CN209673562U - 疲劳性能测试装置及疲劳性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型测试设备技术领域涉及，特别是涉及一种用于模拟高温腐蚀环境的疲劳性能测试装置及疲劳性能测试系统。该装置中，容器设置在加热炉内，容器的内部设有内腔，内腔内可充入具有腐蚀性的溶液，从而在容器内模拟出真实精确的高温腐蚀环境，并保证测试时试样部分或全部浸没在容器内的溶液中；容器的底部设有可容试样插入的密封通道，疲劳试验机用于测试试样的疲劳性能，以便于测试试样在高温腐蚀环境下的疲劳性能。该装置能简便、实用、精确地模拟疲劳性能试验的高温腐蚀环境，该高温腐蚀环境具有优秀的可控性；还能够真实精确的反应高速列车材料和/或焊接接头在高温腐蚀环境下的疲劳性能变化，与现有相比，其测试结果偏差更小，精确度更高。

Description

疲劳性能测试装置及疲劳性能测试系统

技术领域

本实用新型测试设备技术领域涉及，特别是涉及一种用于模拟高温腐蚀环境的疲劳性能测试装置及疲劳性能测试系统。

背景技术

由于工程材料与结构在使用过程中，都承受着交变载荷，会发生疲劳破坏，为了保障其安全性，就需要测试它们的疲劳性能。经多年技术研究，目前在行业内已形成完善的疲劳性能测试标准。

在轨道交通行业中，高速列车常常会在高温和腐蚀环境下服役使用，如在下酸雨的沙漠地区。因此，对于高速列车的材料和焊接接头的高温腐蚀疲劳性能的测试极其重要。

目前，国内外常见的疲劳试验系统多是用于测试室温疲劳、高温疲劳和腐蚀疲劳等。而针对腐蚀和高温同时存在的环境，目前尚缺乏用于测试中、长寿命疲劳性能的试验系统。如果针对处于腐蚀和高温同时存在的环境下的材料，直接应用上述其他类别疲劳试验装置进行材料和焊接接头的疲劳性能测试，则不能真实精确的反应疲劳性能试验的高温腐蚀环境，会导致测试结果偏差过大的不利影响，该试验对于高速列车的安全可靠运行评估不具有实用价值。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型实施例提供了一种用于模拟高温腐蚀环境的疲劳性能测试装置及疲劳性能测试系统，用以解决现有技术中不能真实精确的反应疲劳性能试验的高温腐蚀环境，会导致测试结果偏差过大的不利影响的缺陷。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种疲劳性能测试装置，装置包括疲劳试验机和容器，所述容器设置在加热炉内，所述容器的内部设有内腔，所述内腔内可充入具有腐蚀性的溶液；所述容器的底部设有可容试样插入的密封通道，所述疲劳试验机用于测试所述试样的疲劳性能。

在部分实施例中，所述容器包括透明外壳，所述内腔设在所述外壳的内部，所述外壳的底部设有所述通道。

在部分实施例中，所述外壳包括底板、顶板和侧壁，所述内腔由所述底板、顶板和侧壁合围而成，所述侧壁上分别设有进液口和排液口，所述底板上设有所述通道，所述通道内装有密封塞。

在部分实施例中，所述进液口的高度不高于所述排液口的高度。

在部分实施例中，所述疲劳试验机上设有用于固定所述试样的夹具。

在部分实施例中，所述夹具包括上夹具和下夹具，所述上夹具和下夹具分别安装在疲劳试验机上。

在部分实施例中，所述加热炉包括相对设置的两个加热筒，所述容器设置于两个所述加热筒之间。

本实用新型还提出了一种疲劳性能测试系统，包括储液槽、进液管路、排液管路以及如上所述的疲劳性能测试装置，所述疲劳性能测试装置分别通过进液管路和排液管路与所述储液槽连通。

在部分实施例中，系统还包括循环泵、流量阀和过滤器，所述循环泵和流量阀分别安装在所述进液管路和/或下水管路上，所述过滤器安装在所述储液槽的进液端和/或出液端。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有以下有益效果：本实用新型所述的疲劳性能测试装置包括疲劳试验机和容器，容器设置在加热炉内，利用加热炉从外部对容器的内部环境温度进行控制，容器的内部设有内腔，内腔内可充入具有腐蚀性的溶液，从而在容器内模拟出真实精确的高温腐蚀环境，并保证测试时试样部分或全部浸没在容器内的溶液中；容器的底部设有可容试样插入的密封通道，疲劳试验机用于测试试样的疲劳性能，以便于测试试样在高温腐蚀环境下的疲劳性能。该装置能够简便、实用、精确地模拟疲劳性能试验的高温腐蚀环境，并且该模拟出的高温腐蚀环境具有优秀的可控性；该装置还能够真实精确的反应高速列车材料和/或焊接接头在高温腐蚀环境下的疲劳性能变化，与现有技术相比，该装置的测试结果偏差更小，精确度更高。

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，下面将对实施例或现有技术描述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为本实用新型实施例的疲劳性能测试装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的板状试样的主视图；

图3为本实用新型实施例的板状试样的侧视图；

图4为本实用新型实施例的棒状试样的主视图；

图5为本实用新型实施例的疲劳性能测试系统的结构示意图。

其中，1、容器；2、密封塞；3、储液槽；4、循环泵；5、流量阀；6、进液口；7、排液口；8、试样；81、夹持段；82、端面；83、内凹段；84、平直边；85、厚度；9、疲劳试验机；10、夹具；11、过滤器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种用于模拟高温腐蚀环境的疲劳性能测试装置。该装置能够真实精确的反应高速列车材料和/或焊接接头在高温腐蚀环境下的疲劳性能变化，为高温腐蚀环境下的材料和/或结构的疲劳性能测试提供了有力的技术支持和测试手段。

具体的，本实施例所述的疲劳性能测试装置包括疲劳试验机9和容器1。疲劳试验机9用于测试试样8的疲劳性能，优选试样8的底部固定在疲劳试验机9上，利用低频疲劳试验机9对试件进行疲劳性能的测试，测试结果自疲劳试验机9中输出。

在部分实施例中，该装置还包括加热炉(图中未示出)，容器1设置在加热炉内，以使加热炉将密封在试样8外部的容器1直接包在加热腔中，这样利用加热腔内形成的温度场自外部直接对容器1进行加热，以调控容器1内部环境的温度。

本实施例中，容器1的内部设有内腔，内腔内可充入具有腐蚀性的溶液，则溶液对试样8具有腐蚀性；容器1的底部设有可容试样插入的密封通道，以使容器1自上向下套装在试样8的外部，试样8的下部与容器1底部的通道密封连接，以使容器1内形成密闭空间。

本实施例中，容器1设置在加热炉中的温度场内，加热炉利用温度场产生的高温作用在容器1外部，从而调控容器1内部环境的温度。例如在对高速列车材料或结构进行疲劳测试时，通过温度场使容器1内部的温度被加热到上述材料或结构的所应当处于的高温环境中，一般情况下，该高温环境的温度范围为0℃～80℃，从而在容器1内模拟出真实精确的高温腐蚀环境，并保证测试时试样8部分或全部浸没在容器1内的溶液中，用以测试试样8在高温腐蚀环境下的疲劳性能。由于加热炉内的温度场和容器1内流入流出的溶液流量均具有精确可控性，故而该模拟出的高温腐蚀环境具有优秀的可控性。与现有技术相比，该装置的测试结果偏差更小，精确度更高。

在部分实施例中，加热炉包括相对设置的两个加热筒，容器1设置于两个加热筒之间。加热炉为电阻丝加热炉。该加热炉的结构呈对开筒状，利用电阻丝的加热功能形成温度场，从而实现对试样8的加热，其温度范围和精度要满足试验要求。

在部分实施例中，容器1包括透明外壳，外壳优选采用透明防腐蚀塑料或有机玻璃制成，以便于肉眼直接观察容器1内部的试样8变化。在外壳的内部设有内腔，内腔内可充入有溶液。外壳的底部设有通道，以使外壳能自上向下套装在试样8的外部，并使试样8部分或全部浸没在溶液内。外壳套在试样8外时，试样8的下部与外壳的底部的通道之间密封连接，从而使得外壳密封安装在试样8的外部，内腔模拟出高温腐蚀环境，以使得试样8在作疲劳性能测试时，能处在一个更趋近于真实高温腐蚀状态的环境中，从而使得测试结构更具有真实性，与实际状态的偏差更小。

在部分具体实施例中，外壳包括底板、顶板和侧壁，内腔由底板、顶板和侧壁合围而成。外壳优选被构造成圆桶形，也可以被设计成其他诸如球体、锥体或多边体。与其他形状的容器1相比，圆桶形容器1更易保持平衡，且具有很好的结构强度和刚度。

在部分具体实施例中，侧壁上分别设有进液口6和排液口7。优选进液口6的高度不高于排液口7的高度，则超过排液口7的液体被自动排出，以保证容器1内的溶液容量自动可控，从而控制容器1的腐蚀溶液液面能够稳定在试验所需的高度。

在部分具体实施例中，外壳的顶板为可开闭结构，即顶板作为盖体密封安装在侧壁上端。为了保证容器1具有高密封性，顶板的边缘安装有密封圈，密封圈上设有密封凹槽。带有上述密封圈的盖体盖装在透明容器1的侧壁顶部时，侧壁的顶部与密封圈之间通过密封凹槽卡装密封，则该带有密封圈的盖体能够密封容器1顶部，隔绝容器1内腔与外界环境，防止容器1内的腐蚀溶液受到污染。

在部分具体实施例中，底板上设有用于试样8穿入的可密封通道。通道内装有密封塞2，试样8的下部通过密封塞2密封固定在通道内，以防止漏液。优选密封塞2为锥性圆台，该锥性圆台的顶部被平整为一平面，且该锥性圆台的侧壁上设有螺纹。则带螺纹的圆台形橡胶塞被用于密封容器1底部，在安装试样8时，先将试样8穿过密封塞2中央的通孔，再将带有试样8的密封塞2通过螺纹拧入容器1的底板上的通道内，以使密封塞2由外向内产生挤压变形。该密封结构既能密封在试样8与密封塞2之间的缝隙内，也能密封在密封塞2与通道侧壁之间的缝隙内，从而避免腐蚀溶液从容器1底部泄漏；还能利用密封塞2将容器1固定安装在疲劳试验机9上，以避免疲劳试验机9在固定试样8时破坏容器1的密封性。

在部分具体实施例中，盖体上的密封圈和通道内的密封塞2都由橡胶制成。

在部分实施例中，疲劳试验机9为低频疲劳试验机9，用以对试样8施加交变疲劳载荷。疲劳试验机9的载荷范围大于试样8的试验载荷。

在部分实施例中，疲劳试验机9上设有用于固定试样8的夹具10。优选的，夹具10包括上夹具和下夹具，上夹具和下夹具分别安装在疲劳试验机9上，既可以夹紧密封塞2，又可以夹紧自密封塞2下部露出的试样8，以保证试样8既能可靠的密封在容器1内，又能与疲劳试验机9之间可靠连接，且疲劳试验机9在完成测试工作时不会对容器1与试样8之间的密封性造成不利影响。

在部分具体实施例中，上夹具和下夹具均是由带外螺纹的圆柱与带内螺纹的柱体组合成一体，用以安装夹持试样8。夹具10的结构和尺寸可根据试样8的夹持段81的形状和尺寸进行选择，夹具10只要保证能将试样8牢固夹持，并在疲劳试验机9对试样8施加交变疲劳载荷时试样8与夹具10之间不会发生晃动，从而影响测量结果的准确性即可。

本实施例中采用的试样8为棒状或板状。在部分实施例中，试样8为各种不同材料和类型的板状试样8，试样8的尺寸和形状参照《金属轴向疲劳试验方法》中的标准进行设计。如图2和图3所示，本实施例的试样8包括具有相同厚度85的夹持段81和内凹段83，内凹段83连接在两段夹持段81之间，夹持段81用于固定在疲劳试验机9上，内凹段83被密封在容器1内，与腐蚀溶液完全接触，用于作为主要测试对象。

在部分实施例中，内凹段83包括对称设置的侧边线结构，侧边线结构包括平直边84和弧线过渡边，平直边84的两端分别通过过渡边连接夹持段81。设试样8的总长度为L₁，内凹段83的平直边84长度为L₂，厚度85为t，则该试样8的尺寸参数为：试样8的夹持段81的宽度82为6t～8t；内凹段83的最小宽度(即内凹段83上两组侧边线结构中，相对设置的两条平直边84之间的间距)为4t～6t；内凹段83的过渡边的弧线半径为r，有9t≤r≤11t。

本实施例的试样8采用棒状试样时，试样尺寸设计如图4；试样直径为d，有d≥3mm；内凹段平直边长度为L_C，有L_C≤8d；内凹线过渡边的弧线半径为r，有r≥2d；夹持端直径为D，有D≥2d。

本实施例还提供了一种用于模拟高温腐蚀环境的疲劳性能测试系统。如图5所示，该系统包括储液槽3、进液管路、排液管路以及如上所述的疲劳性能测试装置，该疲劳性能测试装置分别通过进液管路和排液管路与储液槽3连通。该储液槽3设置在疲劳性能测试装置的外部，用于通过外部液体循环结构为装置的容器1内充入腐蚀溶液。

在部分实施例中，该系统还包括循环泵4、流量阀5和过滤器11，循环泵4和流量阀5分别安装在进液管路和/或下水管路上，过滤器安装在储液槽3的进液端和/或出液端。

在部分具体实施例中，过滤器用于对流经的溶液进行过滤。当过滤器安装在储液槽3的进液端时，过滤器用于将容器1流出的溶液先进行过滤再送回至储液槽3中，以避免试验后的溶液内含有的杂质影响储液槽3内的溶液腐蚀效果。当过滤器安装在储液槽3的排液端时，过滤器用于将储液槽3流出的溶液先进行过滤再送入容器1内，以避免容器1内的溶液的腐蚀效果受到不利影响。

如图5所示，疲劳性能测试装置的疲劳试验机9、加热炉及待测试样8均未示出。该疲劳性能测试装置的进液口6位于容器1底部，排液口7位于容器1顶部。容器1的进液口6通过进液管路连接储液槽3的出液端，该进液管路上安装有循环泵4和过滤器；容器1的排液口7通过排液管路连接储液槽3的进液端，排液管路上安装有流量阀5。进液管路和排液管路均优选为塑料导管。循环泵4用于将储液槽3内的溶液抽出并送入疲劳性能测试装置的容器1中。流量阀5用于控制容器1流出的溶液流量，从而保证容器1内的腐蚀液面能够稳定在试验所需的高度。过滤器安装在储液槽3的进液端上，且与流量控制阀连接，用以过滤腐蚀溶液与试样8之间发生腐蚀作用后的腐蚀产物，并将过滤后的腐蚀溶液重新送回溶液箱，从而实现腐蚀溶液的循环利用。

综上所述，本实用新型实施例所述的疲劳性能测试装置中，疲劳试验机9上固定有试样8，容器1自上向下套装在试样8的外部，试样8的下部与容器1的底部密封连接；容器1内充满溶液，溶液对试样8具有腐蚀性，容器1设置在温度场内，温度场用于调控容器1内部的温度，从而在容器1内模拟出真实精确的高温腐蚀环境，并保证测试时试样8部分或全部浸没在容器1内的溶液中，用以测试试样8在高温腐蚀环境下的疲劳性能。该装置及系统能够简便、实用、精确地模拟疲劳性能试验的高温腐蚀环境，并且该模拟出的高温腐蚀环境具有优秀的可控性；该装置及系统还能够真实精确的反应高速列车材料和/或焊接接头在高温腐蚀环境下的疲劳性能变化，与现有技术相比，该装置的测试结果偏差更小，精确度更高。

本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种疲劳性能测试装置，其特征在于，包括疲劳试验机和容器，所述容器设置在加热炉内，所述容器的内部设有内腔，所述内腔内可充入具有腐蚀性的溶液；所述容器的底部设有可容试样插入的密封通道，所述疲劳试验机用于测试所述试样的疲劳性能。

2.根据权利要求1所述的疲劳性能测试装置，其特征在于，所述容器包括透明外壳，所述内腔设在所述外壳的内部，所述外壳的底部设有所述通道。

3.根据权利要求2所述的疲劳性能测试装置，其特征在于，所述外壳包括底板、顶板和侧壁，所述内腔由所述底板、顶板和侧壁合围而成，所述侧壁上分别设有进液口和排液口，所述底板上设有所述通道，所述通道内装有密封塞。

4.根据权利要求3所述的疲劳性能测试装置，其特征在于，所述进液口的高度不高于所述排液口的高度。

5.根据权利要求1-4任一项所述的疲劳性能测试装置，其特征在于，所述疲劳试验机上设有用于固定所述试样的夹具。

6.根据权利要求5所述的疲劳性能测试装置，其特征在于，所述夹具包括上夹具和下夹具，所述上夹具和下夹具分别安装在疲劳试验机上。

7.根据权利要求1-4任一项所述的疲劳性能测试装置，其特征在于，所述加热炉包括相对设置的两个加热筒，所述容器设置于两个所述加热筒之间。

8.一种疲劳性能测试系统，其特征在于，包括储液槽、进液管路、排液管路以及如权利要求1-7任一项所述的疲劳性能测试装置，所述疲劳性能测试装置分别通过进液管路和排液管路与所述储液槽连通。

9.根据权利要求8所述的疲劳性能测试系统，其特征在于，还包括循环泵、流量阀和过滤器，所述循环泵和流量阀分别安装在所述进液管路和/或下水管路上，所述过滤器安装在所述储液槽的进液端和/或出液端。