CN114136802A - 一种船舶材料超低温拉伸试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶材料超低温拉伸试验装置及方法，所述装置包括主体框架、受力机构、储存桶、上连接套筒及下连接套筒，所述上连接套筒设置于主体框架上，所述下连接套筒安装于受力机构上，所述上连接套筒与所述下连接套筒之间安装有待测试样，所述待测试样安装有低温引伸计，所述待测试样浸入储存桶内。本发明能够精确、快捷的对超低温材料进行拉伸试验，反映出超低温材料真实的超低温屈服强度、抗拉强度、断后延伸率、断面收缩率等力学性能，以此来验证超低温材料在超低温环境下的强度和韧性，作为验收超低温材料的依据，保证材料使用的可靠性，有利于提高船舶建造质量。

Description

一种船舶材料超低温拉伸试验装置及方法

技术领域

本发明属于船舶建造技术领域，具体涉及一种船舶材料超低温拉伸试验装置季及方法。

背景技术

近几年，随着冰区航行船、液化天然气船的建造数量地增加，低温及超低温材料开始逐渐普及，这些材料需要满足在超低温下既保持足够的强度，不易变形，还具备一定韧性的要求。因此，对应的低温检测需求也随之而来。

目前开展的低温力学性能检测项目中，低温及超低温冲击项目已非常成熟，而低温及超低温拉伸项目刚刚兴起，尚未普及，检测行业各施其法。由于试验机类型的差异，所用对的低温拉伸方法千差万别，方法合理性有待差商榷，试验过程中的稳定性也存疑，合理的方法和稳定的过程是检测数据准确性的有力保障。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种船舶材料超低温拉伸试验装置，本发明能够精确、快捷的对超低温材料低温环境下的力学性能进行检测，客观反映超低温材料在该温度下的真实的屈服强度、抗拉强度、延伸率及收缩率等力学性能，保证超低温材料使用的可靠性，同时也能获得超低温材料在低温环境下的拉伸力-位移曲线或力-变形曲线，可以满足多规格、批量化设计、验收超低温材料时的分析需求。此外，本发明还要提供一种船舶材料超低温拉伸试验方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种船舶材料超低温拉伸试验装置，包括主体框架、受力机构、储存桶、上连接套筒及下连接套筒，

所述主体框架包括试验机上横梁、试验机下横梁、移动横梁及试验机立柱，所述试验机上横梁、试验机下横梁为固定结构，所述试验机立柱的上端穿过所述试验机上横梁，所述试验机立柱的下端穿过所述试验机下横梁，所述移动横梁位于所述试验机上横梁与所述试验机下横梁之间并可沿所述试验机立柱上下移动，所述移动横梁朝向所述试验机下横梁的一侧固定安装有所述上连接套筒，

所述受力机构包括受力上横梁、受力下横梁、受力中横梁，受力外立柱、受力内立柱，所述受力下横梁固定安装于所述试验机下横梁上，所述受力外立柱设置为两个，对称设置于所述受力上横梁与所述受力下横梁之间，所述受力内立柱设置为两个，对称设置于所述受力上横梁与所述受力中横梁之间，所述受力中横梁朝向所述受力上横梁的一侧固定安装有所述下连接套筒；

所述上连接套筒与所述下连接套筒之间安装有待测试样，所述待测试样安装有低温引伸计；

所述受力下横梁于所述受力外立柱的外侧设置有升降立柱，所述储存桶的外侧设置有桶连接件，所述桶连接件与所述升降立柱连接并可沿所述升降立柱上下移动，所述受力下横梁设置于所述储存桶内，所述储存桶的顶部设置有桶盖，所述桶盖上设置有供所述受力内立柱、所述上连接套筒、所述低温引伸计的数据线穿过的通孔。

作为优选的技术方案，所述上连接套筒与所述移动横梁之间设置有力值传感器，所述力值传感器的下端安装有上连接法兰，所述上连接套筒的顶部设置于所述上连接法兰的内部并通过第二销柱固定。

作为优选的技术方案，所述上连接套筒的中部设置有球形接头。

作为优选的技术方案，所述待测试样与所述上连接套筒、所述下连接套筒之间为螺纹连接。

作为优选的技术方案，所述试验机立柱为蜗杆结构，所述移动横梁上设置有与所述试验机立柱相匹配的涡轮结构。

作为优选的技术方案，所述升降立柱为蜗杆结构，所述桶连接件上设置有与所述升降立柱相匹配的涡轮结构。

作为优选的技术方案，所述储存桶为双层结构且中间抽真空，所述储存桶的内部设置有低温阀。

作为优选的技术方案，所述桶盖为两个半圆形盖子组合而成，所述供所述受力内立柱、所述上连接套筒、所述低温引伸计的数据线穿过的通孔设置于两个半圆形盖子的接缝处。

本发明的第二方面，提供一种船舶材料超低温拉伸试验方法，包括以下步骤：

步骤1、将受力机构设置于试验机的试验空间内，并安装牢固；

步骤2、将存储通过桶连接件安装在受力机构上；

步骤3、调整升降立柱，使得储存桶的位置降到最低，便于安装待测试样；

步骤4、将待测试样的一端与下连接套筒的一端连接，之后调节上连接套筒的高度，将待测试样的另一端与上连接套筒固定连接；

步骤5、调整试验机立柱，缓慢移动移动横梁，去除试验安装口的各个部件之间的间隙；

步骤6、将超低温引伸计安装在待测试样上；

步骤7、往储存桶里缓慢灌注超低温液体，当液面位于储存桶顶部边缘100mm时，停止灌注超低温液体；

步骤8、当超低温液体与储存桶的温度趋同时，调整储存桶的位置，使储存桶的位置上升到待测试样全部浸没在液面下；

步骤9、继续往储存桶里缓慢灌注超低温液体，当液面位于储存桶顶部边缘50mm时，停止灌注超低温液体，并盖上桶盖；

步骤10、按相应测试标准规定调整超低温引伸计控制参数，再输入试样参数，进行试验；

步骤11、待测试样经拉伸断裂后，读取屈服强度和抗拉强度计算值；

步骤12、调整升降立柱，使储存桶的位置降到最低，取下待测试样和超低温引伸计；

步骤13、测量待测试样的断后标距和断面直径，换算断后伸长率和断面收缩率；

步骤14、打开储存桶下方的低温阀，将超低温液体回收，试验结束。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明能够精确、快捷的对超低温材料进行拉伸试验，反映出超低温材料真实的超低温屈服强度、抗拉强度、断后延伸率、断面收缩率等力学性能，以此来验证超低温材料在超低温环境下的强度和韧性，作为验收超低温材料的依据，保证材料使用的可靠性，有利于提高船舶建造质量。

(2)本发明试验过程中获得的超低温材料力-位移曲线或应力-应变曲线，反映出超低温材料在超低温受力情况下产生的各种应变数据，作为基础数据，可以满足多规格、批量化设计、验收超低温材料时的分析需求。

(3)本发明上连接套筒内有球形接头，可在受力后自动调整角度，达到对中目的，有助于提高试验数据的精度。

(4)本发明通过设置涡轮蜗杆结构，可使储存桶精确、稳定地升降，解决了试样装卸和冷却问题，提高了操作安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明船舶材料超低温拉伸试验装置的结构示意图之一。

图2为本发明船舶材料超低温拉伸试验装置的结果示意图之二。

图3为待测试样的力-位移曲线图。

图4为待测试样的应力-应变曲线图。

其中，附图标记具体说明如下：试验机上横梁1、移动横梁2、试验机立柱3、受力连接件4、受力内立柱5、受力外立柱6、升降立柱7、受力安装轴8、桶连接件9、受力转盘10、试验机下横梁11、力值传感器12、上连接法兰13、第二销柱14、球形接头15、上连接套筒16、受力上横梁17、待测试样18、下连接套筒19、受力中横梁20、低温阀21、储存桶22、螺柱23、锁紧螺母24、下连接法兰25、第一销柱26、受力下横梁27。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。

实施例1

本实施例提供一种船舶材料超低温拉伸试验装置，

包括主体框架、受力机构、储存桶22、上连接套筒16及下连接套筒19。

其中，主体框架包括试验机上横梁1、试验机下横梁11、移动横梁2及试验机立柱3，试验机上横梁1、试验机下横梁11为固定结构，试验机立柱3的上端穿过试验机上横梁1，试验机立柱3的下端穿过试验机下横梁11，移动横梁2位于试验机上横梁1与试验机下横梁11之间并可沿试验机立柱3上下移动，试验机立柱3为蜗杆结构，移动横梁2上设置有与试验机立柱3相匹配的涡轮结构，移动横梁2朝向试验机下横梁11的一侧固定安装有上连接套筒16。上连接套筒16与移动横梁2之间设置有力值传感器12，力值传感器12的下端安装有上连接法兰13，上连接套筒16的顶部设置于上连接法兰13的内部并通过第二销柱14固定。上连接套筒16的中部设置有球形接头15，球形接头15，可在受力后自动调整角度，达到对中目的。

受力机构包括受力上横梁17、受力下横梁27、受力中横梁20，受力外立柱6、受力内立柱5，本实施例中，受力下横梁27固定安装于试验机下横梁11上。也可以根据使用需要，将受力下横梁27与试验机下横梁11为可拆卸式安装，具体为，在试验机下横梁11于试验机立柱3的外侧设置有受力安装轴8，受力上横梁17、受力下横梁27上设置有受力连接件4，受力连接件4与受力安装轴8通过受力转盘10轴安装。受力下横梁27与试验机下横梁11通过锁紧螺母24、螺柱23、下连接法兰25、第一销柱26连接，下连接法兰25固定安装于试验机下横梁11上，受力下横梁27上设置有供螺柱23穿过的通孔，螺柱23的下端设置于下连接法兰25内并通过第一销柱固定，螺柱23位于受力下横梁27上方的部分通过锁紧螺母24锁定。受力外立柱6设置为两个，对称设置于受力上横梁17与受力下横梁27之间，受力内立柱5设置为两个，对称设置于受力上横梁17与受力中横梁20之间，受力中横梁20朝向受力上横梁17的一侧固定安装有下连接套筒19。

上连接套筒16与下连接套筒19之间安装有待测试样18，待测试样18安装有低温引伸计。待测试样18与上连接套筒16、下连接套筒19之间为螺纹连接。

受力下横梁27于受力外立柱6的外侧设置有升降立柱7，储存桶22的外侧设置有桶连接件9，桶连接件9与升降立柱7连接并可沿升降立柱7上下移动，升降立柱7为蜗杆结构，桶连接件9上设置有与升降立柱7相匹配的涡轮结构。受力下横梁27设置于储存桶22内，储存桶22的顶部设置有桶盖，桶盖上设置有供受力内立柱5、上连接套筒16、低温引伸计的数据线穿过的通孔。储存桶22为双层结构且中间抽真空，储存桶22的内部设置有低温阀21。桶盖为两个半圆形盖子组合而成，供受力内立柱5、上连接套筒16、低温引伸计的数据线穿过的通孔设置于两个半圆形盖子的接缝处。

实施例2

本实施例提供一种船舶材料超低温拉伸试验方法，包括以下步骤：

步骤1、将受力机构通过受力连接件4安装在受力安装轴8上，受力连接件4与受力安装轴8间有受力转盘10，根据需要将受力机构转入或转出试验机的试验空间，并安装牢固；受力机构可在需要进行超低温试验时转入试验机试验空间，不需要进行超低温试验时转出试验机试验空间，不影响试验机进行其他试验；

步骤2、将存储通过桶连接件9安装在受力机构上；

步骤3、将上连接套筒16的一端通过第二销柱14连接到上连接法兰13上，上连接法兰13与力值传感器12连接，力值传感器12固定安装于移动横梁2上，上连接套筒16的一端用于连接待测试样18，其端部的样式可根据待测试样18的形状改变；

步骤4、将下连接套筒19的一端通过螺纹连接到受力中横梁20上，下连接套筒19的另一端用于连接待测试样18，连接试样端可根据试样形状改变结构；

步骤5、调整升降立柱7，使得储存桶22的位置降到最低，便于安装待测试样18；

步骤6、将待测试样18的一端与下连接套筒19的一端连接，之后调节上连接套筒16的高度，将待测试样18的另一端与上连接套筒16固定连接；

步骤7、调整试验机立柱3，缓慢移动移动横梁2，去除试验安装口的各个部件之间的间隙；去除试样安装后各机构间隙的标准为：力值传感器12显示值位于0N～100N之间；

步骤8、将超低温引伸计安装在待测试样18上；

步骤9、往储存桶22里缓慢灌注超低温液体，当液面位于储存桶22顶部边缘100mm时，停止灌注超低温液体；

步骤10、当超低温液体与储存桶22的温度趋同(表现为液面基本静止)时，调整存储器中的升降立柱7，使储存桶22的位置上升到待测试样18全部浸没在液面下；

步骤11、继续往储存桶22里缓慢灌注超低温液体，当液面位于储存桶22顶部边缘50mm时，停止灌注超低温液体，并盖上桶盖；

步骤12、按相应测试标准规定调整超低温引伸计控制参数，再输入试样参数(直径、引伸计标距等)，点击加载开始进行试验；试验机对待测试样18施加载荷的加载速率为：弹性阶段和屈服阶段的位移速率取2mm/min，屈服之后的位移速率取10mm/min；

步骤13、待测试样18经拉伸断裂后，读取软件中的屈服强度和抗拉强度计算值；

步骤14、调整升降立柱7，使储存桶22的位置降到最低，取下待测试样18和超低温引伸计；

步骤15、测量待测试样18的断后标距和断面直径，换算断后伸长率和断面收缩率；

步骤16、打开储存桶22下方的低温阀21，将超低温液体回收，试验结束。其中，步骤1具体如下：

步骤1.1、将受力机构通过受力连接件4和转盘，以受力安装轴8为轴心，从外部整体转入试验机空间内；

步骤1.2、将螺柱23穿过受力下横梁27中的孔，放入下连接法兰25孔，螺柱23下端无螺纹，外径与下连接法兰25孔相匹配，通过第一销柱26连接到试验机下横梁11。螺柱23上端有螺纹，螺纹高出受力机构的受力下横梁27高度约为锁紧螺母24高度的1.5倍，拧紧锁紧螺母24。

尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。

Claims (9)

1.一种船舶材料超低温拉伸试验装置，其特征在于，包括主体框架、受力机构、储存桶、上连接套筒及下连接套筒，

所述主体框架包括试验机上横梁、试验机下横梁、移动横梁及试验机立柱，所述试验机上横梁、试验机下横梁为固定结构，所述试验机立柱的上端穿过所述试验机上横梁，所述试验机立柱的下端穿过所述试验机下横梁，所述移动横梁位于所述试验机上横梁与所述试验机下横梁之间并可沿所述试验机立柱上下移动，所述移动横梁朝向所述试验机下横梁的一侧固定安装有所述上连接套筒，

所述受力机构包括受力上横梁、受力下横梁、受力中横梁，受力外立柱、受力内立柱，所述受力下横梁固定安装于所述试验机下横梁上，所述受力外立柱设置为两个，对称设置于所述受力上横梁与所述受力下横梁之间，所述受力内立柱设置为两个，对称设置于所述受力上横梁与所述受力中横梁之间，所述受力中横梁朝向所述受力上横梁的一侧固定安装有所述下连接套筒；

所述上连接套筒与所述下连接套筒之间安装有待测试样，所述待测试样安装有低温引伸计；

所述受力下横梁于所述受力外立柱的外侧设置有升降立柱，所述储存桶的外侧设置有桶连接件，所述桶连接件与所述升降立柱连接并可沿所述升降立柱上下移动，所述受力下横梁设置于所述储存桶内，所述储存桶的顶部设置有桶盖，所述桶盖上设置有供所述受力内立柱、所述上连接套筒、所述低温引伸计的数据线穿过的通孔。

2.如权利要求1所述的一种船舶材料超低温拉伸试验装置，其特征在于，所述上连接套筒与所述移动横梁之间设置有力值传感器，所述力值传感器的下端安装有上连接法兰，所述上连接套筒的顶部设置于所述上连接法兰的内部并通过第二销柱固定。

3.如权利要求2所述的一种船舶材料超低温拉伸试验装置，其特征在于，所述上连接套筒的中部设置有球形接头。

4.如权利要求1所述的一种船舶材料超低温拉伸试验装置，其特征在于，所述待测试样与所述上连接套筒、所述下连接套筒之间为螺纹连接。

5.如权利要求1所述的一种船舶材料超低温拉伸试验装置，其特征在于，所述试验机立柱为蜗杆结构，所述移动横梁上设置有与所述试验机立柱相匹配的涡轮结构。

6.如权利要求1所述的一种船舶材料超低温拉伸试验装置，其特征在于，所述升降立柱为蜗杆结构，所述桶连接件上设置有与所述升降立柱相匹配的涡轮结构。

7.如权利要求1所述的一种船舶材料超低温拉伸试验装置，其特征在于，所述储存桶为双层结构且中间抽真空，所述储存桶的内部设置有低温阀。

8.如权利要求1所述的一种船舶材料超低温拉伸试验装置，其特征在于，所述桶盖为两个半圆形盖子组合而成，所述供所述受力内立柱、所述上连接套筒、所述低温引伸计的数据线穿过的通孔设置于两个半圆形盖子的接缝处。

9.一种船舶材料超低温拉伸试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将受力机构设置于试验机的试验空间内，并安装牢固；

步骤2、将存储通过桶连接件安装在受力机构上；

步骤3、调整升降立柱，使得储存桶的位置降到最低，便于安装待测试样；

步骤4、将待测试样的一端与下连接套筒的一端连接，之后调节上连接套筒的高度，将待测试样的另一端与上连接套筒固定连接；

步骤5、调整试验机立柱，缓慢移动移动横梁，去除试验安装口的各个部件之间的间隙；

步骤6、将超低温引伸计安装在待测试样上；

步骤7、往储存桶里缓慢灌注超低温液体，当液面位于储存桶顶部边缘100mm时，停止灌注超低温液体；

步骤8、当超低温液体与储存桶的温度趋同时，调整储存桶的位置，使储存桶的位置上升到待测试样全部浸没在液面下；

步骤9、继续往储存桶里缓慢灌注超低温液体，当液面位于储存桶顶部边缘50mm时，停止灌注超低温液体，并盖上桶盖；

步骤10、按相应测试标准规定调整超低温引伸计控制参数，再输入试样参数，进行试验；

步骤11、待测试样经拉伸断裂后，读取屈服强度和抗拉强度计算值；

步骤12、调整升降立柱，使储存桶的位置降到最低，取下待测试样和超低温引伸计；

步骤13、测量待测试样的断后标距和断面直径，换算断后伸长率和断面收缩率；

步骤14、打开储存桶下方的低温阀，将超低温液体回收，试验结束。

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