CN117760833B - 一种高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置，涉及材料测试技术领域。本发明提供的高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置，通过采用上位机与温度传感器、气体压力传感器、测试压力传感器、位移传感器、氧气/氢气浓度监测仪、氢气填充系统、真空抽取系统和DIC测试系统等部件间的交互，通过采用上位机，能够基于不同测试模式实现高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试，对测得的工程应力‑应变数据进行处理，得到橡胶真实应力‑应变数据，然后通过相应的数据库进行数据处理，筛选出最能表征橡胶试样非线性的本构模型，同时还可以对样品材料的测试结果生成的应变分布云图进行分析，得到样品材料的变形行为及失效断裂机理。
Description
技术领域
本发明涉及材料测试技术领域，特别是涉及一种高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置。
背景技术
传统的测量方法包括机械测量和电学测量，但这些方法涉及与材料的接触，对测量环境有一定的要求，不适合高温测量。电子散斑干涉测量（ESPI）、条纹投影等光学测量方法与传统测量方法相比，无需接触材料即可获得材料的信息，然而不是所有的高温测量都能采用光学测量方法，因为它们大多对测量环境也有严格的要求。
现有的高压氢环境压缩测试装置功能较为简单，能在特定温度下完成单轴压缩测试，但不能满足如今日益复杂的测试任务。
现有的高压氢环境压缩测试装置的实验结果后处理较为简单，仅可以输出橡胶材料测试获得的工程应力-应变数据，但对于数据的真实性，可靠性有待验证。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案。
一种高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置，包括：测试箱、温度传感器、气体压力传感器、测试压力传感器、位移传感器、氧气/氢气浓度监测仪、上位机、氢气填充系统、真空抽取系统和DIC测试系统；所述测试箱中设置有样品夹持机构、加热系统和降温系统。
所述上位机分别与所述温度传感器、所述气体压力传感器、所述测试压力传感器、所述位移传感器、所述氧气/氢气浓度监测仪、所述氢气填充系统、所述DIC测试系统、所述样品夹持机构、所述加热系统、所述真空抽取系统和所述降温系统电连接；所述氢气填充系统与所述测试箱进行管道连接；所述温度传感器、所述气体压力传感器和所述氧气/氢气浓度监测仪设置在所述测试箱内部；所述真空抽取系统分别与所述氢气填充系统和所述测试箱管路连接。
所述上位机中植入有单轴压缩测试模式和双轴压缩测试模式；所述上位机用于获取单轴压缩测试模式或双轴压缩测试模式下的测试参数，并基于所述测试参数生成测试指令；所述测试指令用于开启所述氢气填充系统、所述温度传感器、所述气体压力传感器、所述测试压力传感器、所述位移传感器和所述氧气/氢气浓度监测仪；所述测试压力传感器和所述位移传感器设置在所述样品夹持机构上。
所述氢气填充系统用于为所述测试箱填充氢气；所述上位机用于基于所述气体压力传感器获取的测试箱中的气体压力生成氢气填充指令；所述氢气填充系统用于执行所述氢气填充指令。
所述上位机用于获取所述温度传感器采集的测试箱中的温度数据，并基于所述温度数据生成加热/降温指令；所述加热系统和所述降温系统执行所述加热/降温指令，直至所述测试箱中的温度达到设定值。
所述上位机用于基于所述测试参数生成样品夹持指令；所述样品夹持机构用于执行所述样品夹持指令；所述上位机获取所述测试压力传感器获取的数据以及所述位移传感器获取的数据，并用于基于所述测试压力传感器获取的数据以及所述位移传感器获取的数据确定样品压缩率，当所述样品压缩率达到设定值时，所述上位机生成样品夹持停止指令；所述样品夹持机构用于执行所述样品夹持停止指令。
所述DIC测试系统用于获取测试过程中的样品图像数据；所述上位机基于所述样品图像数据和所述测试压力传感器获取的数据确定样品的应力-应变数据，并用于基于所述应力-应变数据从数据库中筛选得到用于表征样品非线性的本构模型，还用于基于所述本构模型生成样品的应变分布云图，分析所述应变分布云图的变化过程得到样品材料的变形行为及失效断裂机理。
所述真空抽取系统用于对所述测试箱进行抽真空操作。
可选地，所述氢气填充系统包括：氮气气瓶、氢气气瓶、缓冲罐、第一三通接口和第二三通接口。
所述氮气气瓶通过管路连接至所述第一三通接口的第一接口；所述氮气气瓶与所述第一三通接口的第一接口间的管路上，依次设置有气体分子过滤器和氮气手动阀；所述氢气气瓶通过管路连接至所述第一三通接口的第二接口；所述氢气气瓶与所述第一三通接口的第二接口间的管路上，依次设置有气体分子过滤器和氢气手动阀；所述第一三通接口的第三接口与冷却器的管路连接；所述冷却器与所述缓冲罐管路连接；所述第一三通接口的第三接口与所述冷却器间的管路上依次设置有压力传感器、压力表、电磁气动阀和增压泵；所述缓冲罐与所述第二三通接口的第一接口管路连接；
所述第二三通接口的第二接口通过管路与所述测试箱连接；所述第二三通接口的第二接口与所述测试箱的连接管路上设置有压力传感器和压力表；所述第二三通接口的第三接口与所述真空抽取系统管路连接。
可选地，所述真空抽取系统包括：真空泵、第三三通接口和排气口。
所述第三三通接口的第一接口与所述氢气填充系统管路连接；所述第三三通接口的第二接口与所述真空泵管路连接；所述第三三通接口的第二接口与所述真空泵的连接管路上依次设置有手动阀和真空计；所述第三三通接口的第三接口与所述排气口管路连接；所述第三三通接口的第三接口与所述排气口的连接管路上设置有排空阀。
可选地，所述DIC测试系统包括：摄像机和照明灯。
所述摄像机与所述上位机电连接；所述摄像机用于拍摄测试过程中的样品图像数据；所述照明灯用于为所述摄像机提供照明环境。
可选地，所述摄像机的摄像头前端设置有滤波片。
可选地，所述测试箱上设置有观察窗；采用防爆玻璃封装所述观察窗；所述摄像机经所述观察窗拍摄测试过程中的样品图像数据。
可选地，所述样品夹持机构包括：第一液压伸缩杆、第二液压伸缩杆、第三液压伸缩杆和样品台。
所述第一液压伸缩杆、所述第二液压伸缩杆和所述第三液压伸缩杆均与所述上位机电连接；所述第一液压伸缩杆、所述第二液压伸缩杆和所述第三液压伸缩杆上均设置有所述测试压力传感器和所述位移传感器；所述第一液压伸缩杆的一端固定在所述测试箱上，所述第一液压伸缩杆的另一端上设置有第一压板；所述第二液压伸缩杆的一端固定在所述测试箱上，所述第二液压伸缩杆的另一端上设置有第二压板；所述第三液压伸缩杆的一端固定在所述测试箱上，所述第三液压伸缩杆的另一端上设置有第三压板；所述样品台一端固定在所述测试箱上，所述样品台的另一端设置有样品放置端面；所述第一压板和所述样品放置端面相对设置；所述第二压板和所述第三压板相对设置。
可选地，所述加热系统包括多个加热管；多个加热管均与所述上位机电连接；所述加热管设置在所述测试箱的箱壁上。
可选地，所述降温系统包括制冷器；所述制冷器与所述上位机电连接；所述制冷器设置在所述测试箱内。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置，通过采用上位机与温度传感器、气体压力传感器、测试压力传感器、位移传感器、氧气/氢气浓度监测仪、上位机、氢气填充系统、真空抽取系统和DIC测试系统等部件间的交互，能够基于氧气/氢气浓度监测仪确定测试箱内氢气浓度，仅为实现氢气是否泄漏的检测。并且，通过采用上位机，能够基于不同测试模式实现高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试，并依据测试结果生成样品的应力-应变数据以及应变分布云图，进而对应变分布云图的变化过程进行有效分析，得到样品材料的变形行为及失效断裂机理。
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为本发明提供的高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置的结构示意图。
图2为本发明提供的DIC测试系统示意图。
符号说明：1-氮气气瓶，2-氢气气瓶，3-气体分子过滤器，4-氮气手动阀，5-氢气手动阀，6-压力传感器，7-压力表，8-电磁气动阀，9-增压泵，10-冷却器，11-缓冲罐，12-排空阀，13-手动阀，14-真空泵，15-真空计，16-第一液压伸缩杆，17-温度/气体压力传感器，18-第二液压伸缩杆，19-加热管，20-进/出气管路，21-进/出气口，22-摄像机，23-第三液压伸缩杆，24-第一压力/位移传感器，25-第三压板，26-氧气/氢气浓度监测仪，27-测试箱，28-第二压力/位移传感器，29-第一压板，30-样品，31-第二压板，32-上位机，33-样品放置端面，34-滤波片，35-观察窗，36-照明灯。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置，能够实现高压氢环境宽温阈的单双轴压缩测试。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，本发明提供的高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置包括：测试箱27、温度传感器、气体压力传感器、测试压力传感器、位移传感器、氧气/氢气浓度监测仪26、上位机32、氢气填充系统、真空抽取系统和DIC测试系统。测试箱27中设置有样品夹持机构、加热系统和降温系统。其中，在实际应用过程中，温度传感器和气体压力传感器进行一体化设置后，安装在测试箱内部。如图1所示，一体化设置后的温度传感器和气体压力传感器形成了温度/气体压力传感器17。
上位机32分别与温度传感器、气体压力传感器、测试压力传感器、位移传感器、氧气/氢气浓度监测仪26、氢气填充系统、DIC测试系统、样品夹持机构、加热系统、真空抽取系统和降温系统电连接。氢气填充系统与测试箱27进行管道连接。温度传感器、气体压力传感器和氧气/氢气浓度监测仪26设置在测试箱27内部。真空抽取系统分别与氢气填充系统和测试箱27管路连接。
上位机32中植入有单轴压缩测试模式和双轴压缩测试模式。上位机32用于获取单轴压缩测试模式或双轴压缩测试模式下的测试参数，并基于测试参数生成测试指令。测试指令用于开启氢气填充系统、温度传感器、气体压力传感器、测试压力传感器、位移传感器和氧气/氢气浓度监测仪26。测试压力传感器和位移传感器设置在样品夹持机构上。
氢气填充系统用于为测试箱27填充氢气。上位机32用于基于气体压力传感器获取的测试箱27中的气体压力生成氢气填充指令。氢气填充系统用于执行氢气填充指令。通过测试箱27中设置的气体压力传感器，可以观察到箱内的气压变化。
上位机32用于获取温度传感器采集的测试箱27中的温度数据，并基于温度数据生成加热/降温指令。加热系统和降温系统执行加热/降温指令，直至测试箱27中的温度达到设定值。
上位机32用于基于测试参数生成样品夹持指令。样品夹持机构用于执行样品夹持指令。上位机32获取测试压力传感器获取的数据以及位移传感器获取的数据，并用于基于测试压力传感器获取的数据以及位移传感器获取的数据确定样品30的压缩率，当样品30的压缩率达到设定值时，上位机32生成样品夹持停止指令。样品夹持机构用于执行样品夹持停止指令。
DIC测试系统用于获取测试过程中的样品图像数据。上位机32基于样品图像数据和测试压力传感器获取的数据确定样品30的应力-应变数据，并用于基于应力-应变数据从数据库中筛选得到用于表征样品非线性的本构模型，还用于基于本构模型生成样品30的应变分布云图，分析应变分布云图的变化过程得到样品材料的变形行为及失效断裂机理。
真空抽取系统用于对测试箱27进行抽真空操作。
在实际应用过程中，如图1所示，本发明上述采用的氢气填充系统包括：氮气气瓶1、氢气气瓶2、冷却器10、第一三通接口和第二三通接口。
氮气气瓶1通过管路连接至第一三通接口的第一接口。氮气气瓶1与第一三通接口的第一接口间的管路上，依次设置有气体分子过滤器3和氮气手动阀4。氢气气瓶2通过管路连接至第一三通接口的第二接口。氢气气瓶2与第一三通接口的第二接口间的管路上，依次设置有气体分子过滤器3和氢气手动阀5。第一三通接口的第三接口与冷却器10管路连接。冷却器10与缓冲罐11管路连接。第一三通接口的第三接口与冷却器10间的管路上依次设置有压力传感器6、压力表7、电磁气动阀8和增压泵9。缓冲罐11与第二三通接口的第一接口管路连接。
第二三通接口的第二接口通过管路与测试箱27连接。第二三通接口的第二接口与测试箱27的连接管路上设置有压力传感器6和压力表7。第二三通接口的第三接口与真空抽取系统管路连接。
进一步，为了能够保证测试箱27中氢气浓度的准确性，如图1所示，本发明上述采用的真空抽取系统包括：真空泵14、第三三通接口和排气口。
第三三通接口的第一接口与氢气填充系统管路连接。第三三通接口的第二接口与真空泵14管路连接。第三三通接口的第二接口与真空泵14的连接管路上依次设置有手动阀13和真空计15。第三三通接口的第三接口与排气口管路连接。第三三通接口的第三接口与排气口的连接管路上设置有排空阀12。
进一步，为了提高图像拍摄效率和清晰度，如图2所示，本发明上述采用的DIC测试系统包括：摄像机22和照明灯36。
摄像机22与上位机32电连接。摄像机22用于拍摄测试过程中的样品图像数据。照明灯36用于为摄像机22提供照明环境。
其中，为了消除再生偏差和差值偏差，本发明在摄像机22的摄像头前端还设置有滤波片34。
在实际应用过程中，数字图像相关（Digital Image Correlation，DIC）测试系统使用照明灯36照明，使用摄像机22来捕获图像，采用滤波片34消除噪声偏差和差值偏差后，再通过上位机32采用图像灰度平均算法处理获取的图像，最后计算得到样品30在压缩过程中的位移和应变。
进一步，为了保证整个测试箱27内环境的密封性，避免带来氢气泄漏测试误差，如图2所示，本发明在测试箱27上设置有观察窗35，并采用防爆玻璃封装观察窗35。基于这一结构，在实际应用过程中，摄像机22通过观察窗35拍摄测试过程中的样品图像数据。
此外，为了提高整个测试过程的安全性，还可以在测试箱27箱门的一侧设置控制面板。控制面板与上位机32电连接，且控制面板上设有显示屏、超温保护器、累时器及急停按钮。
进一步，为了能够保证测试参数精确的施加在样品30上，如图1所示，本发明采用的样品夹持机构包括：第一液压伸缩杆16、第二液压伸缩杆18、第三液压伸缩杆23和样品台。
第一液压伸缩杆16、第二液压伸缩杆18和第三液压伸缩杆23均与上位机32电连接。第一液压伸缩杆16、第二液压伸缩杆18和第三液压伸缩杆23上均设置有测试压力传感器和位移传感器，以便对各个伸缩杆的位移和施加在样品30上的压力进行精确检测。在实际应用过程中，测试压力传感器和位移传感器进行一体化设置。例如，如图1所示，设置在第三液压伸缩杆23上的测试压力传感器和位移传感器进行一体化设置后，变为第一压力/位移传感器24。设置在第一液压伸缩杆16上的测试压力传感器和位移传感器进行一体化设置后，变为第二压力/位移传感器28。
为了保证样品夹持的稳定性，在实际应用过程中，第一液压伸缩杆16的一端固定在测试箱27上，第一液压伸缩杆16的另一端上设置有第一压板29。第二液压伸缩杆18的一端固定在测试箱27上，第二液压伸缩杆18的另一端上设置有第二压板31。第三液压伸缩杆23的一端固定在测试箱27上，第三液压伸缩杆23的另一端上设置有第三压板25。样品台一端固定在测试箱27上，样品台的另一端设置有样品放置端面33。第一压板29和样品放置端面33相对设置，第二压板31和第三压板25相对设置，以便形成样品30的测试空间。
基于上述描述，在实际应用过程中，测试箱27内部的顶端和左右两侧固定安装有液压伸缩杆，且液压伸缩杆的顶端安装有压力传感器6和位移传感器，以实现单轴或双轴压缩测试需求。
测试箱27提供测试所需的压力和温度下的氢气环境，在实际应用过程中，测试箱27的最高测试压力可达100 MPa，测试温度为-60℃到150℃。此外，测试箱27所用材料需要具有良好的抗氢脆性能，且能实现密封功能。
进一步，为了保证整个测试箱27能够实现高温或特定温度的测量，本发明提供的加热系统包括多个加热管19。多个加热管19均与上位机32电连接。如图1所示，加热管19设置在测试箱27的箱壁上。
进一步，为了提高测试箱27的温度测试效率，以便测试箱27中温度能够从高温尽快回落到设定的温度，本发明提供的降温系统还可以包括制冷器。制冷器与上位机32电连接。制冷器设置在测试箱27内。
进一步，在实际应用过程中，上位机32可以替换为采用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）作为核心处理模块的处理器，以用于各功能模块的协调控制以及氢气的泄漏监控。这一处理器主要包括测试记录与处理系统、泄漏监控系统等。这一处理器对各传感器识别的模拟量通过A/D转换进行数据采集和处理并在屏幕上显示，操作人员可根据显示信息采取相应的动作。同时，该处理器可通过设定的判断条件自动执行相关措施，如关闭气体增压器、触发报警系统等。
其中，测试记录与处理系统执行以下操作：
（1）实时测量、记录和处理测试过程中气体压力传感器、摄像机、温度传感器和压力传感器等仪器获取的测试参数。
（2）实现样品在压缩测试过程中的各液压伸缩杆的压力、压缩速率等参数的控制、精确测量和记录。
（3）对测试测得的工程应力-应变数据进行数据处理，得到压缩应力应变真实应力应变数据。应力应变转化公式为：真实应力=工程应力×(1-工程应变)，真实应变=-ln(1-工程应变)。
（4）对所得的真实应力-应变数据与材料力学性能数据库进行对比，判断所得数据的准确性，并通过数据库数据处理筛选出最能表征样品非线性的本构模型。
进一步，采用上述处理器还可以实时监测测试系统的氢气泄漏状况并及时报警，同时能实现氢气泄漏量超标等紧急情况的自动联锁急停，以保证人员和设备的安全。
再进一步，实际应用过程中，制冷系统和制热系统可以形成温度调节控制系统，以实现对同一样品在不同温度下的性能进行测试，以测得在不同环境温度下的性能。温度传感器能够检测到测试箱27内部的温度，当测试箱27内温度高于或低于设定温度时，温度传感器将传递电信号，上位机32（或处理器）控制制冷或制热系统开启与关闭，实现温度在-60℃-150℃范围内的调节与控制，保证测试箱27始终处于测试所需温度。
下面以对橡胶试样进行单双轴压缩测试为例，对本发明上述提供的高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置的工作原理进行说明。
A、单轴压缩测试。
在剪切好的橡胶试样上喷洒涂料（进行激光制斑、化学腐蚀等），形成散斑并进行固化，把橡胶试样固定在第一压板29和样品放置端面33之间，关闭测试箱27的箱门。
在上位机32选择单轴测试模式，设定测试所需温度与氢气压力，输入橡胶试样的厚度、压缩率以及第一液压伸缩杆16的压缩速度，并控制开始启动测试。
真空泵14对测试箱27和氢气填充系统的管路抽真空，接着打开氮气手动阀4吹扫测试箱27和气体管路，接着用真空泵14对测试箱27和氢气填充系统的管路抽真空，重复上述抽真空和吹扫环节，直至测试箱27中含氧量达到指定要求。开启氢气手动阀5往测试箱27中充入氢气，然后泄压，再次抽真空。重复上述充氢、泄压和抽真空环节，直至测试箱27中氢气纯度符合测试要求。继而启动增压泵9，对测试箱27增压至测试设定压力，此时测试箱27内充满指定压力和纯度的氢气。
在测试前手动调整摄像头的位置以获得最佳拍摄图像，并在室温下摄像头以每秒适当帧速拍摄100张图像，收集并存入上位机32。
发热管开始加热（或制冷系统开始降温），待测试箱27内温度到达设定温度后，根据测试要求开始进行压缩测试。
升温（或降至）至测试温度并维持5min，待测试箱27内温度稳定后，第一液压伸缩杆16启动，下压橡胶试样，使橡胶试样处在一定的压缩状态。第二位移/压力传感器28显示压力大小和压缩量变化，达到预设的压缩比后第一液压伸缩杆16停止下压，第二位移/压力传感器28将测得的数据传输给上位机32。摄像头通过防爆玻璃以相同速率拍摄100张图，收集并存入上位机32。
完成测试，上位机32对测得的工程应力-应变数据进行数据处理，得到压缩应力应变的真实应力应变数据。将所得的真实应力应变数据与橡胶力学性能数据库进行对比，判断所得数据的准确性，并通过数据库数据处理筛选出最能表征橡胶试样非线性的本构模型。处理得到的应变分布云图，并分析应变云图的变化过程，研究材料的变形行为及失效断裂机理。
压缩测试结束后，发热管停止加热，第一液压伸缩杆16回到初始位置，排空阀12打开对测试箱27泄压，使用真空泵14对测试箱27抽真空，真空度到达设定值后关闭真空泵14，打开排空阀12平衡测试箱27的内外压力，测试箱27内腔的氢气排出完毕后，打开测试箱27的箱门，取出橡胶试样。
B、双轴压缩测试。
在剪切好的橡胶试样上喷洒涂料（激光制斑、化学腐蚀等），形成散斑并进行固化，把橡胶试样固定在第一压板29和样品放置端面33之间，关闭测试箱27的箱门。
在上位机32选择双轴测试模式，设定测试所需温度与氢气压力，输入橡胶试样的厚度、压缩率以及第一、第二和第三液压伸缩杆的压缩速度，并控制开始启动测试。
真空泵14对测试箱27和氢气填充系统的管路抽真空，接着打开氮气手动阀4吹扫测试箱27和气体管路，接着用真空泵14对测试箱27和氢气填充系统的管路抽真空，重复上述抽真空和吹扫环节直至测试箱27的含氧量达到指定要求。开启氢气手动阀5往系统充入氢气，然后泄压，再次抽真空。重复上述充氢、泄压和抽真空环节直至测试箱27中的氢气纯度符合测试要求。继而启动增压泵9，对测试箱27增压至测试设定压力，此时测试箱27内填充满指定压力和纯度的氢气。
在测试前手动调整摄像机22的位置以获得最佳拍摄图像，并在室温下摄像机22以每秒适当帧速拍摄100张图像，收集并存入上位机32。
发热管开始加热（或制冷系统开始降温），待测试箱27内温度到达设定温度后，根据测试要求开始进行压缩测试。
升温（或降至）至测试温度并维持5min，待测试箱27内温度后，第一液压伸缩杆16启动，第二液压伸缩杆18向右移动，第三液压伸缩杆23向左移动，使橡胶试样处在双轴压缩状态。第二位移/压力传感器28和第一位移/压力传感器24显示压力大小和压缩量变化，达到预设的压缩比后，第一液压伸缩杆16和第二、第三液压伸缩杆停止运动，第二位移/压力传感器28和第一位移/压力传感器24将测得的数据传输给上位机32。摄像机22通过防爆玻璃以相同速率拍摄100张图，收集并存入上位机32。
完成测试，上位机32对测试测得的工程应力-应变数据进行数据处理，得到压缩应力应变的真实应力应变数据。将所得的真实应力应变数据与橡胶力学性能数据库进行对比，判断所得数据的准确性，并通过数据库数据处理筛选出最能表征橡胶试样非线性的本构模型。处理得到的应变分布云图，并分析应变云图的变化过程，研究材料的变形行为及失效断裂机理。
压缩测试结束后，发热管停止加热，第一液压伸缩杆16和第二、第三液压伸缩杆回到初始位置，打开排空阀12将测试箱27中的气体经过进/出气口21的进/出气管路20释放，以对测试箱27进行泄压，使用真空泵14对测试箱27抽真空，真空度到达设定值后关闭真空泵14，打开排空阀12平衡测试箱27的内外压力，测试箱27内腔的氢气排出完毕后，打开测试箱27的箱门，取出橡胶试样。
基于上述描述，本发明相对于现有技术具有以下优点：
1）、本发明采用的数字图像相关（DIC）是一种全场、非接触式位移应变测量技术，根据被测物体变形前后的灰度场信息来获取位移和应变值，能在宽温阈内均有效完成材料信息获取。
2）、本发明提供的测试装置支持单轴和双轴压缩测试，可以模拟不同方向上的压缩应力，这有助于全面评估材料的性能。同时，本发明的测试装置可以在试验温度-60℃-150℃，试验压力0-100 MPa范围完成材料测试，通过覆盖广泛的温度和压力范围，测试装置能够更准确地模拟实际工作条件，评估材料在极端条件下的性能，这对于氢能技术、氢气储存和传输系统等领域的材料研究至关重要。
3）、本发明中的测试装置可对测得的工程应力-应变数据进行数据处理，得到橡胶真实应力-应变数据，并与相应的数据库里数据进行对比，从而判断所得数据的准确性，最后通过数据库进行数据处理，筛选出最能表征橡胶试样非线性的本构模型。同时，本发明还可以依据测试结果生成样品的应变分布云图，进而对应变分布云图的变化过程进行有效分析，得到样品材料的变形行为及失效断裂机理。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置，其特征在于，包括：测试箱、温度传感器、气体压力传感器、测试压力传感器、位移传感器、氧气/氢气浓度监测仪、上位机、氢气填充系统、真空抽取系统和DIC测试系统；所述测试箱中设置有样品夹持机构、加热系统和降温系统；
所述上位机分别与所述温度传感器、所述气体压力传感器、所述测试压力传感器、所述位移传感器、所述氧气/氢气浓度监测仪、所述氢气填充系统、所述DIC测试系统、所述样品夹持机构、所述加热系统、所述真空抽取系统和所述降温系统电连接；所述氢气填充系统与所述测试箱进行管道连接；所述温度传感器、所述气体压力传感器和所述氧气/氢气浓度监测仪设置在所述测试箱内部；所述真空抽取系统分别与所述氢气填充系统和所述测试箱管路连接；
所述上位机中植入有单轴压缩测试模式和双轴压缩测试模式；所述上位机用于获取单轴压缩测试模式或双轴压缩测试模式下的测试参数，并基于所述测试参数生成测试指令；所述测试指令用于开启所述氢气填充系统、所述温度传感器、所述气体压力传感器、所述测试压力传感器、所述位移传感器和所述氧气/氢气浓度监测仪；所述测试压力传感器和所述位移传感器设置在所述样品夹持机构上；
所述氢气填充系统用于为所述测试箱填充氢气；所述上位机用于基于所述气体压力传感器获取的测试箱中的气体压力生成氢气填充指令；所述氢气填充系统用于执行所述氢气填充指令；
所述上位机用于获取所述温度传感器采集的测试箱中的温度数据，并基于所述温度数据生成加热/降温指令；所述加热系统和所述降温系统执行所述加热/降温指令，直至所述测试箱中的温度达到设定值；
所述上位机用于基于所述测试参数生成样品夹持指令；所述样品夹持机构用于执行所述样品夹持指令；所述上位机获取所述测试压力传感器获取的数据以及所述位移传感器获取的数据，并用于基于所述测试压力传感器获取的数据以及所述位移传感器获取的数据确定样品压缩率，当所述样品压缩率达到设定值时，所述上位机生成样品夹持停止指令；所述样品夹持机构用于执行所述样品夹持停止指令；
所述DIC测试系统用于获取测试过程中的样品图像数据；所述上位机基于所述样品图像数据和所述测试压力传感器获取的数据确定样品的应力-应变数据，并用于基于所述应力-应变数据从数据库中筛选得到用于表征样品非线性的本构模型，还用于基于所述本构模型生成样品的应变分布云图，分析所述应变分布云图的变化过程得到样品材料的变形行为及失效断裂机理；
所述真空抽取系统用于对所述测试箱进行抽真空操作；
所述氢气填充系统包括：氮气气瓶、氢气气瓶、缓冲罐、第一三通接口和第二三通接口；
所述氮气气瓶通过管路连接至所述第一三通接口的第一接口；所述氮气气瓶与所述第一三通接口的第一接口间的管路上，依次设置有气体分子过滤器和氮气手动阀；所述氢气气瓶通过管路连接至所述第一三通接口的第二接口；所述氢气气瓶与所述第一三通接口的第二接口间的管路上，依次设置有气体分子过滤器和氢气手动阀；所述第一三通接口的第三接口与冷却器的管路连接；所述冷却器与所述缓冲罐管路连接；所述第一三通接口的第三接口与所述冷却器间的管路上依次设置有压力传感器、压力表、电磁气动阀和增压泵；所述缓冲罐与所述第二三通接口的第一接口管路连接；
所述第二三通接口的第二接口通过管路与所述测试箱连接；所述第二三通接口的第二接口与所述测试箱的连接管路上设置有压力传感器和压力表；所述第二三通接口的第三接口与所述真空抽取系统管路连接。
2.根据权利要求1所述的高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置，其特征在于，所述真空抽取系统包括：真空泵、第三三通接口和排气口；
所述第三三通接口的第一接口与所述氢气填充系统管路连接；所述第三三通接口的第二接口与所述真空泵管路连接；所述第三三通接口的第二接口与所述真空泵的连接管路上依次设置有手动阀和真空计；所述第三三通接口的第三接口与所述排气口管路连接；所述第三三通接口的第三接口与所述排气口的连接管路上设置有排空阀。
3.根据权利要求1所述的高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置，其特征在于，所述DIC测试系统包括：摄像机和照明灯；
所述摄像机与所述上位机电连接；所述摄像机用于拍摄测试过程中的样品图像数据；所述照明灯用于为所述摄像机提供照明环境。
4.根据权利要求3所述的高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置，其特征在于，所述摄像机的摄像头前端设置有滤波片。
5.根据权利要求3所述的高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置，其特征在于，所述测试箱上设置有观察窗；采用防爆玻璃封装所述观察窗；所述摄像机经所述观察窗拍摄测试过程中的样品图像数据。
6.根据权利要求1所述的高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置，其特征在于，所述样品夹持机构包括：第一液压伸缩杆、第二液压伸缩杆、第三液压伸缩杆和样品台；
所述第一液压伸缩杆、所述第二液压伸缩杆和所述第三液压伸缩杆均与所述上位机电连接；所述第一液压伸缩杆、所述第二液压伸缩杆和所述第三液压伸缩杆上均设置有所述测试压力传感器和所述位移传感器；所述第一液压伸缩杆的一端固定在所述测试箱上，所述第一液压伸缩杆的另一端上设置有第一压板；所述第二液压伸缩杆的一端固定在所述测试箱上，所述第二液压伸缩杆的另一端上设置有第二压板；所述第三液压伸缩杆的一端固定在所述测试箱上，所述第三液压伸缩杆的另一端上设置有第三压板；所述样品台一端固定在所述测试箱上，所述样品台的另一端设置有样品放置端面；所述第一压板和所述样品放置端面相对设置；所述第二压板和所述第三压板相对设置。
7.根据权利要求1所述的高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置，其特征在于，所述加热系统包括多个加热管；多个加热管均与所述上位机电连接；所述加热管设置在所述测试箱的箱壁上。
8.根据权利要求1所述的高压氢环境宽温阈单双轴压缩测试装置，其特征在于，所述降温系统包括制冷器；所述制冷器与所述上位机电连接；所述制冷器设置在所述测试箱内。
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