CN117589591B - 一种炭炭复合材料高温拉伸测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及炭炭复合材料拉伸测试技术领域，具体为一种炭炭复合材料高温拉伸测试装置，包括承载机构、安装在承载机构上的夹装控流机构以及安装在承载机构和夹装控流机构之间的升温机构。横置状态下样本材料便会位于两个防护套管内腔的中部，随着插销向外拉伸后，再控制传动轴旋转，此时被两个链条传动的助转齿轴便会同时传动两组齿条以及两个导流仓向外扩张，而初始状态下被绷紧的样本材料其受热部位便会被向外拉伸，同时其表面的隔热涂层便会在不影响纤维层的状态下得到剥离，此时操作人员便可通过观察窗对样本材料进行实时观察，同时改变传统直接对纤维层以及基体施加压力，导致涂层基体以及纤维层因受压而造成切断的问题发生。

Description

一种炭炭复合材料高温拉伸测试装置

技术领域

本发明涉及炭炭复合材料拉伸测试技术领域，具体为一种炭炭复合材料高温拉伸测试装置。

背景技术

炭炭复合材料(C/C)是由炭纤维及其制品(炭毡或炭布)增强的炭纤维复合材料，具有许多炭和石墨材料的优点，C/C还具有优异的力学性能，如高温下的高强度和模量，尤其是其随温度的升高，强度不但不降低，反而升高的特性以及高断裂韧性。

目前，炭炭复合材料广泛应用于航空航天、核能、军事以及许多民用工业领域，但是在使用之前，不同结构的炭炭复合材料需要承受特定高温下的抗拉力断裂测试强度也不同。传统测试中，直接对炭炭复合材料本体施压的方式会导致涂层基体以及纤维层造成破坏，从而会对炭炭复合材料本体的抗拉力实验造成干扰和误差。

针对炭炭复合材料在特定高温状态下的抗拉力测试，如何避免外力直接作用于纤维层以及涂层基体，进而导致涂层基体以及纤维层因受压而导致结构造成破坏，即为本发明需要解决的技术难点。

发明内容

本发明旨在解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明所采用的技术方案为：

一种炭炭复合材料高温拉伸测试装置，包括承载机构、安装在承载机构上的夹装控流机构以及安装在承载机构和夹装控流机构之间的升温机构，所述承载机构包括横置的传动轴、传动于传动轴上的两个链条、贯穿至传动轴内部孔洞中的插销、连接在插销底端的拉簧、沿水平方向对称分布的第一基座和第二基座、连接在第一基座和第二基座内侧滑道中的加强弹簧以及安装在相邻两组第一基座和第二基座之间的两组撑架，且相邻两个撑架之间开设有适配夹持于传动轴杆体的横孔，所述夹装控流机构包括位于传动轴正上方的两个导流仓、固定在两个导流仓上的两个气管、安装在导流仓两侧的两个齿条、安装在导流仓外端的封堵垫板、利用螺母安装在封堵垫板内侧且位于导流仓内腔中的隔热内垫、活动安装在封堵垫板和隔热内垫中部横槽内的夹具、活动安装在夹具内的两个锁紧销以及贯穿至两个夹具内腔中且横置的样本材料，所述升温机构包括活动安装在两个导流仓内端的两个防护套管、夹持于两个防护套管相邻两处端头内的第一密封垫和第二密封垫、安装在两个防护套管相邻柱头内的承压外壳、活动安装在承压外壳内的助转齿轴、固定安装在防护套管外部柱头底部的定位件、固定安装在其中一个防护套管顶部的隔热护管、固定安装在两个防护套管内壁上且呈对称分布的两个放热极板以及安装在两个防护套管顶部孔洞中的观察窗。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述撑架的顶部固定安装有圆弧形垫板，且圆弧形垫板固定在防护套管的底部，而相邻两个撑架底部的两处斜板分别固定在相邻第一基座和第二基座的内端上。

通过采用上述技术方案，将相邻两个撑架上安装的圆弧形垫板固定在防护套管的底部，此时拼接后的两组撑架便可为组合后的两个防护套管提供支撑力，同时相邻两组撑架也可为传动轴的杆体提供定位夹持力。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述导流仓靠近封堵垫板的一端安装呈圆周分布的夹板，且封堵垫板的外侧开设有适配夹持于夹板的凹槽，而夹板和凹槽内开设有对称分布的横孔，所述隔热内垫上安装的螺杆适配贯穿至夹板和凹槽内部的横孔中，且螺母压紧在夹板的另一侧。

通过采用上述技术方案，在封堵垫板的外部开设适配夹持于导流仓外端夹板的凹槽，当隔热内垫外部螺杆贯穿至封堵垫板和夹板的横孔后，位于凹槽内的夹板便可被螺母压紧在隔热内垫的螺杆上，此时插接在封堵垫板内部的夹具便可配合锁紧销将样本材料锁紧，至此初始状态下的样本材料便可被绷紧拉直。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述夹具是由两个U字形框板以及两个垫座组成，且垫座的内部开设有适配于锁紧销内柱形端头的孔洞。

通过采用上述技术方案，在封堵垫板和隔热内垫的中部开设矩形孔洞，配合矩形孔洞对夹具的适配性夹持，当控制两个锁紧销将样本材料顶部和底部压紧固定后，随着两个导流仓向外的扩张，样本材料的两端便可同时向外拉伸，此时样本材料位于两个样本材料内腔的部位便可在额定高温下剥除涂层基体。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述防护套管的内部开设有圆环形腔道，且防护套管外部的两侧安装有两个柱头，而柱头的内部开设有预装螺孔。

通过采用上述技术方案，在两个防护套管的内部开设预装隔热砖块的环形腔道，当隔热砖块铺满在两个防护套管内部的环形腔道内部后，横置于两个防护套管内腔中的样本材料便可得到局部加热。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述定位件的底部开设有适配夹持于传动轴杆体的半圆柱形横槽，且定位件底端开设有约束于插销的插孔，而拉簧的另一端固定在相邻两个定位件的底端。

通过采用上述技术方案，设置两个定位件，且在两个定位件底部开设适配夹持于传动轴杆体的半圆柱形横槽，且在两个定位件底端连接拉簧，配合拉簧的另一端对插销向上的牵引，此时静置状态下的传动轴便可被插销固定，此时扩张后的导流仓便可维持恒定状态。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述承压外壳整体呈十字形结构，且沿竖直方向对称分布的两个齿条会分别贯穿至承压外壳顶部和底部的矩形壳体内，而承压外壳内侧安装有贯穿至相邻两个防护套管柱头中的T字形端柱，所述放热极板的顶部连接有导线，且导线贯穿至隔热护管的内部。

通过采用上述技术方案，将两个承压外壳分别安装在两个防护套管相邻的两个柱头中，此时被固定的两个承压外壳便可对沿竖直方向分布的两个齿条提供定位约束力，随着链条传动助转齿轴旋转时，被承压外壳定位约束的两个齿条便可分别带动两个导流仓向外稳定伸展。

通过采用上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

1.本发明通过设置对绷紧状态样本材料待检测部位设置两个防护套管，且在两个防护套管内部的环形腔道装配隔热砖块，当隔热砖块铺满后便可配合第一密封垫和第二密封垫将两个防护套管进行封装，此时观察窗会固定在两个防护套管中部的槽孔内而两个放热极板对称分布于两个防护套管的内壁上，同时活动安装在两个防护套管外端的导流仓会配合组合后的封堵垫板、隔热内垫、夹具以及锁紧销对样本材料进行绷紧夹持，此时横置状态下样本材料便会位于两个防护套管内腔的中部，随着插销向外拉伸后，再控制传动轴旋转，此时被两个链条传动的助转齿轴便会同时传动两组齿条以及两个导流仓向外扩张，而初始状态下被绷紧的样本材料其受热部位便会被向外拉伸，同时其表面的隔热涂层便会在不影响纤维层的状态下得到剥离，此时操作人员便可通过观察窗对样本材料进行实时观察，同时改变传统直接对纤维层以及基体施加压力，导致涂层基体以及纤维层因受压而造成切断的问题发生。

2.本发明通过在两个导流仓的顶部分别安装两个气管，当需要探测高温下拉伸的样本材料与氧递增下的变化时，操作人员便可将送氧管道和排气管道分别与两个气管进行连接，随着氧气从一个导流仓内腔向着两个防护套管内腔以及另一个导流仓内部平缓输送时，剥离涂层基体的样本材料部位便可与选择变量下的氧气进行直接接触，最终可以方便操作人员在不同含氧量状态的空间内对样本材料恒力或者变力拉伸检测。

附图说明

图1为本发明使用时的示意图；

图2为本发明承载机构的示意图；

图3为本发明的局部剖面示意图；

图4为本发明夹装控流机构的示意图；

图5为本发明夹装控流机构的局部分散示意图；

图6为本发明升温机构的示意图；

图7为本发明升温机构的剖面示意图；

图8为本发明图7中A处的放大示意图；

图9为本发明升温机构的分散示意图。

附图标记：

100、承载机构；110、第一基座；120、第二基座；130、加强弹簧；140、撑架；150、传动轴；160、链条；170、插销；180、拉簧；

200、夹装控流机构；210、导流仓；220、齿条；230、气管；240、封堵垫板；250、隔热内垫；260、夹具；270、锁紧销；280、样本材料；

300、升温机构；310、防护套管；320、定位件；330、第一密封垫；340、第二密封垫；350、承压外壳；360、助转齿轴；370、隔热护管；380、放热极板；390、观察窗。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。

下面结合附图描述本发明的一些实施例提供的一种炭炭复合材料高温拉伸测试装置。

实施例一：

结合图1-图9所示，本发明提供的一种炭炭复合材料高温拉伸测试装置，包括承载机构100、安装在承载机构100上的夹装控流机构200以及安装在承载机构100和夹装控流机构200之间的升温机构300。

承载机构100包括第一基座110、第二基座120、加强弹簧130、撑架140、传动轴150、链条160、插销170和拉簧180，夹装控流机构200包括导流仓210、齿条220、气管230、封堵垫板240、隔热内垫250、夹具260以及锁紧销270，升温机构300包括防护套管310、定位件320、第一密封垫330、第二密封垫340、承压外壳350、助转齿轴360、隔热护管370、放热极板380和观察窗390。

具体的，两个链条160传动于传动轴150上，插销170、贯穿至传动轴150内部的孔洞中，拉簧180连接在插销170的底端，沿水平方向对称分布的第一基座110和第二基座120，加强弹簧130连接在第一基座110和第二基座120内侧的滑道中，两组撑架140安装在相邻两组第一基座110和第二基座120之间，且相邻两个撑架140之间开设有适配夹持于传动轴150杆体的横孔，两个导流仓210位于传动轴150的正上方，两个气管230固定在两个导流仓210上，两个齿条220安装在导流仓210的两侧，封堵垫板240安装在导流仓210的外端，位于导流仓210内腔中的隔热内垫250利用螺母安装在封堵垫板240的内侧，夹具260活动安装在封堵垫板240和隔热内垫250中部的横槽内，两个锁紧销270活动安装在夹具260内，横置的样本材料280贯穿至两个夹具260的内腔中，两个防护套管310活动安装在两个导流仓210的内端，第一密封垫330和第二密封垫340夹持于两个防护套管310相邻的两处端头内，承压外壳350安装在两个防护套管310相邻的柱头内，助转齿轴360活动安装在承压外壳350内，定位件320固定安装在防护套管310外部柱头的底部，隔热护管370固定安装在其中一个防护套管310的顶部，呈对称分布的两个放热极板380固定安装在两个防护套管310的内壁上，观察窗390安装在两个防护套管310顶部的孔洞中。

利用在两个防护套管310内部的环形腔道装配隔热砖块，当隔热砖块铺满后便可配合第一密封垫330和第二密封垫340将两个防护套管310进行封装，此时观察窗390会固定在两个防护套管310中部的槽孔内而两个放热极板380对称分布于两个防护套管310的内壁上，同时活动安装在两个防护套管310外端的导流仓210会配合组合后的封堵垫板240、隔热内垫250、夹具260以及锁紧销270对样本材料280进行绷紧夹持，此时横置状态下样本材料280便会位于两个防护套管310内腔的中部，随着插销170向外拉伸后，再控制传动轴150旋转，此时被两个链条160传动的助转齿轴360便会同时传动两组齿条220以及两个导流仓210向外扩张，而初始状态下被绷紧的样本材料280其受热部位便会被向外拉伸，同时其表面的隔热涂层便会在不影响纤维层的状态下得到剥离，而当需要探测高温下拉伸的样本材料280与氧递增下的变化时，操作人员便可将送氧管道和排气管道分别与两个气管230进行连接，随着氧气从一个导流仓210内腔向着两个防护套管310内腔以及另一个导流仓210内部平缓输送时，剥离涂层基体的样本材料280部位便可与选择变量下的氧气进行直接接触，最终可以方便操作人员在不同含氧量状态的空间内对样本材料280恒力或者变力拉伸检测。

实施例二：

结合图3-图9所示，在实施例一的基础上，撑架140的顶部固定安装有圆弧形垫板，且圆弧形垫板固定在防护套管310的底部，而相邻两个撑架140底部的两处斜板分别固定在相邻第一基座110和第二基座120的内端上。

利用将相邻两个撑架140上安装的圆弧形垫板固定在防护套管310的底部，此时拼接后的两组撑架140便可为组合后的两个防护套管310提供支撑力，同时相邻两组撑架140也可为传动轴150的杆体提供定位夹持力，从而可以确保沿着防护套管310外部滑动的导流仓210保持平稳，进而确保传动轴150旋转的稳定。

实施例三：

结合图4和图5所示，在实施例一的基础上，导流仓210靠近封堵垫板240的一端安装呈圆周分布的夹板，且封堵垫板240的外侧开设有适配夹持于夹板的凹槽，而夹板和凹槽内开设有对称分布的横孔，隔热内垫250上安装的螺杆适配贯穿至夹板和凹槽内部的横孔中，且螺母压紧在夹板的另一侧，夹具260是由两个U字形框板以及两个垫座组成，且垫座的内部开设有适配于锁紧销270内柱形端头的孔洞。

利用在封堵垫板240的外部开设适配夹持于导流仓210外端夹板的凹槽，当隔热内垫250外部螺杆贯穿至封堵垫板240和夹板的横孔后，位于凹槽内的夹板便可被螺母压紧在隔热内垫250的螺杆上，此时插接在封堵垫板240内部的夹具260便可配合锁紧销270将样本材料280锁紧，同时配合矩形孔洞对夹具260的适配性夹持，当控制两个锁紧销270将样本材料280顶部和底部压紧固定后，随着两个导流仓210向外的扩张，样本材料280的两端便可同时向外拉伸，至此初始状态下的样本材料280便可被绷紧拉直，此时样本材料280位于两个样本材料280内腔的部位便可在额定高温下剥除涂层基体，即可避免涂层对拉伸状态下样本材料280的纤维层造成破坏，进而方便样本材料280位于两个防护套管310内腔的部位可以在额定高温下进行抗拉伸检测作业。

实施例四：

结合图3-图9所示，在实施例一的基础上，防护套管310的内部开设有圆环形腔道，且防护套管310外部的两侧安装有两个柱头，而柱头的内部开设有预装螺孔，定位件320的底部开设有适配夹持于传动轴150杆体的半圆柱形横槽，且定位件320底端开设有约束于插销170的插孔，而拉簧180的另一端固定在相邻两个定位件320的底端，承压外壳350整体呈十字形结构，且沿竖直方向对称分布的两个齿条220会分别贯穿至承压外壳350顶部和底部的矩形壳体内，而承压外壳350内侧安装有贯穿至相邻两个防护套管310柱头中的T字形端柱，放热极板380的顶部连接有导线，且导线贯穿至隔热护管370的内部。

利用在两个防护套管310的内部开设预装隔热砖块的环形腔道，当隔热砖块铺满在两个防护套管310内部的环形腔道内部后，横置于两个防护套管310内腔中的样本材料280便可得到局部加热，直至样本材料280提升至规定温度后，通过观察窗390便可对样本材料280位于防护套管310内腔受热且拉伸的部位进行实时观测，并在两个定位件320底部开设适配夹持于传动轴150杆体的半圆柱形横槽，且在两个定位件320底端连接拉簧180，配合拉簧180的另一端对插销170向上的牵引，此时静置状态下的传动轴150便可被插销170固定，此时扩张后的导流仓210便可维持恒定状态，同时将两个承压外壳350分别安装在两个防护套管310相邻的两个柱头中，此时被固定的两个承压外壳350便可对沿竖直方向分布的两个齿条220提供定位约束力，随着链条160传动助转齿轴360旋转时，被承压外壳350定位约束的两个齿条220便可分别带动两个导流仓210向外稳定伸展，以此可以确保样本材料280在拉伸过程中不会因设备偏移而导致涂层对纤维层造成划伤的问题发生，同时方便操作人员在恒定压力下对着样本材料280拉伸和形变部位进行观测。

本发明的工作原理及使用流程：预先将隔热砖块沿着两个防护套管310内腔预留的环形腔道进行装载，接着将第二密封垫340和第一密封垫330沿着其中一个防护套管310内端的两个环槽进行装配，接着利用组合螺栓将两个防护套管310外侧相邻的两个柱头进行固定，在此期间，两个放热极板380会装配在两个防护套管310的内壁上，此时放热极板380上连接的线缆会从隔热护管370的内部向外贯穿，然后将组合后的两组助转齿轴360和承压外壳350分别安装在两个防护套管310两侧相邻的柱头内，而固定在导流仓210两侧的两个齿条220会分别贯穿至两个承压外壳350的内部，此时位于承压外壳350内的两个齿条220会啮合于助转齿轴360的齿轮，初始状态下，位于组合后两个防护套管310外部的两个导流仓210会处于收缩状态，而安装在其中一个导流仓210顶部的气管230则需要与送氧管道进行连接，而另一个导流仓210顶部安装的气管230需要与排气管道进行连接，此时被输送的氧气便可顺着其中一个导流仓210内腔向着防护套管310内侧以及另一个导流仓210内腔转移；

在使用过程中，随着放热极板380的持续升温，被两组夹具260和锁紧销270夹紧固定的样本材料280会横置于两个导流仓210和两个防护套管310内腔的中部，而两个放热极板380会位于样本材料280的两侧，此时的样本材料280会被绷紧，而在升温的过程中，通过观察窗390的观察，样本材料280在升温过程中而发生的变化便可得到实时观测，由于样本材料280成品表面涂覆有涂层基体，在避免不了涂层干扰时，便难以对样本材料280自身因高温而承受的抗拉力进行实时测验，因此，在装置内腔提升至一定温度后，操作人员便可通过转动传动轴150外端的转轮，此时安装在传动轴150两端的齿轮端头便可同时带动两个链条160，此时两个助转齿轴360便可对两组齿条220以及两个导流仓210向外扩张，此时被绷紧状态的样本材料280位于两个防护套管310内腔的部位便会在高温状态下破坏其表面的涂层，此时高温以及选择输送量的氧气便可直接作用于样本材料280破除涂层的本体上，从而可以极大长度上方便对涂覆各类抗高温涂层的样本材料280对不同含氧量下的抗高温测试作业。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种炭炭复合材料高温拉伸测试装置，其特征在于，包括承载机构（100）、安装在承载机构（100）上的夹装控流机构（200）以及安装在承载机构（100）和夹装控流机构（200）之间的升温机构（300）；

所述承载机构（100）包括横置的传动轴（150）、传动于传动轴（150）上的两个链条（160）、贯穿至传动轴（150）内部孔洞中的插销（170）以及连接在插销（170）底端的拉簧（180）；

所述夹装控流机构（200）包括位于传动轴（150）正上方的两个导流仓（210）、固定在两个导流仓（210）上的两个气管（230）、安装在导流仓（210）两侧的两个齿条（220）、安装在导流仓（210）外端的封堵垫板（240）、利用螺母安装在封堵垫板（240）内侧且位于导流仓（210）内腔中的隔热内垫（250）、活动安装在封堵垫板（240）和隔热内垫（250）中部横槽内的夹具（260）、活动安装在夹具（260）内的两个锁紧销（270）以及贯穿至两个夹具（260）内腔中且横置的样本材料（280）；

所述升温机构（300）包括活动安装在两个导流仓（210）内端的两个防护套管（310）、夹持于两个防护套管（310）相邻两处端头内的第一密封垫（330）和第二密封垫（340）、安装在两个防护套管（310）相邻柱头内的承压外壳（350）、活动安装在承压外壳（350）内的助转齿轴（360）、固定安装在防护套管（310）外部柱头底部的定位件（320）、固定安装在其中一个防护套管（310）顶部的隔热护管（370）、固定安装在两个防护套管（310）内壁上且呈对称分布的两个放热极板（380）以及安装在两个防护套管（310）顶部孔洞中的观察窗（390）；

所述定位件（320）的底部开设有适配夹持于传动轴（150）杆体的半圆柱形横槽，且定位件（320）底端开设有约束于插销（170）的插孔，而拉簧（180）的另一端固定在相邻两个定位件（320）的底端，所述承压外壳（350）整体呈十字形结构，且沿竖直方向对称分布的两个齿条（220）会分别贯穿至承压外壳（350）顶部和底部的矩形壳体内，而承压外壳（350）内侧安装有贯穿至相邻两个防护套管（310）柱头中的T字形端柱。

2.根据权利要求1所述的一种炭炭复合材料高温拉伸测试装置，其特征在于，所述承载机构（100）还包括沿水平方向对称分布的第一基座（110）和第二基座（120）、连接在第一基座（110）和第二基座（120）内侧滑道中的加强弹簧（130）以及安装在相邻两组第一基座（110）和第二基座（120）之间的两组撑架（140），且相邻两个撑架（140）之间开设有适配夹持于传动轴（150）杆体的横孔。

3.根据权利要求2所述的一种炭炭复合材料高温拉伸测试装置，其特征在于，所述撑架（140）的顶部固定安装有圆弧形垫板，且圆弧形垫板固定在防护套管（310）的底部，而相邻两个撑架（140）底部的两处斜板分别固定在相邻第一基座（110）和第二基座（120）的内端上。

4.根据权利要求1所述的一种炭炭复合材料高温拉伸测试装置，其特征在于，所述导流仓（210）靠近封堵垫板（240）的一端安装呈圆周分布的夹板，且封堵垫板（240）的外侧开设有适配夹持于夹板的凹槽，而夹板和凹槽内开设有对称分布的横孔；

所述隔热内垫（250）上安装的螺杆适配贯穿至夹板和凹槽内部的横孔中，且螺母压紧在夹板的另一侧。

5.根据权利要求1所述的一种炭炭复合材料高温拉伸测试装置，其特征在于，所述夹具（260）是由两个U字形框板以及两个垫座组成，且垫座的内部开设有适配于锁紧销（270）内柱形端头的孔洞。

6.根据权利要求1所述的一种炭炭复合材料高温拉伸测试装置，其特征在于，所述防护套管（310）的内部开设有圆环形腔道，且防护套管（310）外部的两侧安装有两个柱头，而柱头的内部开设有预装螺孔。

7.根据权利要求1所述的一种炭炭复合材料高温拉伸测试装置，其特征在于，所述放热极板（380）的顶部连接有导线，且导线贯穿至隔热护管（370）的内部。