控制装置(例如，加热器、制冷器、空气调节装置)以维持大气和/或流体中的期望温度。另外，测试腔室能够包括电源以为控制和测量硬件、灯、测电计175等提供电力。
图1C是根据本公开的方面的蠕变测试夹具100的俯视图。图1C图示了与压板150连接并且被设置在样品190周围的多个传感器153。在一些方面中，传感器153可以与上压板150a或悬臂臂部110安装在一起并且接触下压板150b，以在样品190变形时测量上压板150a相对于下压板150b的行进。在一些方面中，传感器153可以与下压板150b或贮存器130安置在一起并且接触上压板150a，以在样品190变形时测量上压板150a相对于下压板150b的行进。传感器153可以以规律或不规律间隔被设置在样品190周围，并且在各种方面中可以使用多于或少于图1C中图示的三个传感器153。在一些方面中，传感器153是线性可变差动换能器(LVDT)，但是在各种方面中可以结合或代替LVDT传感器使用其他距离计量器(例如，测距仪、直尺)。
图2A图示了根据本公开的方面的具有平坦表面以接合样品190的压板150的详细视图。压板150由比要被测试样品190的材料更硬的材料制成，并且可以被提供有各种厚度210a、b以将压板150a、b的面220a、b设置在相对于贮存器130的各种高度处。例如，样品190能够是比压板150的材料(例如，钢、钨、钛)更低硬度的聚合物材料(例如，
Figure BDA0002961673950000081
可从特拉华州威尔明顿市的Chemours公司获得)。在另一示例中，下压板150b可以被提供在Xcm或Ycm的厚度210b处以从贮存器130的地板向上延伸到不同的高度。类似地，上压板150a可以被提供在Xcm或Ycm的厚度210a处以延伸进入贮存器130至不同的深度。另外地或替代地，压板臂部151的长度能够被提供在不同的长度处以将上压板150a延伸到贮存器130中的不同深度。尽管被图示为具有基本上圆柱形形状，压板150可以以各种形状被形成，包括但不限于矩形和其他规则形状的棱柱和不规则形状的棱柱。
下压板150b可以经由与面220b相对的侧面上的螺钉安装件(未图示)被固定在贮存器130内的适当位置中，并且可以经由粘合剂、焊接、钎焊或其他永久性接头被附接在贮存器130中。螺钉安装件一般可以包括被限定在下压板150b的主体中的母螺纹和被包括在贮存器130中的公螺纹，或经由从下压板150b延伸的螺栓或螺钉上的公螺纹来与被限定在贮存器130中的母螺纹接合。螺钉安装件允许操作者针对(例如，用于面220b的不同材料、厚度210b、设计的)不同测试替换不同的下压板150b或更换磨损的压板150b。粘合剂、焊接或钎焊接合将下压板150b永久地固定在适当位置中，并且与螺钉安装件相比，可以更稳定或促进便于制造。
上压板150a可以被永久地或暂时地附接到与面220a相对的侧面上的托架230。在一些方面中，托架230限定一个或更多个通孔，销231能够被插入到一个或更多个通孔内以限定具有正交于悬臂臂部110的长轴线的旋转轴线的枢转接头152。在其他方面中，托架230限定了限定枢转接头152的球接头(或其他多轴接头)或铰链。在一些方面中，托架230限定压板臂部151，并且被连接到悬臂臂部110以限定第一枢转接头152a。在其他方面中，托架230与单独的压板臂部151接合以与销231一起限定第二枢转接头152b。
压板150的面220是被配置为在蠕变测试期间接触并保持样品190在适当位置中的大致平坦表面(但从其限定的任何凹槽或齿240除外)。尽管在图中一般被图示为具有比样品190更大的横截面面积，但是在一些方面中，压板150具有比样品190更小的横截面面积。类似地，尽管在图中一般被图示为具有同样尺寸和形状的面220，但是本公开设想了第一压板150a和第二压板150b可以具有与彼此不同的尺寸和/或形状的面220a、b。
在各种方面中，压板150(或至少下压板150b)的面220包括指示相距面220的中心点的距离的一个或更多个标记221。操作者能够使用标记221将样品190对准在面220的中心上，和/或判断样品190在压缩下已经变形多少或是否开始变形。标记221能够被形成为被切割或蚀刻到压板150内的凹槽或为面220上的不同颜色梯度。在相距彼此的刻度距离处包括若干标记221的方面中，标记221能够限定测量样品190已经在蠕变测试期间伸展或流动多少的膨胀测量仪。
压板150还能够(可选地)包括从压板150的周边和/或面220延伸的一个或更多个齿240。齿240从面220延伸已知的距离。在各种方面中，一个或两个压板150能够包括齿240，并且一个或两个压板150能够不包括齿240。当利用已知高度的样品190开始蠕变测试时，操作者将会知道齿240与相对压板150的面220之间的初始距离(例如，第二压板150b上的齿240远离第一压板150a的面220a X mm)。因此，当样品190在压缩下变形时，操作者能够测量各种齿240和/或面220a、b之间的新的距离以确定样品190已经变形多少。类似地，通过在围绕样品190以规律间隔被隔开的若干齿240处测量这种距离，操作者能够通过比较不同齿240之间的距离的变化来确定样品190正在如何均匀地变形。在一些方面中，齿240为传感器153提供接触点。
有利地，通过测量压板150(包括通过齿240指示的已知点处)之间的距离的变化，测试操作者能够在不从蠕变测试夹具100移除样品190的情况下测量材料的蠕变速率。因此，蠕变速率的测量能够在蠕变测试期间的中间时间进行而无需中断蠕变测试或触碰样品190。
另外地或替代地，齿240能够帮助将样品190捕获在压板150之间；防止样品190由于剪切力而从压板150之间的中心位置移动和/或由于蠕变测试过程中的不均匀变形而不均匀压缩。
在各种方面中，上和下压板150的齿240能够被布置在相应的压板150上以当压板150接触时接合彼此或避免与彼此接合。例如，当样品190从压板150之间移除时，压板150的成对齿240可以彼此接合，以防止压板150的相应面220触碰。在另一示例中，压板150的齿240可以与相对压板150的面220接合以防止压板150的相应面220触碰，在其他方面中，齿240能够被布置为不与相对压板150的齿240或面220接合(例如，被限定在相对压板150的周边外面或与被限定在相对压板150的主体中的凹槽或腔接合)。如所图示的，齿240在形状上是基本上圆柱形的，但是本公开构想了具有各种形状的齿240，包括但不限于具有平坦上表面的矩形或其他规则形状的棱柱、或卵形、棱椎形、圆锥形、以及具有尖的上表面或点的其他棱柱。
图2B图示了根据本公开的方面的包括被配置为接合并固定样品190的杯状件250的压板150的详细视图。类似于图2A中图示的平坦表面压板150，杯状压板150由比要被测试的样品190更硬的材料制成，并且可以被提供有各种厚度210a、b以将压板150a、b的面220a、b设置在相对于贮存器130的各种高度处。另外地或替代地，杯状件250能够被限定在相对于压板150的面220的不同深度处，以将样品190的不同部分保持在贮存器130中的不同高度处。尽管被图示为具有基本上半球形形状(包括比球体的一半更小的弧形截面)，杯状件250可以以各种形状被形成，包括但不限于半圆柱形、矩形和其他规则形状的棱柱以及不规则形状的棱柱。
操作者可以自由地在如图2A和2B中分别示出的平坦表面压板150和杯状压板150之间进行选择。在一些方面中，上压板150a是平坦表面压板150和杯状压板150中的第一个，并且下压板150b是平坦表面压板150和杯状压板150中的第二个；从而允许操作者在单个蠕变测试夹具100中组合两种类型的压板150。类似地，都是杯状压板150的上压板150a和下压板150b可以限定不同形状的杯状件250以容纳不规则形状的样品190。例如，“冰淇淋锥形”形状的样品190可以使用具有圆锥形或棱锥形杯状件250的下压板150b和具有半球形杯状件250的上压板150a。
图2C图示了根据本公开的方面的捕获样品190的两个杯状压板150的横截面。杯状件250的尺寸和形状基于要在蠕变测试夹具100中被测试的样品190的尺寸和形状进行配置，并且样品190的各种部分可以从杯状件250突出。当杯状件250中的一个或更多个通过弧形表面(例如，具有大致半球形或半圆柱形横截面)来限定时，杯状件250和样品190相互作用以提供考虑蠕变测试期间的样品190中的任何材料变形的自对准接头260。尽管未图示，压板150也可以包括用于能够帮助将样品190固定在压板之间的压缩弹簧或夹子的各种连接点。
图3图示了根据本公开的方面的贮存器130的剖视图。贮存器130被设计为保持流体，其中样品190在蠕变测试期间被浸没。在各种方面中，流体能够是水(去离子水、掺杂有特定离子的水、海水、饮用水等)、乙醇、润滑剂(例如，各种类型的油)、冷却剂或制冷剂(例如，液氮、氟利昂)、燃料或推进剂(例如，喷射燃料、汽油、煤油、液氧)、液压流体、其混合物和其他感兴趣流体。
壁131提供流体屏障以容纳样品190在蠕变测试期间被(完全或部分地)浸没在其中的流体。贮存器130的底板或底部表面能够可选地由底座180的表面或由贮存器130下侧上的专用壁来提供，壁131被附接到底座180的表面。提供了具有比第二压板150b和样品190(当被包括时)的组合高度更大的高度的壁131，使得被保持在流体池132中的流体能够浸没样品190(即，流体液位至少覆盖流体中的样品190的期望部分)。
流体进口310被限定在贮存器130的第一高度或进口高度(HI)处，其在样品190的上表面位于的高度(HS)处或之上。流体进口310被配置为允许流体(例如，经由一个或更多个泵和来自流体箱的相关联的管、与不同蠕变测试夹具100相关联的第二贮存器130的流体出口320)从外部源流入流体池132。在各种方面中，流体的流动可以是恒定的，可以是反应的(例如，响应于流体液位降至阈值之下)，或可以是周期性的(例如，沉积X mL一天一次)。
流体出口320被设置在贮存器中的第二高度或出口高度(HO)处，所述第二或出口高度能够是在样品190的上表面位于的高度(HS)处或之上、或在当流体进口310将恒定的流体流提供到贮存器内时样品190位于的高度处或之下。在各种方面中，流体出口320被定位在与流体进口310相同的高度处、在流体进口310的高度之下，或在流体进口310的高度之上(例如，作为溢出出口)。流体出口320被配置为允许流体从流体池132流出，并且可以(经由一个或更多个管)被联接到流体处置箱、用于外部源的再循环过滤器、不同蠕变测试夹具100的贮存器130等。
在各种方面中，多个流体出口320出于不同目的而被提供在不同的高度处，并且流体出口320中的一个或更多个可以被选择性地禁用(即，防止流动)。例如，第一流体出口320可以位于贮存器130的底部处作为在蠕变测试期间被堵塞或禁用但是在蠕变测试结束时被打开以从贮存器130移除流体的排水口。继续该示例，第二流体出口320可以位于贮存器130的顶部处或附近作为在过多流体被添加到贮存器130的情况下防止流体溢出贮存器130的溢出出口。
在一些方面中，流体出口320位于贮存器130中的相对于流体进口310的位置处以确保流体在样品190上面流动。例如，流体进口310和流体出口320位于贮存器130的相对于样品190的相对侧面上。在其他方面中，流体出口320位于贮存器130中的相对于流体进口310的位置处以确保流体基本上停滞在样品190上面。例如，流体进口310和流体出口320位于彼此附近，以将流体液位维持在样品190的上表面之上且在贮存器130的壁131的最大高度之下，该流体液位最小化流体池132内的流体的移动同时维持期望的流体液位。
图4是根据本公开的方面的用于使用蠕变测试夹具100对样品190进行蠕变测试的方法400的流程图。可以在共同的环境中使用不同或不同的样品190和相同或不同的重物140使用若干蠕变测试夹具100并行地执行方法400。例如，一个或若干蠕变测试夹具100可以被放置在受控环境腔室中直到预定的时间长度以在类似的条件下测量材料的蠕变。
方法400以方框410开始，在方框410处将样品190放置在蠕变测试夹具100的下压板150b上。在各种方面中，样品190是要放置在蠕变测试下的预定尺寸和形状的材料，测试操作者以期望的取向将样品190放置在下压板150b的中心上(例如，沿期望的取向定位材料纹理，将指示的顶部朝上放置等)。下压板150b能够包括各种对准特征，诸如，例如，齿240或标记221使得测试操作者能够准确地将样品190定位在下压板150b的面220上。测试操作者然后闭合蠕变测试夹具100以将样品190固定在下压板150b与上压板150a之间。
在方框420处，测试操作者用样品190要在其中被压缩的流体填充贮存器130，并且设置用于在蠕变测试期间使用的环境条件。在各种方面中，流体经由流体进口310填充贮存器，而在其他方面中，测试操作者可以通过将流体倒入贮存器130来填充贮存器130。流体将贮存器130填充至浸没样品190的水平。在各种方面中，方框410和420的顺序可以被颠倒，或方框410能够在方框420之后被重复以在流体已经将贮存器130填充至期望流体液位之后调整样品190位于的位置。测试操作者还设置用于在蠕变测试期间使用的环境条件，这能够包括激活温度和大气控制器以将腔室的侧视环境维持在预定的温度范围内和/或维持大气压力和/或成分。如将会意识到的，蠕变测试夹具100能够在贮存器130中没有液体的情况下使用(例如，使用气态流体或真空)，并且方框420可以通过设置测试腔室来执行，其中蠕变测试夹具100被保持至预定的大气和温度。
在方框430处，测试操作者将压缩载荷施加于样品190。测试操作者选择要固定到悬臂臂部110的适当数量的重物140，以将压板150之间的期望压缩力施加到样品190。测试操作者考虑悬臂臂部110的力学优点(基于重物140被施加于的地方和悬臂臂部110位于的旋轴的相对距离)来选择要固定到重物保持器111的重物140的量，以由此施加期望的压缩力。一旦适当数量的重物140被固定，测试操作者就将上压板150a置于与样品190接触，并且允许压缩力在压板150与样品190之间被传递(例如，通过分离压缩互锁件160，使悬臂臂部110下降等)。
在方框440处，测试操作者确定自将压力载荷施加于样品190(按照方框430)的时间量是否满足阈值时间量。在各种方面中，阈值时间量能够是执行蠕变测试的预定时间量，或可以是蠕变测试期间的要进行的蠕变速率的中间测量的里程碑/转折点(milestone)或中间时间。当逝去的时间量不满足阈值时，方法400在返回到用于以后时间的后续确定的方框440之前遍历前进通过方框450-470。否则，当逝去的时间量满足阈值时，方法400前进到方框480，其中方法400可以可选地结束或返回到用于在以后时间的后续确定的方框440。在各种方面中，方法400也在前进到方框480时前进到方框450-470；方框440-470可以在蠕变测试期间不断地并且独立于方框480是否执行而被执行。
在方框450处，测试操作者控制蠕变测试夹具100被设置在其中的温度和大气。例如，测试环境可以在测试腔室中被维持在已知温度范围处、具有已知气体成分(例如，X％潮湿空气、氩气、氮气)、在预定压力(例如，标准海平面压力、用于飞行器的巡航舱压力、用于部件的操作压力)下。测试腔室能够一次容纳一个或更多个蠕变测试夹具100，因此允许测试操作者在类似的温度和大气条件下并行地执行若干蠕变测试。
在方框460处，测试操作者监测并调整贮存器130中的流体。测试操作者监测并调整贮存器130中的流体液位，通过调整流体进入和/或离开贮存器130的速率以保持样品190被浸没从而弥补由于蒸发、芯吸或外流的损失。在各种方面中，流体进口310和出口320的定位以及流体被添加到贮存器的(一次或多次)次数和速率确保样品190保持被浸没。另外地或替代地，测试操作者监测并调整贮存器130中或流体源中的流体的温度以将流体维持在期望的温度处。
在方框470处，测试操作者(可选地)测量样品190的电方面。在各种方面中，测试操作者在交流电AC或直流电DC的情况下测量电阻、导电性、阻抗、电压击穿等中的一个或更多个。测电计175被配置为考虑被完全或部分地浸没在流体中的样品190和流体对被测量电方面的影响。测电计175随着时间测量(一个或更多个)电方面的值以确定流体和蠕变对样品190的材料的影响，并且可以记录以一速率测量的值以在蠕变测试的寿命内收集多个值。
在方框480处，测试操作者在自载荷被施加于样品190以后已经逝去的时间长度期间测量样品190的蠕变速率。在各种方面中，为了指示样品190的给定材料在用来填充贮存器130(按照方框420)的给定流体的存在的情况下的蠕变速率，测试操作者测量样品190的高度和横截面面积。在各种方面中，测试操作者测量压板150的面220(和其中的自基于样品190的初始高度的初始距离的任何变化)和/或压板150的齿240之间的距离，以帮助识别样品190的高度而无需从样品190移除压缩力。在一些方面中，测试操作者测量样品190在压板150的面220上的一个或更多个标记221上面的伸展，以识别样品190的横截面面积而无需从样品190移除压缩力。当逝去的时间长度对应于用于蠕变测试的预定时间量时，方法400可以在方框480处结束，否则返回到方框440以便进行另外的监测。
在本公开中，参照了各方面。然而，应该理解，本公开不限于所描述的特定方面。相反，以下特征和元素的任何组合无论是否与不同的方面有关均被设想为实现和实践本文所提供的教导。另外，当各方面的元素以“A和B中的至少一个”的形式描述时，将理解，仅包括元素A、仅包括元素B以及包括元素A和B的方面均被设想。此外，尽管一些方面可以实现优于其他可能解决方案和/或优于现有技术的优点，但是否通过给定方面实现特定优点并非对本公开进行限制。因此，本文所公开的方面、特征、方面和优点仅是说明性的，不被认为是所附权利要求的元素或限制，除非在权利要求中明确地说明。同样，对“本发明”的引用不应被解释为本文所公开的任何发明主题的概括，并且除了在权利要求中明确地陈述之外，不应被视为所附权利要求的元素或限制。
本领域技术人员将理解，本文所描述的方面可以被具体实现为一种系统、方法或计算机程序产品。因此，各方面可以采取全硬件方面、全软件方面(包括固件、常驻软件、微码等)或者将软件和硬件方面组合的方面的形式，软件和硬件方面在本文中通常可以全部称为“电路”、“模块”或“系统”。另外，本文所描述的方面可以采取呈现在一个或更多个计算机可读存储介质中的计算机程序产品的形式，一个或更多个计算机可读存储介质具有呈现在其上的计算机可读程序代码。
在计算机可读存储介质上具体实现的程序代码可以使用任何适当的介质来发送，包括(但不限于)无线、有线、光纤线缆、RF等或者前述的任何合适的组合。
用于实现本公开的各方面的操作的计算机程序代码可以按照一个或更多个编程语言的任何组合编写，包括面向对象的编程语言(例如，Java、Smalltalk、C++等)以及传统过程编程语言(例如，“C”编程语言或类似的编程语言)。程序代码可以完全在用户的计算机上执行、部分地在用户的计算机上执行，作为独立软件包部分地在用户的计算机上执行并且部分地在远程计算机上执行，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情形中，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接至用户的计算机，或者可以对外部计算机(例如，通过利用互联网服务提供商的互联网)进行连接。
本文中参照根据本公开的各方面的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图描述了本公开的各方面。将理解，流程图图示和/或框图的各个方框以及流程图图示和/或框图中的方框的组合能够由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以生成机器指令，使得经由计算机的处理器或其他可编程数据处理设备执行的指令创建用于实现流程图图示和/或框图的方框中所指定的功能/动作的手段。
这些计算机程序指令也可以被存储在计算机可读介质中，其能够指导计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置按照特定方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令生成包括实现流程图图示和/或框图的方框中所指定的功能/动作的指令的制品。
计算机程序指令也可以被加载到计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置上以使得在计算机、其他可编程设备或其他装置上执行一系列操作步骤以生成计算机实施的处理，使得在计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置上执行的指令提供用于实现流程图图示和/或框图方框中所指定的功能/动作的处理。
附图中的流程图图示和框图图示根据本公开的各方面的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能和操作。在这方面，流程图图示或框图中的各个方框可以表示模块、段或代码部分，其包括用于实现(一个或更多个)指定的逻辑功能的一个或更多个可执行指令。还应该注意的是，在一些另选实现方式中，方框中标明的功能可以不按图中所标明的顺序发生。例如，根据所涉及的功能，连续示出的两个方框实际上可以基本上同时执行，或者方框有时可以按照相反的顺序或不按顺序执行。还将注意的是，框图和/或流程图图示中的各个方框以及框图和/或流程图图示中的方框的组合能够由执行指定的功能或动作的基于专用硬件的系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。
另外，本公开包含根据以下条款的实施例：
条款1.一种设备，包含：
悬臂臂部(110)，所述悬臂臂部(110)在第一端上被连接到悬臂枢轴(121)，并且在第二端上包括重物保持器(111)；
第一压板(150a)，所述第一压板(150a)经由位于所述第一端和所述第二端之间的旋轴(152)被连接到所述悬臂臂部；
贮存器(130)；以及
第二压板(150b)，所述第二压板(150b)被设置在所述贮存器内，并且被定位为当力经由所述重物保持器和所述第一压板被施加于样品时将样品固定在所述第一压板和所述第二压板之间。
条款2.根据条款1所述的设备，进一步包含：
压缩互锁件(160)，所述压缩互锁件(160)被配置为将所述悬臂臂部的所述第二端定位在第一高度和第二高度中的一个处，其中：
在所述第一高度处，所述第一压板被定位为将经由所述重物保持器被施加的所述力传递到被定位在所述第二压板上的样品，并且
在所述第二高度处，所述第一压板被定位为不将经由所述重物保持器被施加的所述力传递到被定位在所述第二压板上的样品。
条款3.根据条款1所述的设备，其中所述第一压板和所述第二压板分别限定第一平坦表面(220a)和第二平坦表面(220b)，所述第一平坦表面(220a)和第二平坦表面(220b)被配置为接触比所述第一压板或所述第二压板更小的横截面面积的样品。
条款4.根据条款3所述的设备，其中所述第一压板或所述第二压板中的至少一个包括膨胀测量仪。
条款5.根据条款1所述的设备，其中所述贮存器进一步包含：
流体池(132)，所述第二压板被设置在所述流体池(132)中，其中所述流体池延伸到比被保持在所述第一压板和所述第二压板之间的样品的高度更大的第一高度；
流体进口(310)，所述流体进口(310)被设置在处于所述第一高度处或之上的第二高度处，其中所述流体进口被配置为允许流体流入所述流体池；以及
流体出口(320)，所述流体出口(320)被设置在处于所述第一高度处或之上且在所述第二高度处或之下的第三高度处，其中所述流体出口被配置为允许流体从所述流体池中流出。
条款6.根据条款1所述的设备，其中所述旋轴被配置为当所述样品在经由所述重物保持器和所述第一压板被施加的所述力下变形时保持所述第一压板与被保持在所述第一压板和所述第二压板之间的样品接触。
条款7.根据条款1所述的设备，进一步包含：
测电计(175)，所述测电计(175)被限定在所述贮存器中，被配置为当所述第一压板与所述第二压板电隔离时测量被保持在所述第一压板和所述第二压板之间的所述样品的电方面。
条款8.一种装置，包含：
贮存器(130)，所述贮存器(130)包括流体池(132)，第一压板(150a)、被定位在所述第一压板上的样品(190)和上升至在所述样品的上表面之上的流体液位的流体被包括在所述流体池(132)中；
悬臂，所述悬臂包括：
安装件(120)，所述安装件(120)被安装到所述贮存器被设置在其上的表面，并且包括枢轴(121)；
悬臂臂部(110)，所述悬臂臂部(110)在第一端上被连接到所述枢轴，在与所述第一端相对的第二端上包括重物保持器(111)，并且在所述第一端和所述第二端之间包括旋轴(152)；以及
第二压板(150b)，所述第二压板(150b)被连接到所述旋轴，并且经由被施加于所述第二端上的向下力被保持与所述样品的所述上表面接触以将压缩载荷传递到所述样品。
条款9.根据条款8所述的装置，其中所述流体是去离子水、喷射燃料和液压流体中的一种。
条款10.根据条款8所述的装置，其中所述样品由具有比所述第一压板和所述第二压板更低硬度的聚合物材料制成。
条款11.根据条款8所述的装置，进一步包含：测电计(175)，所述测电计(175)被设置在所述贮存器中，并且被配置为测量跨所述样品的电方面。
条款12.根据条款8所述的装置，进一步包含流体液位传感器(330)，所述流体液位传感器(330)被配置为当流体液位在所述样品的所述上表面处或之下时生成警报。
条款13.根据条款8所述的装置，其中所述贮存器进一步包含：
流体进口(310)，所述流体进口(310)被配置为将流体沉积到所述贮存器内；以及
流体出口(320)，所述流体出口(320)被配置为从所述贮存器移除流体，其中所述流体出口被设置在所述样品的所述上表面之上的出口高度处。
条款14.根据条款8所述的装置，进一步包含测试腔室，所述测试腔室被配置为控制所述贮存器被设置在其中的环境的温度。
条款15.根据条款8所述的装置，其中所述重物保持器包含定位销，所述定位销被配置为接收并将一个或更多个预定重量的一个或更多个重物(140)保持在适当位置中。
条款16.根据条款15所述的装置，其中通过所述重物保持器保持的所述一个或更多个重物基于所述悬臂臂部的长度、所述枢轴和所述第二端之间的距离、以及要施加的所述压缩载荷的期望水平来进行选择。
条款17.一种方法，包含：
将给定材料的样品(190)放置(410)在第一压板(150a)和第二压板(150b)之间，其中：
所述第一压板的横截面面积和所述第二压板的横截面面积大于所述样品的横截面面积，并且
所述样品被设置在贮存器(130)中；
用流体填充(420)所述贮存器以浸没所述贮存器内的所述样品；
将载荷施加(420)于被连接到所述第一压板的悬臂臂部(110)，以将所述第一压板和所述第二压板之间的压缩力施加到所述样品；
响应于预定时间长度逝去(440)，测量所述样品的第二高度和第二横截面面积；以及
指示(480)所述给定材料在存在所述流体的情况下的蠕变速率。
条款18.根据条款17所述的方法，进一步包含：
测量所述悬臂臂部和所述第一压板之间的力。
条款19.根据条款17所述的方法，进一步包含：
在所述预定时间长度内监测(460)所述流体的液位；以及
响应于所述流体的所述水平降至预定水平，将另外的流体添加到所述贮存器以保持所述样品被浸没。
条款20.根据条款17所述的方法，进一步包含：测量(470)所述第一压板和所述第二压板之间的所述样品的电方面。
尽管上文涉及本公开的各方面，但是在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以想到本公开的其他和另外的方面，并且其范围由所附权利要求确定。

Claims (15)

1.一种装置，包含：
贮存器(130)，所述贮存器(130)包括流体池(132)，第一压板(150a)、被定位在所述第一压板上的样品(190)和上升至在所述样品的上表面之上的流体液位的流体被包括在所述流体池(132)中；
悬臂，所述悬臂包括：
安装件(120)，所述安装件(120)被安装到所述贮存器被设置在其上的表面，并且包括枢轴(121)；
悬臂臂部(110)，所述悬臂臂部(110)在第一端上被连接到所述枢轴，在与所述第一端相对的第二端上包括重物保持器(111)，并且在所述第一端和所述第二端之间包括旋轴(152)；以及
第二压板(150b)，所述第二压板(150b)被连接到所述旋轴，并且经由被施加于所述第二端的向下力被保持与所述样品的所述上表面接触以将压缩载荷传递到所述样品。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一压板(150a)和所述第二压板(150b)分别限定第一平坦表面(220a)和第二平坦表面(220b)，所述第一平坦表面(220a)和第二平坦表面(220b)被配置为接触比所述第一压板(150a)或所述第二压板(150b)更小横截面面积的所述样品(190)。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一压板(150a)或所述第二压板(150b)中的至少一个包括膨胀测量仪。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述流体是去离子水、喷射燃料和液压流体中的一种。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述样品由具有比所述第一压板和所述第二压板更低硬度的聚合物材料制成。
6.根据权利要求1所述的装置，进一步包含：测电计(175)，所述测电计(175)被设置在所述贮存器中，并且被配置为测量跨所述样品的电方面。
7.根据权利要求1所述的装置，进一步包含流体液位传感器(330)，所述流体液位传感器(330)被配置为当流体液位在所述样品的所述上表面处或之下时生成警报。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，其中所述贮存器进一步包含：
流体进口(310)，所述流体进口(310)被配置为将流体沉积到所述贮存器内；以及
流体出口(320)，所述流体出口(320)被配置为从所述贮存器移除流体，其中所述流体出口被设置在所述样品的所述上表面之上的出口高度处。
9.根据权利要求1所述的装置，进一步包含测试腔室，所述测试腔室被配置为控制所述贮存器被设置在其中的环境的温度。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述重物保持器包含定位销，所述定位销被配置为接收并将一个或更多个预定重量的一个或更多个重物(140)保持在适当位置中。
11.根据权利要求10所述的装置，其中通过所述重物保持器保持的所述一个或更多个重物基于所述悬臂臂部的长度、所述枢轴和所述第二端之间的距离、以及要施加的所述压缩载荷的期望水平来进行选择。
12.一种方法，包含：
将给定材料的样品(190)放置(410)在第一压板(150a)和第二压板(150b)之间，其中：
所述第一压板的横截面面积和所述第二压板的横截面面积大于所述样品的横截面面积，并且
所述样品被设置在贮存器(130)中；
用流体填充(420)所述贮存器以浸没所述贮存器内的所述样品；
将载荷施加(420)于被连接到所述第一压板的悬臂臂部(110)，以将所述第一压板和所述第二压板之间的压缩力赋予所述样品；
响应于预定时间长度逝去(440)，测量所述样品的第二高度和第二横截面面积；以及
指示(480)所述给定材料在存在所述流体的情况下的蠕变速率。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包含：
测量所述悬臂臂部和所述第一压板之间的力。
14.根据权利要求12或13所述的方法，进一步包含：
在所述预定时间长度内监测(460)所述流体的液位；以及
响应于所述流体的所述液位降至预定水平，将另外的流体添加到所述贮存器以保持所述样品被浸没。
15.根据权利要求12所述的方法，进一步包含：测量(470)所述第一压板和所述第二压板之间的所述样品的电方面。
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