CN204064839U - 一种恒应力加载的热疲劳实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及热疲劳实验领域，具体为一种恒应力加载的热疲劳实验装置，能够满足特殊环境下应用材料热疲劳性能的测试。该装置设有分别与样品相对应的横梁加载部分、感应加热部分、样品冷却单元、应变测量单元，横梁加载部分包括：横梁、砝码、试验台、万向节连接装置、支点，支点上设置横梁，横梁的一端安装砝码，横梁的另一端安装万向节连接装置，万向节连接装置与其下方试验台之间安装样品，还包括与应变测量单元连接的数据记录单元，通过调节砝码增加或减少样品载荷，通过感应加热部分控制样品加热温度，通过样品冷却单元对样品进行冷却，通过应变测量单元测量样品表面标距内的热应变，应变测量单元的实验数据通过数据记录单元记录。
Description
技术领域
本实用新型涉及热疲劳实验领域，具体为一种恒应力加载的热疲劳实验装置，能够满足特殊环境下应用材料热疲劳性能的测试。
背景技术
当今中国已经成为现代化工业的国家，外太空、高寒铁路、航空航天、核电等特殊环境对材料的热疲劳性能测量提出了更高的要求，传统的热疲劳测试方法测试条件简单，提供信息少，无法满足日益增长的现代科研需要。中国科技取得长足的进步，高寒环境的高速铁路、探月器的发射、载入航天技术的发展、压水堆核燃料元件制造实等都需要精确全面的提供热疲劳实验技术参数，包括应力、应变和温度变化曲线等，早期的热疲劳实验方法仅能提供一疲劳寿命不能全面表述材料的热疲劳性能。传统的热疲劳无法提供以下几种参数：样品的升温降温曲线、样品在温度变化中应变变化曲线，无法施加载荷。
在气体或液态的传输过程中，通常使用管道来进行，管道内介质压力可以在管壁产生应力，随管道介质温度的变化管壁也受到热疲劳的作用。为了提高其设计制造水平，需要研究材料的热机械疲劳性能。一般的热机械疲劳试验系统在降温时采用压缩空气冷却，如果最低温度接近室温，则冷却很慢，需占用大量机时，试验成本很高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种恒应力加载的热疲劳实验装置，能够满足特殊环境下应用材料热疲劳性能的测试。
本实用新型的技术方案是：
一种恒应力加载的热疲劳实验装置，该装置设有分别与样品相对应的横梁加载部分、感应加热部分、样品冷却单元、应变测量单元，横梁加载部分包括：横梁、砝码、试验台、万向节连接装置、支点，具体结构如下：
支点上设置横梁，横梁的一端安装砝码，横梁的另一端安装万向节连接装置，万向节连接装置与其下方试验台之间安装样品。
所述的恒应力加载的热疲劳实验装置，还包括与应变测量单元连接的数据记录单元。
本实用新型的优点及有益效果是：
采用传统的热疲劳测试，仅能取得热疲劳寿命和实验温度参数，不能满足现代科学技术要求。本实用新型不但能提供热疲劳寿命和温度参数，还能提供升样品多个有代表性为主升温曲线和降温曲线及升降温过程中标距段的应变曲线，同时可以进行温度的载荷加载。对研究特殊环境下的材料性能具有重要意义，能够很好的表征材料在特殊环境下的热疲劳性能。
附图说明
图1为热疲劳条件下的横梁加载部分装配示意图。图中，1横梁；2砝码；3试验台；4样品；5万向节连接装置；6支点。
图2为本实用新型恒应力加载的热疲劳实验装置之一结构示意图。图中，1横梁；2砝码；3试验台；4样品；5万向节连接装置；6支点；7感应加热部分；8样品冷却单元；9应变测量单元。
图3为本实用新型恒应力加载的热疲劳实验装置之二结构示意图。图中，1横梁；2砝码；3试验台；4样品；5万向节连接装置；6支点；7感应加热部分；8样品冷却单元；9应变测量单元；10数据记录单元。
具体实施方式
根据实际需求，本实用新型设计制造了一种带水冷、可加载的热疲劳试验装置，包括横梁加载部分、应变测量单元、感应加热部分和样品冷却单元等，适于最低温度接近室温时的热疲劳试验。从而，可以对样品进行恒力加载，并测量其在热循环时的变形。
如图1所示，本实用新型横梁加载部分主要包括：横梁1、砝码2、试验台3、万向节连接装置5、支点6和连接件等，具体结构如下：
支点6上设置横梁1，横梁1的一端安装砝码2，横梁1的另一端安装万向节连接装置5，万向节连接装置5与其下方试验台3上的连接件之间安装样品4。其中，横梁1不能产生塑性变形，与样品4连接要有万向节连接装置5保证样品受轴向力，砝码2加载要平稳方便。
如图1-图3所示，本实用新型恒应力加载的热疲劳实验装置，包括分别与样品4相对应的横梁加载部分、感应加热部分7、样品冷却单元8、应变测量单元9(图2)，根据需要还可以包括与应变测量单元9连接的数据记录单元10(图3)。通过调节砝码2来增加或减少样品4载荷，通过改变感应加热部分7的电源功率来控制样品4加热温度，通过样品冷却单元8对样品4进行冷却，通过应变测量单元9的引伸计来测量样品4表面标距内的热应变，应变测量单元9的实验数据通过数据记录单元10记录，供科学研究使用。
本实用新型中，数据记录单元10可以采用常规的MTS疲劳试验机的数据记录系统，感应加热部分7可以采用常规的AMERICATHERM公司的感应加热系统，应变测量单元9可以采用常规的MTS引伸计。
本实用新型的热疲劳试验装置用于模拟管道受力和热疲劳作用工况下的试验，采用感应加热和喷水冷却相结合，大大加快了试样的降温速度，提高热疲劳试验效率。在热循环的同时进行恒力加载，测量并记录温度和应变随时间变化规律。
实施例
某型号不锈钢管的热疲劳实验，样品尺寸外径20mm，内径15mm，平行段长度40mm，加热温度20℃～400℃，加热时间60秒，冷却时间35秒，输出功率2.3KW。样品温度曲线和表面图片可以看出，伴随温度的升高应变增加，温度降低应变减小，通过2万次实验后，样品表面形成热裂纹。
实施例结果表明，本实用新型装置是一种恒应力加载热应变测量的热疲劳实验设备，能够在20℃～800℃温度范围进行带应变测量的热疲劳实验，并为热疲劳实验提供了一种新的实验设计思路和新设备。
Claims (2)
1.一种恒应力加载的热疲劳实验装置，其特征在于，该装置设有分别与样品相对应的横梁加载部分、感应加热部分、样品冷却单元、应变测量单元，横梁加载部分包括：横梁、砝码、试验台、万向节连接装置、支点，具体结构如下：
支点上设置横梁，横梁的一端安装砝码，横梁的另一端安装万向节连接装置，万向节连接装置与其下方试验台之间安装样品。
2.按照权利要求1所述的恒应力加载的热疲劳实验装置，其特征在于，还包括与应变测量单元连接的数据记录单元。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN105571973A (zh) * | 2014-10-15 | 2016-05-11 | 中国科学院金属研究所 | 一种恒应力加载的热疲劳实验装置和实验方法 |
| CN108957098A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-12-07 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种高温超导带材拉伸下自场临界电流测试装置 |
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