CN205691445U - 测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置，包括底座，底座上部设置有框架，框架上部设置有盖板，第一、第二丝杠一端与盖板连接，另一端与底座连接，第一、第二丝杠上设置有第一连接板，上卡盘固接于第一连接板，下卡盘固接于底座，下卡盘上装夹有第二连接柱，第二连接柱上端设置有支撑板，支撑板上架设有待测试样，温度控制箱围设在待测试样外侧，温度控制箱内安装有红外线应力应变测量仪；上卡盘上装夹第一连接柱，第一连接柱下端的冂型连接件夹持于待测试样，待测试样内部设置有密封结构。通过位移传感器读取直管道对应位置的位移数据，进而得到直管道在循环载荷作用下的力学响应参数，获得材料高温棘轮效应数据。

Description

测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置

技术领域：

本实用新型涉及材料力学测试技术领域，具体涉及一种测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置。

背景技术：

在现代工业中，许多工程结构诸如航空发动机、航天飞行器、核反应堆等均在复杂荷载与复杂环境下工作，许多构件都处在高温、高压及反复受载的状态中。由于其中一些承载构件的意外破坏可能会产生灾难性的后果，因此对这些构件的安全性要求越来越高，因而使得预测这类系统可靠性、安全性和寿命成为国内外学者研究的热点之一。然而对部件进行寿命预测和安全性评估的前提是获得能精确描述材料变形行为的本构方程，目前对于材料在常温下的循环本构模型和棘轮行为预测的研究已取得了较大进展，但要准确预测材料在高温下的棘轮效应仍然是一个很大的挑战。

材料的高温棘轮效应是指材料在高温状态下受到应力(平均应力为非零值)控制循环载荷作用而产生塑性应变累积的现象，因而研究材料在高温下的棘轮行为，正确预测其高温下的力学响应，可有效防止结构疲劳失效，减免诸多不必要的损失。现阶段国内对材料高温棘轮效应的研究主要是通过常温试验结合有限元分析来模拟材料高温下的棘轮效应，但由于高温循环硬化本构模型理论发展的不成熟，使得有限元分析软件的模拟结果往往与实际有较大偏差，难以准确获得材料高温棘轮效应的数据，不能为材料在高温状态下循环硬化本构模型的研究提供数据基础，从而使材料高温棘轮效应的研究陷入困境。

因此，有必要研究一种更适用的测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置及试验方法，以解决上述问题。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置，可直接测定高温内压直管道在循环载荷作用下的力学响应参数，进而准确获得材料高温棘轮效应数据。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供的一种测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置，包括底座，底座上部设置有框架，框架上部设置有盖板，第一丝杠和第二丝杠一端与盖板连接，另一端与底座连接，所述第一丝杠和第二丝杠上设置有第一连接板，上卡盘固接于所述第一连接板，与所述上卡盘对应的下卡盘的下部固接于所述底座；所述下卡盘上装夹有第二连接柱，第二连接柱上端设置有支撑板，支撑板上设置有两支承座，两支承座之间架设有待测试样，所述支撑板上还设置有温度控制箱，所述温度控制箱围设在待测试样外侧，所述温度控制箱内安装有红外线应力应变测量仪；所述上卡盘上装夹有第一连接柱，第一连接柱下端固接冂型连接件，所述冂型连接件两开口端均夹持于待测试样，所述待测试样内部设置有密封结构，所述密封结构包括：密封头，所述密封头分别设置在待测试样两端部，密封头朝向彼此的一端分别设置有连接件，两个连接件之间固接有连接杆，密封头的另一端设置有紧固件，所述紧固件的外缘与待测试样的外缘重合，密封头上开设第一通孔，用以向待测试样内填充液压油。

所述连接件由两连接瓦片扣合而成，两连接瓦片远离密封头的一端之间设置有第二连接板，连接瓦片的两端分别朝向彼此设置有第一凸台和第二凸台，所述第一凸台卡接于密封头上开设的凹槽内，所述第二凸台位于第二连接板远离密封头的一侧，用以挡止所述第二连接板，所述连接杆端部穿过所述第二连接板，并在连接杆端部设置螺母，用以对连接杆进行固定。

所述冂型连接件包括第三连接板，第三连接板下方设置有两个第三连接柱，所述第三连接柱的下端均夹持于所述待测试样，所述第三连接柱下部插设在所述温度控制箱中。

所述温度控制箱由第一箱体和第二箱体扣合而成，所述第一箱体包括第一壳体，在所述第一箱体的上侧壁和下侧壁上设置有凹槽，其左侧壁和右侧壁上设置有半圆形通孔，所述第二箱体包括第二壳体，在所述第二箱体的上侧壁和下侧壁上设置有第三凸台，其左侧壁和右侧壁上设置有半圆形通孔，所述第一箱体和第二箱体通过相配合的凹槽和第三凸台扣合为一体，所述待测试样穿过相配合的两半圆形通孔形成的通道插设在所述温度控制箱中，所述第三凸台上设置有多个第二通孔，在第二通孔靠近第二箱体内腔的一端设置有高温玻璃，在第二通孔内安装有红外线应力应变测量仪，在所述第一壳体和第二壳体的相扣合面上均嵌有柔性石墨层，第一壳体和第二壳体内部均填充有保温加热材料。

所述密封头与待测试样之间设置有密封环。

所述第一通孔为阶梯孔，阶梯孔远离连接杆一端为大孔，所述大孔内壁设置有螺纹，用于螺纹连接液压油输送管道。

所述框架内壁设有滑道，所述第一连接板沿所述滑道滑动。

所述紧固件与密封头之间还设置有垫片，所述垫片的外缘与所述待测试样的外缘重合。

所述紧固件为螺钉或者销钉。

本实用新型测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置的有益效果：通过红外线应力应变测量仪读取高温内压直管道对应位置的应变数据，进而得到直管道在循环载荷作用下的力学响应参数，获得材料高温棘轮效应数据，通过设置的密封结构及温度控制箱使得装置可以准确测定在不同压力和温度情况下直管道棘轮效应数据，且直管道内部受力通过密封结构的连接杆平衡，使得装置更加稳定，温度控制箱上设置的柔性石墨层，可以在温度变化时，防止壳体产生塑性变形而造成损伤。

附图说明：

图1为测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置的结构示意图；

图2为密封结构的结构示意图；

图3为支撑板的结构示意图；

图4为围设有温度控制箱的支撑板的结构示意图；

图5为保温箱第一箱体的结构示意图；

图6为保温箱第二箱体的结构示意图；

1-底座，2-框架，3-盖板，4-第一丝杠，5-第二丝杠，6-第一连接板，7-滑道，8-上卡盘，9-第一连接柱，10-冂型连接件，11-下卡盘，12-第二连接柱，13-支撑板，14-支承座，15-待测试样，17-温度控制箱，18-密封头，19-密封环，20-连接瓦片，21-第一凸台，22-第二凸台，23-第二连接板，24-连接杆，25-螺母，26-第一通孔，27-大孔，28-第三连接板，29-第三连接柱，30-第一箱体，31-第一壳体，32-凹槽，33-半圆形通孔，34-第二箱体，35-第二壳体，36-第三凸台，37-第二通孔，38-螺钉，39-垫片。

具体实施方式：

下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

根据图1所示，一种测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置，包括底座1，底座1上部设置有框架2，框架2上部设置有盖板3，第一丝杠4和第二丝杠5一端与盖板3连接，另一端与底座1连接，所述第一丝杠4和第二丝杠5上设置有第一连接板6，所述框架2内壁设有滑道7，第一连接板6的两端嵌装在滑道7内，使得第一连接板6沿所述滑道7滑动，上卡盘8固接于所述第一连接板6，上卡盘8在第一连接板6的带动下上下移动，与所述上卡盘8对应的下卡盘11的下部固接于所述底座1，相对于底座1保持不动；所述下卡盘11上装夹有第二连接柱12，第二连接柱12上端设置有支撑板13，如图3和图4所示，支撑板13上设置有两支承座14，两支承座14之间架设有待测试样15，所述待测试样15为标准试样，所述支撑板13上还设置有温度控制箱17，所述温度控制箱17围设在待测试样15外侧，所述温度控制箱17内安装有红外线应力应变测量仪；所述上卡盘8上装夹有第一连接柱9，第一连接柱9下端固接冂型连接件10，所述冂型连接件10两开口端均夹持于待测试样15，在本实施例中，所述冂型连接件10包括第三连接板28，第三连接板28下方设置有两个第三连接柱29，所述第三连接柱29的下端均夹持于所述待测试样15，所述第三连接柱19下部插设在所述温度控制箱17中，第一连接柱9在上卡盘8的的带动下上下移动，从而通过冂型连接件10对待测试样15施加循环载荷，所述待测试样15内部设置有密封结构，用以保证待测试样内部具有良好的密封性，在试验过程中，使得待测试样内部流过压力恒定的液压油。

如图2所示，所述密封结构包括：密封头18，所述密封头18分别设置在待测试样15两端部，密封头18与待测试样15之间设置有密封环19，密封头18朝向彼此的一端分别设置有连接件，两个连接件之间固接有连接杆24，连接件由两连接瓦片20扣合而成，两连接瓦片20远离密封头18的一端之间设置有第二连接板23，连接瓦片20的两端分别朝向彼此设置有第一凸台21和第二凸台22，所述第一凸台21卡接于密封头18上开设的凹槽内，所述第二凸台22位于第二连接板23远离密封头18的一侧，用以挡止所述第二连接板23，所述连接杆24端部穿过所述第二连接板23，并在连接杆24端部设置螺母25，用以对连接杆24进行固定，在其他实施例中，也可以直接将连接杆24端部焊接或者螺纹连接固定于所述第二连接板23上，在密封头18的另一端设置有紧固件，所述紧固件的外缘与待测试样的外缘重合，在本实施例中，紧固件为螺钉38，且在螺钉38和密封头之间还设置有垫片39，且垫片39的外缘与所述待测试样15的外缘重合，在密封头18上开设第一通孔26，用以向待测试样15内填充液压油，在本实施例中，第一通孔26为阶梯孔，阶梯孔远离连接杆一端为大孔27，所述大孔27内壁设置有螺纹，用于螺纹连接液压油输送管道。

如图5和图6所示，所述温度控制箱17由第一箱体30和第二箱体34扣合而成，形成封闭式结构，第一箱体30和第二箱体34通过搭扣进行锁紧，使得保温箱拆装方便，搭扣本身采用无碱玻璃纤维材料制成，具有极强的张力，轻易不会被折断，且其还具有耐硫化、无烟无毒、绝缘性好等优点，若在其成分中添加硅胶成分，更能够加强其安全环保的性能，所述第一箱体30包括第一壳体31，在所述第一箱体30的上侧壁和下侧壁上设置有凹槽32，其左侧壁和右侧壁上设置有半圆形通孔33，所述第二箱体34包括第二壳体35，在所述第二箱体34的上侧壁和下侧壁上设置有第三凸台36，其左侧壁和右侧壁上设置有半圆形通孔33，所述第一箱体30和第二箱体34通过相配合的凹槽32和第三凸台36扣合为一体，所述待测试样15穿过相配合的两半圆形通孔33形成的通道插设在所述温度控制箱17中，所述第三凸台36上设置有多个第二通孔37，在第二通孔37靠近第二箱体34内腔的一端设置有高温玻璃(未图示)，在第二通孔37内安装有红外线应力应变测量仪，在所述第一壳体31和第二壳体35的相扣合面上均嵌有柔性石墨层，防止温度变化时，壳体产生塑性变形而造成损伤，柔性石墨是由天然鳞状的高碳石墨，经过特殊化学和物理处理后，加工精制而成的纯石墨制品，完整地保持着天然鳞状石墨的优良特性外，更主要的具备柔软性、回弹性、耐腐蚀、耐高压、耐辐射、导热等优良特性，第一壳体31和第二壳体35内部均填充有保温加热材料，用以达到升温、调温和控温的目的，该材料是由低硫膨胀石墨线编织而成，内衬棉纱线以增强强度，有极低的磨擦系数，不会磨损泵轴和阀杆，且具有良好的导热性，耐化学腐蚀性能及很高的回弹性，适用于水、海水等各类溶剂，可在-200～600℃温度下使用，限制压力为20MPa。

结合附图说明本实用新型测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置对直管道进行测定的一次具体试验过程：

将装置与液压系统连通，所述液压系统包括液压泵和油箱，具体地说，将液压泵通过输油管与密封结构一端的密封头18上的大孔27连通，且在密封头18端部的输油管上安装有压力表一，将油箱通过透明泄油管与密封结构另一端的密封头18上的大孔27连通，在密封头18端部的透明泄油管上安装有压力表二，所述输油管和透明泄油管均与对应大孔螺纹连接，使得连接更加稳定，液压泵和油箱之间通过管道连通，管道上设置有液压阀，通过输油管向密封结构中通入液压油，直至排空待测试样15内部的空气，即连续5分钟在透明泄油管中观察不到气泡，既判定已经排空待测试样15内部的空气，继续对向密封结构中通入液压油，使待测试件内部达到预定压力，压力值通过压力表一和压力表二读数的平均值得到，将温度控制箱孔中安装的红外线应力应变测量仪通过引线连接至电脑，在输油管和透明泄油管之间设置有液压泵和油箱，油箱中液压油通过液压泵给入输油管，进而通入密封结构中，由透明泄油管回流至油箱中，通过调节液压阀的开度，改变输油管内液压油的流量，进而调节测试件内部压力大小；

启动温度控制箱17，通过温度控制箱17的壳体内部填充的保温加热材料，使温度上升到预定温度，并保持稳定，温度值可通过安装在温度控制箱17上的温度传感器读取得到；

启动第一、第二丝杠外接的电机，驱动第一、第二丝杠转动，带动第一连接板6在第一、第二丝杠移动，进而带动上卡盘8移动，第一连接柱9在上卡盘8的带动下上下移动，从而通过冂型连接件10对待测试样15施加循环弯矩载荷，然后通过红外线应力应变测量仪读取待测试样15对应位置的应变数据，并将数据传输至电脑，得到待测试样15内部各点的应变情况；

所述红外线应力应变测量仪主要包括两个部分，一部分发射偏振光，另一个部分则是采集材料上面所产生的干涉条纹，然后利用光弹性法测得待测试样对应位置的应变数据，所述的光弹性法是利用材料的双折射效应进行应力应变测试，如环氧树脂之类的各向同性的非晶体材料，在自然状态下不会产生双折射现象，但当其受到载荷作用而产生应力时，就会如晶体一样表现出光学各向异性，产生双折射现象，而卸载后，材料又恢复光学各向同性。这就是所谓的暂时双折射效应，具体地说，在本实施例中，是将待测试样15的表面上，与红外应力应变测量仪所测量的对应位置，采用光贴片处理，启动温度控制箱17后，在循环载荷的作用下，将产生干涉的条纹，红外应力应变测量仪采集条纹就可以分析得到该位置的应力应变；

关闭电机，关闭温度控制箱17，当温度降低到室温后，停止向密封结构通入液压油，完成整个实验。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置，其特征在于，包括：底座，底座上部设置有框架，框架上部设置有盖板，第一丝杠和第二丝杠一端与盖板连接，另一端与底座连接，所述第一丝杠和第二丝杠上设置有第一连接板，上卡盘固接于所述第一连接板，与所述上卡盘对应的下卡盘的下部固接于所述底座；所述下卡盘上装夹有第二连接柱，第二连接柱上端设置有支撑板，支撑板上设置有两支承座，两支承座之间架设有待测试样，所述支撑板上还设置有温度控制箱，所述温度控制箱围设在待测试样外侧，所述温度控制箱内安装有红外线应力应变测量仪；所述上卡盘上装夹有第一连接柱，第一连接柱下端固接冂型连接件，所述冂型连接件两开口端均夹持于待测试样，所述待测试样内部设置有密封结构，所述密封结构包括：密封头，所述密封头分别设置在待测试样两端部，密封头朝向彼此的一端分别设置有连接件，两个连接件之间固接有连接杆，密封头的另一端设置有紧固件，所述紧固件的外缘与待测试样的外缘重合，密封头上开设第一通孔，用以向待测试样内填充液压油。

2.根据权利要求1所述的测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置，其特征在于：所述连接件由两连接瓦片扣合而成，两连接瓦片远离密封头的一端之间设置有第二连接板，连接瓦片的两端分别朝向彼此设置有第一凸台和第二凸台，所述第一凸台卡接于密封头上开设的凹槽内，所述第二凸台位于第二连接板远离密封头的一侧，用以挡止所述第二连接板，所述连接杆端部穿过所述第二连接板，并在连接杆端部设置螺母，用以对连接杆进行固定。

3.根据权利要求1所述的测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置，其特征在于：所述冂型连接件包括第三连接板，第三连接板下方设置有两个第三连接柱，所述第三连接柱的下端均夹持于所述待测试样，所述第三连接柱下部插设在所述温度控制箱中。

4.根据权利要求1所述的测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置，其特征在于：所述温度控制箱由第一箱体和第二箱体扣合而成，所述第一箱体包括第一壳体，在所述第一箱体的上侧壁和下侧壁上设置有凹槽，其左侧壁和右侧壁上设置有半圆形通孔，所述第二箱体包括第二壳体，在所述第二箱体的上侧壁和下侧壁上设置有第三凸台，其左侧壁和右侧壁上设置有半圆形通孔，所述第一箱体和第二箱体通过相配合的凹槽和第三凸台扣合为一体，所述待测试样穿过相配合的两半圆形通孔形成的通道插设在所述温度控制箱中，所述第三凸台上设置有多个第二通孔，在第二通孔靠近第二箱体内腔的一端设置有高温玻璃，在第二通孔内安装有红外线应力应变测量仪，在所述第一壳体和第二壳体的相扣合面上均嵌有柔性石墨层，第一壳体和第二壳体内部均填充有保温加热材料。

5.根据权利要求1所述的测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置，其特征在于：所述密封头与待测试样之间设置有密封环。

6.根据权利要求1所述的测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置，其特征在于：所述第一通孔为阶梯孔，阶梯孔远离连接杆一端为大孔，所述大孔内壁设置有螺纹，用于螺纹连接液压油输送管道。

7.根据权利要求1所述的测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置，其特征在于：所述框架内壁设有滑道，所述第一连接板沿所述滑道滑动。

8.根据权利要求1所述的测定高温高压下直管道棘轮效应的试验装置，其特征在于：所述紧固件为螺钉或者销钉，且在所述紧固件与密封头之间还设置有垫片，所述垫片的外缘与所述待测试样的外缘重合。