CN218271660U - 一种可提供不同应力载荷的高通量测试模块和装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可提供不同应力载荷的高通量测试模块和装置，涉及材料的高通量测试技术领域，所述测试模块包括若干活塞直径各不相同的测试液压缸，若干所述测试液压缸的无杆腔相互连通，若干所述测试液压缸的有杆腔相互连通，该测试模块可一次性完成多样品在不同应力载荷下的蠕变与疲劳性能测试；所述测试装置包括上述测试模块，在液压方面设置液压泵和压力控制阀为测试提供所需的压力油源，设置三位四通换向阀可同时适用于拉伸与压缩测试，在结构方面设置基座、升降台进行集成，并设置升降液压缸驱动升降台运动可模拟大循环应力环境，与测试液压缸的小循环应力环境耦合，可尽量模拟出真实载荷并评价材料在真实载荷下的性能和寿命。

Description

一种可提供不同应力载荷的高通量测试模块和装置

技术领域

本实用新型涉及材料的高通量测试技术领域，具体为一种可提供不同应力载荷的高通量测试模块和装置。

背景技术

在高性能材料开发中，需要对材料的各种性能进行研究，其中材料在不同应力载荷下的蠕变性能和疲劳性能是材料开发的一项重点研究内容。在研究蠕变性能时，需要在施加恒定的应力载荷下测试材料的性能表现；在研究疲劳性能时，需要施加循环应力载荷测试材料的性能表现。

传统的测试装置在测试不同应力载荷下的蠕变性能和疲劳性能时，一次实验通常只能完成单一应力条件下的材料性能测试，难以实现高通量测试。在需要大量的不同应力条件下的性能数据时，需要逐一进行测试，测试时间长且测试成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出一种可提供不同应力载荷的高通量测试模块和装置，可一次性完成多个样品在不同应力载荷下性能表现的高通量测试。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种可提供不同应力载荷的高通量测试模块，包括若干测试液压缸，若干所述测试液压缸的活塞直径各不相同，若干所述测试液压缸的无杆腔相互连通，若干所述测试液压缸的有杆腔相互连通。在进行测试时，各测试液压缸的活塞杆端部与待测试样品连接，该测试装置连接至液压源后，若干测试液压缸的高压腔压强等于系统压强，由于若干测试液压缸的活塞直径不同其活塞杆向外提供的拉伸或压缩力不同，由此可以一次性完成多样品在不同应力载荷下的蠕变性能测试，在液压源提供循环渐变的系统压力时，各测试液压缸可一次性完成多样品在不同应力载荷下的疲劳性能测试，减少测试时长和测试成本。

一种可提供不同应力载荷的高通量测试装置，在上述测试模块的基础上，还包括液压泵、油箱和三位四通换向阀，所述液压泵的吸油口与所述油箱连通，所述液压泵的排出口与所述三位四通换向阀的P口连通，所述三位四通换向阀的A口和B口分别与若干所述测试液压缸的有杆腔和若干所述测试液压缸的无杆腔连通，所述三位四通换向阀的T口与所述油箱连通。液压泵可对各测试液压缸提供液压源；通过三位四通换向阀可改变各测试液压缸的活塞杆运动方向，从而使该测试装置同时具备拉伸和压缩测试两种功能。

进一步的，还包括压力控制阀，所述压力控制阀设置于所述液压泵和所述三位四通换向阀之间，所述压力控制阀可用于调节控制所述三位四通换向阀P口的压力，通过设置压力控制阀可调节各测试液压缸高压腔的压力，提供不同的固定应力载荷完成蠕变性能测试，同时还可通过对压力控制阀的调控提供循环渐变的系统压力，完成疲劳性能测试。

进一步的，所述三位四通换向阀的A口和B口均设置有压力传感器，所述压力控制阀选用先导式比例电磁式压力控制阀，还包括控制器，所述控制器与所述压力传感器和所述先导式比例电磁式压力控制阀均通过电路连接。通过压力传感器可实时监测测试液压缸高压腔的压力，并通过控制器对先导式比例电磁式压力控制阀进行实时调控，保持负载压力的准确控制。

具体的，还包括基座和升降台，若干所述测试液压缸均固定设置于所述升降台上，若干所述测试液压缸的活塞杆一端均正对所述基座设置。待测样品的两端分别与基座和待测液压缸的活塞杆固定连接，即可进行测试。

进一步的，还包括顶板和若干连接导杆，若干所述连接导杆呈圆周均布设置，所述连接导杆的两端分别与所述顶板和所述基座固定连接，所述升降台上开设有若干导向孔，若干所述连接导杆分别可滑动的设置于若干所述导向孔内。上述设置使得整个装置的结构稳定，同时对升降台的升降动作进行限位，方便样品的装夹以及保持蠕变测试中样品受力方向基本稳定。

进一步的，还包括升降液压缸，所述升降液压缸的一端与所述顶板固定连接，所述升降液压缸的另一端与所述升降台固定连接，所述升降液压缸的轴线、若干所述测试液压缸的轴线和若干所述连接导杆的轴线相互平行。设置升降液压缸可驱动升降台升降动作，一方面方便样品的装夹，另一方面升降液压缸可通过升降台的升降对样品施加大循环的应力模拟，使其与测试液压缸伸缩所提供的小循环应力模拟相耦合，可尽量模拟出真实载荷并评价材料在真实载荷下的性能和寿命。

本实用新型的有益效果是：

该测试模块包括若干活塞直径互不相同的测试液压缸，各测试液压缸的无杆腔相互连通，各测试液压缸的有杆腔相互连通。在连接至液压源后，各测试液压缸的高压腔压强等于系统压强，由于其活塞直径各不相同，其活塞杆向外提供的拉伸或压缩力也各不相同，由此可以一次性完成多样品在不同应力载荷下的蠕变性能测试，减少测试时长和测试成本，有利于同一批次样品在不同应力条件下的大量蠕变数据的采集。这些数据可以使产品在不同应力下的蠕变性能与材料组分和制造工艺形成一一对应关系，有利于增材制造中新材料的研究开发以及加工工艺的优化。

测试装置包括上述测试模块，并设置液压泵可对各测试液压缸提供液压源；设置三位四通换向阀可改变各测试液压缸的活塞杆运动方向，从而使该测试装置同时具备拉伸和压缩测试两种功能；设置压力控制阀，可调节各测试液压缸高压腔的压力，提供不同的固定系统压力，同时可通过对压力控制阀的调控提供循环渐变的系统压力；设置压力传感器和控制器，可通过压力传感器实时监测测试液压缸高压腔的压力，并通过控制器对压力控制阀进行实时调控，保持负载压力的准确控制。

设置升降台，使所有测试液压缸集成在升降台上，并设置基座、顶板和若干连接导杆形成笼式框架，使得整个装置的结构稳定，同时对升降台的升降动作进行限位，方便样品的装夹以及保持测试中样品受力方向基本稳定；设置升降液压缸可驱动升降台升降动作，一方面方便样品的装夹，另一方面可通过升降台的升降对样品施加大循环的应力模拟，使其与测试液压缸伸缩所提供的小循环应力模拟相耦合，可尽量模拟出真实载荷并评价材料在真实载荷下的性能和寿命。

附图说明

图1为本实用新型高通量拉伸压缩测试装置的结构示意图；

图2为本实用新型高通量拉伸压缩测试装置中各测试测试液压缸的液压连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1、图2所示，一种可提供不同应力载荷的高通量测试模块，包括若干测试液压缸1。上述各测试液压缸1的缸筒内径各不相同，即各测试液压缸1的活塞直径不同；若干测试液压缸1的无杆腔相互连通，若干测试液压缸1的有杆腔相互连通，在连接液压系统进行测试时，若干测试液压缸1的高压腔（根据拉伸或压缩方向为其有杆腔或无杆腔）等于系统压强。

根据压强公式：压强P=压力F/受力面积S，

可知该测试装置连接至液压系统时，在同时向各测试液压缸1的有杆腔或无杆腔通入压力油后，由于各测试液压缸1的活塞直径各不相同（即受压面积S各不相同），在相同的压力油压强P下，各测试液压缸1的活塞杆可提供不同的拉升或压缩压力F。

基于上述原理，在各液压缸1的活塞杆端部装夹样品，即可在一次测试中同时对各样品提供不同的拉升应力或者压缩应力，从而一次性完成多个样品在不同应力载荷下性能表现的高通量测试，减少测试时间和测试成本高，有利于同一批次样品在不同应力条件下的大量蠕变数据或疲劳数据的采集。这些数据可以使产品在不同应力下的性能与材料组分和制造工艺形成一一对应关系，有利于增材制造中新材料的研究开发以及加工工艺的优化。

在实施时，在上述测试模块的基础上，提出一种可提供不同应力载荷的高通量测试装置：

液压系统方面：仅需提供稳定的液压源与各测试液压缸1的有杆腔或无杆腔连通即可依据各测试液压缸1的活塞端面面积和液压源的供油压力得到不同的应力载荷，而选择压力可调的液压源与各测试液压缸1连通即可通过液压源的供油压力调整，实现不同压力条件组合下的蠕变测试。

如图1所示，本实施例中该测试装置的液压系统具体还包括液压泵2、油箱3和三位四通换向阀4。其中，液压泵2的吸油口与油箱3连通，液压泵2的排出口与三位四通换向阀4的P口连通，三位四通换向阀4的A口和B口分别与若干测试液压缸1的有杆腔和若干测试液压缸的无杆腔连通，三位四通换向阀4的T口与油箱3连通。通过三位四通换向阀4的切换，可使得液压泵2泵出的压力油与各测试液压缸1的有杆腔或者无杆腔连通，即通过三位四通控制阀4可控制各测试液压缸1的活塞杆做退回或伸出动作，由此使得该测试装置集成了拉伸测试和压缩测试两个功能。

进一步的，该液压系统还包括压力控制阀5，压力控制阀5设置于液压泵2和三位四通换向阀4之间，压力控制阀5可用于调节控制三位四通换向阀4的P口的压力（即进入各测试液压缸1的供油压力），使得该测试装置可提供更多的应力载荷，拓展了其适用范围。具体而言，打开三位四通换向阀4，结合压力控制阀5设定的压力以及各测试液压缸1内活塞的受压面积即可计算各测试液压缸1提供的应力载荷。通过该压力控制阀5保持该系统压力，各测试液压缸1向被测样品施加各自不同且恒定的应力载荷，由此可完成不同应力载荷下蠕变测试；设置使压力控制阀5控制系统压力循环渐变，对应于各测试液压缸1也提供了各不相同的循环渐变的应力载荷，由此可完成不同应力载荷下的疲劳性能测试。

进一步的，三位四通换向阀4的A口和B口均设置有压力传感器6，上述压力控制阀5选用先导式比例电磁式压力控制阀，还包括控制器，控制器与压力传感器6和先导式比例电磁式压力控制阀均通过电路连接。设置的压力传感器6可实时监测各测试液压缸1的高压腔（根据拉伸或压缩测试的具体情况选择有缸腔或无缸腔）的压强，通过实时反馈给控制器，由控制器对先导式比例电磁式压力控制阀的电流进行调控，可实现实时动态调控，保证各测试液压缸1提供给各样品的应力稳定。上述压力传感器6起到压力监测功能，仅为优选的一种实现方式，在实际测量中还可以在被测样品处安装力传感器等其他监测方式加以实现，其控制原理类似，此处不作赘述。

需要说明的是，在对同一批材料样品进行不同应力载荷的测试时，由于应力载荷不同，各样品的失效时间不同。当出现某一样品失效时，高压腔泄压，压力传感器6监测到的压力值会瞬间降低，此时可保持液压泵2供油，使失效的样品所对应的测试液压缸1的行程到位后重新建立设定的压力关系，其后即可继续完成其他样品的测试。

具体结构方面：该可提供不同应力载荷的高通量测试装置可设计不同结构形式，均需保持各测试液压缸1的伸缩方向与其所测试的样品的蠕变方向一致即可，其具体布置形式可不做限制，均可实现一次性多样品的不同应力条件蠕变测试。

本实施例中，如图2所示，该测试装置还包括基座10和升降台11，若干测试液压缸1均固定设置于升降台11上，若干测试液压缸1的活塞杆一端均正对基座10设置。在使用时，基座10和测试液压缸1的活塞杆端部均设置有装夹装置，待测试样品20的两端分别通过装夹装置与基座10和测试液压缸1的活塞杆端部固定连接。上述装夹装置可根据拉升或者压缩的不同需求选用现有夹具，本实施例中待测样品20呈杆状，可采用螺纹连接形式，使待测样品20的一端直接与基座10通过螺纹固定连接，待测样品20的另一端螺纹连接有螺纹套，该螺纹套两端的内螺纹旋向相反，螺纹套在连接待测样品20后，降下升降台11使待测液压缸1的活塞杆端部与螺纹套接触，通过反向旋转螺纹套的另一端可与测试液压缸1的活塞杆端部直接螺纹连接，通过该螺纹连接的形式可同时适用于拉伸和压缩测试两种工况。夹持安装完成后，启动液压泵2并调节三位四通换向阀4即可直接进行测试。

进一步的，该测试装置还包括顶板12和若干连接导杆13，若干连接导杆13呈圆周均布设置，连接导杆13的两端分别与顶板12和基座10固定连接，整个装置结构形成一个笼体支撑结构，以尽量保持测试过程中整体结构的稳定性，减少对测试结果造成的影响。在升降台11上开设有若干导向孔，若干连接导杆13分别可滑动的设置于若干导向孔内，通过导向孔的限位导向作用，对升降台11的位置进行限位，以保证样品20能顺利装夹。

进一步的，该测试装置还包括升降液压缸14，升降液压缸14的一端与顶板12固定连接，升降液压缸14的另一端与升降台11固定连接，升降液压缸14的轴线、若干测试液压缸1的轴线和若干连接导杆13的轴线相互平行。设置的升降液压缸14可控制升降台11完成升降动作，可方便上述样品的装夹操作过程。更为重要的是，在实际应用中，材料的载荷是周期变化的，周期载荷导致材料疲劳失效占到金属部件失效的80%。而载荷的周期变化是复杂的，经常是大周期循环载荷与小周期循环载荷相耦合，比如汽车启动到停车是一个大循环，在驾驶过程中因为加速/减速有很多的小循环，这种情况同样出现在飞机，工业机械等。单纯的固定应力载荷或渐变应力载荷并不能完整模拟真实的载荷情况。通过设置升降液压缸14，在装夹样品20后可利用升降液压缸14驱动整个升降台11上升或下降，从而对各样品20提供大周期循环载荷，通过各测试液压缸1的供油压力变化调整模拟小周期循环载荷，通过两者耦合可尽量模拟出真实载荷并评价材料在真实载荷下的性能和寿命。需要说明，该大循环耦合小循环的模拟载荷形式并非局限于本实施例所述的测试装置，将本实用新型测试模块应用于传统的机械或液压测试装置中加以改进，依然可以实现该耦合模拟功能。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种可提供不同应力载荷的高通量测试模块，其特征在于，包括若干测试液压缸，若干所述测试液压缸的活塞直径各不相同，若干所述测试液压缸的无杆腔相互连通，若干所述测试液压缸的有杆腔相互连通。

2.一种可提供不同应力载荷的高通量测试装置，其特征在于，包括权利要求1所述的一种可提供不同应力载荷的高通量测试模块，还包括液压泵、油箱和三位四通换向阀，所述液压泵的吸油口与所述油箱连通，所述液压泵的排出口与所述三位四通换向阀的P口连通，所述三位四通换向阀的A口和B口分别与若干所述测试液压缸的有杆腔和若干所述测试液压缸的无杆腔连通，所述三位四通换向阀的T口与所述油箱连通。

3.根据权利要求2所述的一种可提供不同应力载荷的高通量测试装置，其特征在于，还包括压力控制阀，所述压力控制阀设置于所述液压泵和所述三位四通换向阀之间，所述压力控制阀可用于调节控制所述三位四通换向阀P口的压力。

4.根据权利要求3所述的一种可提供不同应力载荷的高通量测试装置，其特征在于，所述三位四通换向阀的A口和B口均设置有压力传感器，所述压力控制阀选用先导式比例电磁式压力控制阀，还包括控制器，所述控制器与所述压力传感器和所述先导式比例电磁式压力控制阀均通过电路连接。

5.一种可提供不同应力载荷的高通量测试装置，其特征在于，包括权利要求1所述的一种可提供不同应力载荷的高通量测试模块，还包括基座和升降台，若干所述测试液压缸均固定设置于所述升降台上，若干所述测试液压缸的活塞杆一端均正对所述基座设置。

6.根据权利要求5所述的一种可提供不同应力载荷的高通量测试装置，其特征在于，还包括顶板和若干连接导杆，若干所述连接导杆呈圆周均布设置，所述连接导杆的两端分别与所述顶板和所述基座固定连接，所述升降台上开设有若干导向孔，若干所述连接导杆分别可滑动的设置于若干所述导向孔内。

7.根据权利要求6所述的一种可提供不同应力载荷的高通量测试装置，其特征在于，还包括升降液压缸，所述升降液压缸的一端与所述顶板固定连接，所述升降液压缸的另一端与所述升降台固定连接，所述升降液压缸的轴线、若干所述测试液压缸的轴线和若干所述连接导杆的轴线相互平行。

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