CN117825142A - 一种大变形材料宽温力学性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大变形材料宽温力学性能测试装置，属于燃烧室隔热、绝热材料力学性能测试技术领域。包括电子加载系统、导向框架、大变形测量组件、高低温环境箱、2个夹具和测力传感器；其中，导向框架与电子加载系统固定连接；大变形测量组件连接导向框架；2个夹具上下对应设置，且其中1个夹具连接测力传感器，另1个夹具连接导向框架；测力传感器连接导向框架；高低温环境箱连接导向框架；导向框架和大变形测量组件部分设置于高低温环境箱内；夹具设置在高低温环境箱内。本发明装置能够在‑50℃～70℃宽温度范围环境下对大变形材料力学性能进行有效测试。

Description

一种大变形材料宽温力学性能测试装置

技术领域

本发明属于燃烧室隔热、绝热材料力学性能测试技术领域，涉及一种大变形材料宽温力学性能测试装置。

背景技术

在固体火箭发动机中，绝热/衬层材料主要是防止燃烧室在工作过程中达到危及其安全性的温度，以及阻止推进剂中某些化学成分向发动机壁迁移而腐蚀壳体等作用。一般要求绝热/衬层材料在固体火箭发动机工作环境条件下具有较好的机械强度和较高的伸长率，以及较好适应热应变的能力。

相较于常温环境，绝热/衬层在低温和高温环境下其力学性能有较大变化。对于固体火箭发动机而言，需要在整个工作环境下绝热/衬层的力学性能都能满足其工作要求，而不发生断裂破坏，否则将发动机工作失败。因此准确可靠地测量绝热/衬层材料在不同环境温度下的力学性能十分重要。

因绝热层/衬层等材料具有很好的形变能力，现有的高低温环境设备有效运行空间无法满足绝热层/衬层的大变形空间的延伸，同时现有通用的形变测试装置(大变形引伸计)仅用于常温条件下，无法应用于高低温环境，因此解决测试过程中温度的恒定和在有限空间内伸长率的测量技术是实现大变形材料宽温力学性能测试的前提。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种大变形材料宽温力学性能测试装置，能够在-50℃～70℃宽温度范围环境下对大变形材料力学性能进行有效测试。

本发明解决技术的方案是：

一种大变形材料宽温力学性能测试装置，包括电子加载系统、导向框架、大变形测量组件、高低温环境箱、2个夹具和测力传感器；

其中，导向框架与电子加载系统固定连接；大变形测量组件连接导向框架；2个夹具上下对应设置，且其中1个夹具连接测力传感器，另1个夹具连接导向框架；测力传感器连接导向框架；高低温环境箱连接导向框架；导向框架和大变形测量组件部分设置于高低温环境箱内；夹具设置在高低温环境箱内。

在上述的一种大变形材料宽温力学性能测试装置，所述电子加载系统包括底座、承载框架、上固定横梁、2个直线导轨、移动横梁、滚珠丝杠和伺服电机减速机组合体；

其中，承载框架固定在底座上；上固定横梁连接在承载框架和导向框架的顶端；2个直线导轨竖直安装在承载框架上；伺服电机减速机组合体与底座固定连接；移动横梁实现沿直线导轨滑动地连接在2个直线导轨之间；伺服电机减速机组合体通过滚珠丝杠沿直线导轨方向传动移动横梁。

在上述的一种大变形材料宽温力学性能测试装置，所述导向框架包括下固定板、导柱、动梁、直线轴承、上固定板、导轮架和2个第一导轮；

其中，下固定板连接在底座上；上固定板连接上固定横梁；导柱连接在上固定板和下固定板之间；测力传感器安装在下固定板上；动梁通过直线轴承实现沿导柱滑动地连接在导柱上；第一导轮安装在导轮架上；导轮架固定在上固定板的顶部；高低温环境箱固定在导柱上；动梁和直线轴承设置在高低温环境箱内。

在上述的一种大变形材料宽温力学性能测试装置，所述大变形测量组件包括2个夹板、导杆、2个特定夹持器、2个第一柔性钢丝绳、2个旋转编码器、2个第二导轮、2个配重块和第二柔性钢丝绳；

其中，2个夹板分别固定在导柱的上部和下部；导杆固定在2个夹板之间；2个特定夹持器带有直线轴承和试样标距夹子；2个特定夹持器通过自带的直线轴承上下套设在导杆外；2个特定夹持器分别连接第一柔性钢丝绳的第一端；旋转编码器和第二导轮分别安装在上固定板的顶部；2个第一柔性钢丝绳的另一端分别绕过带有槽轮的旋转编码器和第二导轮，并分别与1个配重块连接；配重块的质量与对应的特定夹持器一致，起到平衡作用；第二柔性钢丝绳的一端连接动梁；第二柔性钢丝绳的另一端绕过第一导轮后与移动横梁连接；夹板、导杆和特定夹持器设置在高低温环境箱内。

在上述的一种大变形材料宽温力学性能测试装置，测试装置还包括第一涨紧套；所述导柱通过第一涨紧套连接在上固定板和下固定板之间。

在上述的一种大变形材料宽温力学性能测试装置，测试装置还包括第二涨紧套；其中1个夹板通过对应的第二涨紧套固定在导柱的上部；另1个夹板通过对应的第二涨紧套固定在导柱的下部。

在上述的一种大变形材料宽温力学性能测试装置，测试装置还包括第三涨紧套；高低温环境箱通过第三涨紧套固定在导柱上。

在上述的一种大变形材料宽温力学性能测试装置，高低温环境箱开门状态下，即高低温环境箱未启动状态下；通过其中1个夹具夹持试样的下夹持部位，通过另1个夹具夹持试样的上夹持部位；通过带有直线轴承和试样标距夹子的特定夹持器夹持试样的中部标距位置。

在上述的一种大变形材料宽温力学性能测试装置，关闭高低温环境箱的箱门，启动高低温环境箱；运行至工作温度后恒温，电子加载系统供电；伺服电机减速机组合体带动滚珠丝杠转动；与滚珠丝杠连接的移动横梁沿直线导轨的轴向移动；与移动横梁连接的第二柔性钢丝绳绕过第一导轮拉动动梁沿导柱向上移动；测力传感器实时测量试样拉力的大小。

在上述的一种大变形材料宽温力学性能测试装置，拉伸过程中试样标距内产生大变形；配重块通过第一柔性钢丝绳经第二导轮、槽轮后，带动特定夹持器沿导杆移动，将产生的变形反应出来；变形的大小由旋转编码器测量；完成高低温环境箱内试样标距内大量程变形的测试。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明采用电子加载系统、导向框架、大变形测量组件、高低温环境箱、夹具和测力传感器的配合，解决了不同环境温度条件下固体火箭发动机燃烧室用绝热/衬层等大变形材料力学性能的测试难题；

(2)本发明实现了大变形材料从低温-50℃到高温70℃的恒定温度下伸长率的自动测量、记录和计算，突破了有限空间形变测试极限；

(3)本发明创新了大变形材料力学性能测试技术和手段，形成了较为完善的固体火箭发动机燃烧室用绝热层/衬层等大变形材料力学性能测试能力，为全面、客观测量、评价绝热层/衬层等大变形材料在极限温度下力学性能及适应性提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明宽温力学性能测试装置整体示意图；

图2为本发明宽温力学性能测试装置去除上固定梁后结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明提供了一种大变形材料宽温力学性能测试装置，实现了大变形材料在宽温(-50℃～70℃)环境下力学性能测试装置。

大变形材料宽温力学性能测试装置，如图1、图2所示，具体包括电子加载系统、导向框架、大变形测量组件、高低温环境箱28、2个夹具19和测力传感器16。其中，导向框架与电子加载系统固定连接；大变形测量组件连接导向框架；2个夹具19上下对应设置，且其中1个夹具19连接测力传感器16，另1个夹具19连接导向框架；测力传感器16连接导向框架；高低温环境箱28连接导向框架；导向框架和大变形测量组件部分设置于高低温环境箱28内；夹具19设置在高低温环境箱28内。

其中，电子加载系统包括底座1、承载框架2、上固定横梁3、2个直线导轨4、移动横梁5、滚珠丝杠6和伺服电机减速机组合体7；承载框架2固定在底座1上；上固定横梁3连接在承载框架2和导向框架的顶端；2个直线导轨4竖直安装在承载框架2上；伺服电机减速机组合体7与底座1固定连接；移动横梁5实现沿直线导轨4滑动地连接在2个直线导轨4之间；伺服电机减速机组合体7通过滚珠丝杠6沿直线导轨4方向传动移动横梁5。

导向框架包括下固定板8、导柱10、动梁11、直线轴承12、上固定板13、导轮架14和2个第一导轮15；其中，下固定板8连接在底座1上；上固定板13连接上固定横梁3；导柱10连接在上固定板13和下固定板8之间；测力传感器16安装在下固定板8上；动梁11通过直线轴承12实现沿导柱10滑动地连接在导柱10上；第一导轮15安装在导轮架14上；导轮架14固定在上固定板13的顶部；高低温环境箱28固定在导柱10上；动梁11和直线轴承12设置在高低温环境箱28内。

大变形测量组件包括2个夹板20、导杆22、2个特定夹持器23、2个第一柔性钢丝绳24、2个旋转编码器25、2个第二导轮26、2个配重块27和第二柔性钢丝绳30；2个夹板20分别固定在导柱10的上部和下部；导杆22固定在2个夹板20之间；2个特定夹持器23带有直线轴承12和试样标距夹子；2个特定夹持器23通过自带的直线轴承12上下套设在导杆22外；2个特定夹持器23分别连接第一柔性钢丝绳24的第一端；旋转编码器25和第二导轮26分别安装在上固定板13的顶部；2个第一柔性钢丝绳24的另一端分别绕过带有槽轮的旋转编码器25和第二导轮26，并分别与1个配重块27连接；配重块27的质量与对应的特定夹持器23一致，起到平衡作用；第二柔性钢丝绳30的一端连接动梁11；第二柔性钢丝绳30的另一端绕过第一导轮15后与移动横梁5连接；夹板20、导杆22和特定夹持器23设置在高低温环境箱28内。

本发明中，测试装置还包括第一涨紧套9、第二涨紧套21和第三涨紧套29；所述导柱10通过第一涨紧套9连接在上固定板13和下固定板8之间。其中1个夹板20通过对应的第二涨紧套21固定在导柱10的上部；另1个夹板20通过对应的第二涨紧套21固定在导柱10的下部。高低温环境箱28通过第三涨紧套29固定在导柱10上。

本发明的工作过程具体为：

高低温环境箱28开门状态下，即高低温环境箱28未启动状态下；通过其中1个夹具19夹持试样的下夹持部位，通过另1个夹具19夹持试样的上夹持部位；通过带有直线轴承12和试样标距夹子的特定夹持器23夹持试样的中部标距位置。

关闭高低温环境箱28的箱门，启动高低温环境箱28；运行至工作温度后恒温，电子加载系统供电；伺服电机减速机组合体7带动滚珠丝杠6转动；与滚珠丝杠6连接的移动横梁5沿直线导轨4的轴向移动；与移动横梁5连接的第二柔性钢丝绳30绕过第一导轮15拉动动梁11沿导柱10向上移动；测力传感器16实时测量试样拉力的大小。

拉伸过程中试样标距内产生大变形；配重块27通过第一柔性钢丝绳24经第二导轮26、槽轮后，带动特定夹持器23沿导杆22移动，将产生的变形反应出来；变形的大小由旋转编码器25测量；完成高低温环境箱28内试样标距内大量程变形的测试。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种大变形材料宽温力学性能测试装置，其特征在于：包括电子加载系统、导向框架、大变形测量组件、高低温环境箱(28)、2个夹具(19)和测力传感器(16)；

其中，导向框架与电子加载系统固定连接；大变形测量组件连接导向框架；2个夹具(19)上下对应设置，且其中1个夹具(19)连接测力传感器(16)，另1个夹具(19)连接导向框架；测力传感器(16)连接导向框架；高低温环境箱(28)连接导向框架；导向框架和大变形测量组件部分设置于高低温环境箱(28)内；夹具(19)设置在高低温环境箱(28)内。

2.根据权利要求1所述的一种大变形材料宽温力学性能测试装置，其特征在于：所述电子加载系统包括底座(1)、承载框架(2)、上固定横梁(3)、2个直线导轨(4)、移动横梁(5)、滚珠丝杠(6)和伺服电机减速机组合体(7)；

其中，承载框架(2)固定在底座(1)上；上固定横梁(3)连接在承载框架(2)和导向框架的顶端；2个直线导轨(4)竖直安装在承载框架(2)上；伺服电机减速机组合体(7)与底座(1)固定连接；移动横梁(5)实现沿直线导轨(4)滑动地连接在2个直线导轨(4)之间；伺服电机减速机组合体(7)通过滚珠丝杠(6)沿直线导轨(4)方向传动移动横梁(5)。

3.根据权利要求2所述的一种大变形材料宽温力学性能测试装置，其特征在于：所述导向框架包括下固定板(8)、导柱(10)、动梁(11)、直线轴承(12)、上固定板(13)、导轮架(14)和2个第一导轮(15)；

其中，下固定板(8)连接在底座(1)上；上固定板(13)连接上固定横梁(3)；导柱(10)连接在上固定板(13)和下固定板(8)之间；测力传感器(16)安装在下固定板(8)上；动梁(11)通过直线轴承(12)实现沿导柱(10)滑动地连接在导柱(10)上；第一导轮(15)安装在导轮架(14)上；导轮架(14)固定在上固定板(13)的顶部；高低温环境箱(28)固定在导柱(10)上；动梁(11)和直线轴承(12)设置在高低温环境箱(28)内。

4.根据权利要求3所述的一种大变形材料宽温力学性能测试装置，其特征在于：所述大变形测量组件包括2个夹板(20)、导杆(22)、2个特定夹持器(23)、2个第一柔性钢丝绳(24)、2个旋转编码器(25)、2个第二导轮(26)、2个配重块(27)和第二柔性钢丝绳(30)；

其中，2个夹板(20)分别固定在导柱(10)的上部和下部；导杆(22)固定在2个夹板(20)之间；2个特定夹持器(23)带有直线轴承(12)和试样标距夹子；2个特定夹持器(23)通过自带的直线轴承(12)上下套设在导杆(22)外；2个特定夹持器(23)分别连接第一柔性钢丝绳(24)的第一端；旋转编码器(25)和第二导轮(26)分别安装在上固定板(13)的顶部；2个第一柔性钢丝绳(24)的另一端分别绕过带有槽轮的旋转编码器(25)和第二导轮(26)，并分别与1个配重块(27)连接；配重块(27)的质量与对应的特定夹持器(23)一致；第二柔性钢丝绳(30)的一端连接动梁(11)；第二柔性钢丝绳(30)的另一端绕过第一导轮(15)后与移动横梁(5)连接；夹板(20)、导杆(22)和特定夹持器(23)设置在高低温环境箱(28)内。

5.根据权利要求4所述的一种大变形材料宽温力学性能测试装置，其特征在于：测试装置还包括第一涨紧套(9)；所述导柱(10)通过第一涨紧套(9)连接在上固定板(13)和下固定板(8)之间。

6.根据权利要求4所述的一种大变形材料宽温力学性能测试装置，其特征在于：测试装置还包括第二涨紧套(21)；其中1个夹板(20)通过对应的第二涨紧套(21)固定在导柱(10)的上部；另1个夹板(20)通过对应的第二涨紧套(21)固定在导柱(10)的下部。

7.根据权利要求4所述的一种大变形材料宽温力学性能测试装置，其特征在于：测试装置还包括第三涨紧套(29)；高低温环境箱(28)通过第三涨紧套(29)固定在导柱(10)上。

8.根据权利要求4所述的一种大变形材料宽温力学性能测试装置，其特征在于：高低温环境箱(28)开门状态下为未启动状态，通过其中1个夹具(19)夹持试样的下夹持部位，通过另1个夹具(19)夹持试样的上夹持部位；通过带有直线轴承(12)和试样标距夹子的特定夹持器(23)夹持试样的中部标距位置。

9.根据权利要求8所述的一种大变形材料宽温力学性能测试装置，其特征在于：高低温环境箱(28)箱门关闭状态下为启动状态，运行至工作温度后恒温，电子加载系统供电；伺服电机减速机组合体(7)带动滚珠丝杠(6)转动；与滚珠丝杠(6)连接的移动横梁(5)沿直线导轨(4)的轴向移动；与移动横梁(5)连接的第二柔性钢丝绳(30)绕过第一导轮(15)拉动动梁(11)沿导柱(10)向上移动；测力传感器(16)实时测量试样拉力的大小。

10.根据权利要求9所述的一种大变形材料宽温力学性能测试装置，其特征在于：配重块(27)通过第一柔性钢丝绳(24)经第二导轮(26)、槽轮后，带动特定夹持器(23)沿导杆(22)移动，将拉伸过程中试样标距内产生的变形反应出来；变形的大小由旋转编码器(25)测量。