CN115032071A - 一种模拟复杂工况条件下材料综合性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模拟复杂工况条件下材料综合性能测试装置，包括壳体，壳体内部的底端安装有第一夹持组件，壳体内部的顶端安装有与第一夹持组件对称设置的第二夹持组件或弯曲实验杆，壳体内部两侧对称安装有第三夹持组件和第四夹持组件，第四夹持组件与壳体转动连接，第四夹持组件位于壳体外部的一端连接有夹紧装置或扭转电机，第一夹持组件和第二夹持组件的连线与第三夹持组件与第四夹持组件的连线相交，壳体侧面设有进液口和出液口，进液口与出液口之间连通有液体循环输送系统。该装置可实现对试件的弯曲、扭转、拉伸、腐蚀中的一种或多种组合测试条件，实现对复杂工况下试件会产生拉压变形、扭转变形、弯曲变形、疲劳损伤等一种或多种组合服役环境的模拟。

Description

一种模拟复杂工况条件下材料综合性能测试装置

技术领域

本发明涉及材料综合性能测试技术领域，尤其是涉及一种模拟复杂工况条件下材料综合性能测试装置。

背景技术

随着生物医用植入材料范畴的扩大，涉及高分子材料、金属材料、复合材料等的使用。生物医用植入材料尤其是可降解型材料，随着材料或结构植入部位的不同，往往承受不同且复杂的服役环境，在复杂工况下会产生拉压变形、扭转变形、弯曲变形、疲劳损伤等一种或多种组合，而材料又处于生物体液腐蚀流体环境中。因此针对以上复杂工况背景，需要进行模拟试验以对材料以及结构的实际使用性能进行综合评价和预测。目前，大多数材料或结构性能测试都是单一的或者工况背景不够贴合生物医用植入材料以及其他复杂服役场景的实际使用工况，故而不能够满足对材料或结构复杂服役环境的性能评价和表征。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟复杂工况条件下材料综合性能测试装置，通过本装置可实现对复杂工况下会产生拉压变形、扭转变形、弯曲变形、疲劳损伤等一种或多种组合环境的模拟，以解决现有技术中的大多数材料性能测试装置只能测试或表征试样在一般服役环境下单一性能的问题。

本发明提供一种模拟复杂工况条件下材料综合性能测试装置，包括壳体，所述壳体内部的底端安装有第一夹持组件，所述壳体内部的顶端安装有与所述第一夹持组件对称设置的第二夹持组件或弯曲实验杆，所述壳体内部两侧对称安装有第三夹持组件和第四夹持组件，所述第四夹持组件与所述壳体转动连接，所述第四夹持组件位于所述壳体外部的一端连接有夹紧装置或扭转电机，所述第一夹持组件和所述第二夹持组件的连线与所述第三夹持组件与所述第四夹持组件的连线相交，所述壳体侧面设有进液口和出液口，所述进液口与所述出液口之间连通有液体循环输送系统。

进一步的，所述液体循环输送系统包括第一蠕动泵和第二蠕动泵，所述第一蠕动泵和所述第二蠕动泵之间连通有相互并联的第一支管和第二支管，所述第一支管上安装第一储液槽，所述第二支管上安装有第二储液槽，所述第一支管上在所述第一储液槽的两侧和所述第二支管上在所述第二储液槽的两侧均设有阀门。

进一步的，所述壳体内部固定安装有热电偶，所述壳体内部的底端安装有温度传感器，所述壳体的外部设有控制器，所述温度传感器和所述热电偶均与所述控制器电连接。

进一步的，所述第一夹持组件包括下拉杆和固定在其端部的第一夹头，所述第一夹头上通过螺栓固定有与其配合的第一夹盖，所述第一夹头和所述第一夹盖相邻的一侧均设有凹槽，所述下拉杆的下端贯穿所述壳体底端，所述下拉杆上设有外螺纹，位于所述壳体外侧的所述下拉杆上安装有固定螺母。

进一步的，所述第二夹持组件包括上拉杆和相互配合的第二夹头和第二夹盖，所述壳体的顶端设有顶盖，所述上拉杆贯穿所述顶盖，所述第二夹头和所述第二夹盖相邻的一侧均设有所述凹槽，所述第二夹头内部设有螺旋槽，所述上拉杆位于所述第二夹头内部的一端的侧面设有与所述螺旋槽配合的导向杆，所述上拉杆的周向布置有外螺纹，所述上拉杆上在所述顶盖的下方安装有夹紧螺母，所述上拉杆上在所述顶盖的上方安装有限位螺母。

进一步的，所述第三夹持组件包括螺杆和相互配合的第三夹头和第三夹盖，所述第三夹头与所述螺杆的端部旋合连接，所述螺杆与所述壳体旋合连接，所述第三夹头和所述第三夹盖相邻的一侧均设有所述凹槽。

进一步的，所述第四夹持组件包括转杆和相互配合的第四夹头和第四夹盖，所述转杆与所述第四夹头一体成型，所述第四夹头和所述第四夹盖相邻的一侧设有所述凹槽，所述转杆上套装有密封轴承，所述密封轴承的外圈与所述壳体固定连接。

进一步的，所述凹槽为梯形、半球形、正方形或长方形结构。

进一步的，所述壳体由透明材料制成。

进一步的，所述壳体的底端设有排液孔，所述排液孔上设有用于封堵的橡胶塞。

本发明的技术方案通过提供了一种模拟复杂工况条件下材料综合性能测试装置，第一夹持组件和第二夹持组件可实现试件的拉伸-扭转实验，在此基础上配合液体循环输送系统实现对试件的拉伸-扭转-腐蚀实验；弯曲实验杆、第三夹持组件和外接夹紧装置的第四夹持组件相互配合可实现对试件的弯曲实验，弯曲实验杆、第三夹持组件和外接扭转电机的第四夹持组件可实现对试件的弯曲-扭转实验，在此基础上配合液体循环输送系统实现对试件的弯曲-腐蚀或弯曲-扭转-腐蚀实验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例1的整体结构示意图；

图2为本发明实施例2的整体结构示意图；

图3为本发明实施例1中壳体部分的爆炸视图；

图4为本发明中第一夹持组件和第二夹持组件的爆炸视图；

图5为本发明中第三夹持组件和第四夹持组件的爆炸视图；

图6为本发明中第一夹持组件的剖视图。

附图标记说明：1-壳体、2-下拉杆、3-第一夹头、4-第一夹盖、5-固定螺母、6-上拉杆、601-导向杆、7-第二夹头、701-螺旋槽、8-第二夹盖、9-夹紧螺母、10-限位螺母、11-螺杆、12-第三夹头、13-第三夹盖、14-转杆、15-第四夹头、16-第四夹盖、17-密封轴承、18-顶盖、19-温度传感器、20-热电偶、21-排液孔、22-橡胶塞、23-出液口、24-进液口、25-第一蠕动泵、26-第一储液槽、27-第二储液槽、28-阀门、29-第二蠕动泵、30-试件、31-橡胶圈、32-螺栓、33-凹槽、34-第一定位杆、35-第一定位孔、36-第二定位杆、37-第二定位孔。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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。

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。

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一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1和图3-图6所示，一种模拟复杂工况条件下材料综合性能测试装置，包括由透明材料制成的回转体结构的壳体1，壳体1设置成透明状可方便实验员观察壳体1内部试件30的状态，其中透明材料包括但不限于聚丙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇脂、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯。

壳体1内部的底端安装有第一夹持组件，第一夹持组件包括下拉杆2和固定在其端部的第一夹头3，第一夹头3与下拉杆2一体成型，第一夹头3上通过螺栓32固定有与其配合的第一夹盖4，第一夹头3和第一夹盖4相邻的一侧均设有与试件30端部适配的凹槽33，下拉杆2的下端贯穿壳体1底端，下拉杆2上设有外螺纹，位于壳体1外侧的下拉杆2上安装有固定螺母5，通过固定螺母5将第一夹持组件固定在壳体1上，壳体1底端的上下两侧均安装有橡胶圈31，第一夹持组件固定时使第一夹头3的底端与壳体1之间和固定螺母5的顶端与壳体1之间均通过橡胶圈31相抵，避免底部漏液。

壳体1内部的顶端安装有与第一夹持组件对称设置的第二夹持组件，第二夹持组件包括上拉杆6和相互配合的第二夹头7和第二夹盖8，壳体1的顶端设有顶盖18，具体的：壳体1顶端侧向延伸有圆环支撑，顶盖18与圆环支撑通过螺栓32固定连接，上拉杆6贯穿顶盖18，第二夹头7和第二夹盖8相邻的一侧均设有与试件30端部适配的凹槽33，第二夹头7内部空心腔内设有螺旋槽701，上拉杆6位于第二夹头7内部的一端的侧面设有与螺旋槽701配合的导向杆601，通过螺旋槽701和导向杆601的配合可以将上拉杆6的直线运动转化为第二夹头7的旋转运动，上拉杆6的周向布置有外螺纹，上拉杆6上在顶盖18的下方安装有夹紧螺母9，上拉杆6上在顶盖18的上方安装有限位螺母10，当夹紧螺母9向下拧紧时，拉动上拉杆6，第二夹头7不能绕上拉杆6做旋转运动，而是随上拉杆6做直线运动，通过下拉杆2组件和上拉杆6组件实现对试件30的拉伸实验。

壳体1内部两侧对称安装有第三夹持组件和第四夹持组件，第三夹持组件包括螺杆11和相互配合的第三夹头12和第三夹盖13，第三夹头12与螺杆11的端部旋合连接，螺杆11与壳体1旋合连接，第三夹头12和第三夹盖13相邻的一侧均设有与试件30端部适配的凹槽33，第三夹盖13上设有两个第一定位杆34，第三夹头12上设有与第一定位杆34配合的第一定位孔35。第四夹持组件包括与壳体1转动连接的转杆14和相互配合的第四夹头15和第四夹盖16，转杆14与第四夹头15一体成型，第四夹头15和第四夹盖16相邻的一侧设有与试件30端部适配的凹槽33，其中：转杆14上套装有密封轴承17，密封轴承17的外圈与壳体1固定连接，转杆14通过密封轴承17与壳体1转动连接，第四夹盖16上设有第二定位杆36，第四夹头15上设有与第二定位杆36配合的第二定位孔37，转杆14位于壳体1外部的一端连接有夹紧装置或扭转电机，夹紧装置可以是任意能够对转杆14进行固定避免转杆14转动的构件，对转杆14进行锁死，扭转电机可带动转杆14进行旋转，进而完成对试件30的扭转动作，第一夹持组件和第二夹持组件的连线与第三夹持组件与第四夹持组件的连线相交。

其中第一夹持组件、第二夹持组件、第三夹持组件和第四夹持组件中的凹槽33为梯形、半球形、正方形或长方形结构，能与试件30端部适配即可，第一夹头3与第一夹盖4之间、第二夹头7与第二夹盖8之间、第三夹头12与第三夹盖13之间和第四夹头15与第四夹盖16之间均通过螺栓32配合固定连接。

壳体1侧面设有进液口24和出液口23，进液口24与出液口23之间连通有液体循环输送系统，液体循环输送系统包括第一蠕动泵25和第二蠕动泵29，第一蠕动泵25与出液口23连通，第二蠕动泵29与进液口24连通，第一蠕动泵25和第二蠕动泵29可分别控制液体的流速，形成流速差，第一蠕动泵25和第二蠕动泵29之间连通有相互并联的第一支管和第二支管，第一支管上安装第一储液槽26，第二支管上安装有第二储液槽27，第一储液槽26和第二储液槽27分别用于存放不同种类和不同浓度的液体，第一支管上在第一储液槽26的两侧和第二支管上在第二储液槽27的两侧均设有阀门28，可控制不同液体的输出。

壳体1内部固定安装有热电偶20，壳体1内部的底端安装有温度传感器19，壳体1的外部设有控制器，温度传感器19和热电偶20均与控制器电连接，当壳体1充满液体后，热电偶20可对液体进行加热到一定温度，温度传感器19可随时监测壳体1内液体的温度，向控制器反馈信号，通过控制器控制热电偶20的通断电。

壳体1的底端设有排液孔21，排液孔21上设有用于封堵的橡胶塞22，排液孔21用于实验完成后释放液体。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1的区别技术特征在于：壳体1内部的顶端安装有与第一夹持组件对称设置的弯曲实验杆，弯曲实验杆为回转体结构，下端为圆锥形，上端为圆柱形，弯曲实验杆的周向布置有外螺纹结构，使弯曲实验杆能与限位螺母10配合，实验时：弯曲实验杆、第三夹持组件和外接夹紧装置的第四夹持组件相互配合可实现对试件30的弯曲实验，弯曲实验杆、第三夹持组件和外接扭转电机的第四夹持组件可实现对试件30的弯曲-扭转实验，在此基础上配合液体循环输送系统实现对试件30的弯曲-腐蚀或弯曲-扭转-腐蚀实验。

工作原理：

当上拉杆6上的夹紧螺母9未拧紧时，拉动上拉杆6在螺旋槽701与导向杆601的配合作用下第二夹头7绕上拉杆6旋转，将上拉杆6的直线运动转换为第二夹头7的旋转运动，进而使上拉杆6组件和下拉杆2组件共同实现对试件30的拉伸-扭转实验，在此基础上与液体循环输送系统结合实现式样的拉伸-扭转-腐蚀实验。

当上拉杆6上的夹紧螺母9拧紧时，拉动上拉杆6，第二夹头7只能跟随上拉杆6做直线运动，使上拉杆6组件与下拉杆2组件实现对试件30的拉伸实验，在此基础上与液体循环输送系统结合实现式样的拉伸-腐蚀实验。

弯曲实验杆、第三夹持组件和外接夹紧装置的第四夹持组件相互配合可实现对试件30的弯曲实验，在此基础上配合液体循环输送系统实现对试件30的弯曲-腐蚀实验。

弯曲实验杆、第三夹持组件和外接扭转电机的第四夹持组件可实现对试件30的弯曲-扭转实验，在此基础上配合液体循环输送系统实现对试件30弯曲-扭转-腐蚀实验。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (10)

1.一种模拟复杂工况条件下材料综合性能测试装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体内部的底端安装有第一夹持组件，所述壳体内部的顶端安装有与所述第一夹持组件对称设置的第二夹持组件或弯曲实验杆，所述壳体内部两侧对称安装有第三夹持组件和第四夹持组件，所述第四夹持组件与所述壳体转动连接，所述第四夹持组件位于所述壳体外部的一端连接有夹紧装置或扭转电机，所述第一夹持组件和所述第二夹持组件的连线与所述第三夹持组件与所述第四夹持组件的连线相交，所述壳体侧面设有进液口和出液口，所述进液口与所述出液口之间连通有液体循环输送系统。

2.根据权利要求1所述的模拟复杂工况条件下材料综合性能测试装置，其特征在于，所述液体循环输送系统包括第一蠕动泵和第二蠕动泵，所述第一蠕动泵和所述第二蠕动泵之间连通有相互并联的第一支管和第二支管，所述第一支管上安装第一储液槽，所述第二支管上安装有第二储液槽，所述第一支管上在所述第一储液槽的两侧和所述第二支管上在所述第二储液槽的两侧均设有阀门。

3.根据权利要求1所述的模拟复杂工况条件下材料综合性能测试装置，其特征在于，所述壳体内部固定安装有热电偶，所述壳体内部的底端安装有温度传感器，所述壳体的外部设有控制器，所述温度传感器和所述热电偶均与所述控制器电连接。

4.根据权利要求1所述的模拟复杂工况条件下材料综合性能测试装置，其特征在于，所述第一夹持组件包括下拉杆和固定在其端部的第一夹头，所述第一夹头上通过螺栓固定有与其配合的第一夹盖，所述第一夹头和所述第一夹盖相邻的一侧均设有凹槽，所述下拉杆的下端贯穿所述壳体底端，所述下拉杆上设有外螺纹，位于所述壳体外侧的所述下拉杆上安装有固定螺母。

5.根据权利要求4所述的模拟复杂工况条件下材料综合性能测试装置，其特征在于，所述第二夹持组件包括上拉杆和相互配合的第二夹头和第二夹盖，所述壳体的顶端设有顶盖，所述上拉杆贯穿所述顶盖，所述第二夹头和所述第二夹盖相邻的一侧均设有所述凹槽，所述第二夹头内部设有螺旋槽，所述上拉杆位于所述第二夹头内部的一端的侧面设有与所述螺旋槽配合的导向杆，所述上拉杆的上设有外螺纹，所述上拉杆上在所述顶盖的下方安装有夹紧螺母，所述上拉杆上在所述顶盖的上方安装有限位螺母。

6.根据权利要求5所述的模拟复杂工况条件下材料综合性能测试装置，其特征在于，所述第三夹持组件包括螺杆和相互配合的第三夹头和第三夹盖，所述第三夹头与所述螺杆的端部旋合连接，所述螺杆与所述壳体旋合连接，所述第三夹头和所述第三夹盖相邻的一侧均设有所述凹槽。

7.根据权利要求6所述的模拟复杂工况条件下材料综合性能测试装置，其特征在于，所述第四夹持组件包括转杆和相互配合的第四夹头和第四夹盖，所述转杆与所述第四夹头一体成型，所述第四夹头和所述第四夹盖相邻的一侧设有所述凹槽，所述转杆上套装有密封轴承，所述密封轴承的外圈与所述壳体固定连接。

8.根据权利要求7所述的模拟复杂工况条件下材料综合性能测试装置，其特征在于，所述凹槽为梯形、半球形、正方形或长方形结构。

9.根据权利要求1所述的模拟复杂工况条件下材料综合性能测试装置，其特征在于，所述壳体由透明材料制成。

10.根据权利要求1所述的模拟复杂工况条件下材料综合性能测试装置，其特征在于，所述壳体的底端设有排液孔，所述排液孔上设有用于封堵的橡胶塞。

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