CN218917098U - 一种带气动功能的蠕变—疲劳试验台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及材料检测领域，具体涉及一种带气动功能的蠕变—疲劳试验台。试验台包括固定支架，固定支架上固定设置有拉伸装置、加热装置和测微仪，通过DIC测量仪器配合测微仪测量实验过程中的材料特性数据，增强了实验的精度。加热装置内穿设通气装置，通气装置上设置有进气孔和出气孔，用于模拟多种复杂的工况环境，另外，通气装置位于加热装置内部，有利于通气装置内气体环境的稳定。通气装置内穿设拉伸装置，拉伸装置上固定设置待测部件，待测部件位于通气装置内，拉伸装置底端设置有承重板和气动装置，承重板上设置砝码。装置整体设计合理可靠，实验工况环境可调，实验精度高，实验结果稳定可靠。

Description

一种带气动功能的蠕变—疲劳试验台

技术领域

本实用新型涉及材料检测领域，具体涉及一种带气动功能的蠕变—疲劳试验台。

背景技术

在许多领域，如航空，汽车，高速铁路涉及国家安全，国防工业和国民经济等，一些重要的结构在不同的运用条件下的外场环境是不一样的，而且其外场环境有时还是多变的。其中高温和机械疲劳的两种形式的结合是繁琐外场作用中比较常见的形式，也是导致零件的结构的变化、零件报废和导致比较大的安全事故的重要因素。基于上述的不同使用的环境下的零部件发生疲劳损坏的原因，大多数情况下是由于零件的表层结构或内部结构缺陷处在高温—循环应力载荷双重作用下产生疲劳裂纹。因为对疲劳裂纹变形方法和演化变化方式的不清晰，导致对结构疲劳失效难以精准预测，难以对构件的疲劳寿命形成精确认识；而且在温度比较高的环境下，因蠕变、应力松弛、表层氧化、热应力集中和粘弹性转变等因素的共同作用，高温载荷下材料力学性能的衰退机制越来越复杂，因此对于高温疲劳失效现象的预估与防止十分困难。

目前的零部件疲劳寿命标则是基于金属材料低周疲劳(10⁶)测试结果而制定的。而以前的疲劳试验的试验方法中关于温度对材料疲劳性能的影响涉及比较少。但是在实际工况下，温度场对材料力学性能的影响不容忽视。材料的宏观失效的原因大多数都是因高温疲劳载荷作用导致其内部结构在使用过程中发生疲劳损伤演化，但根据现存的材料疲劳性能试验难以揭示出关于材料在复杂力-热耦合条件下的疲劳性能特征，进而影响了工件材料使用可靠性以及评价的准确性，制约了新型结构材料的开发与应用。

由此可见，准确得到各种材料在不同复合条件下的疲劳性能特征是一项重大且意义深远的工作，针对于此，我们在现有疲劳试验台的基础上对其进行了改进，来满足不同复合条件下的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种带气动功能的蠕变—疲劳试验台，该试验台可用于在复杂力-热耦合条件下的疲劳性能特征测试，装置实用性强，实验精度较高，实验结果稳定可靠。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种带气动功能的蠕变—疲劳试验台，包括固定支架，固定支架上固定设置有拉伸装置、加热装置和测微仪，加热装置上设置有观察窗，观察窗前设置有DIC测量仪器，加热装置内穿设通气装置，通气装置上设置有进气孔和出气孔，通气装置内穿设拉伸装置，拉伸装置上固定设置待测部件，待测部件位于通气装置内，拉伸装置底端设置有承重板，承重板上设置砝码，承重板连接气动装置。

固定支架包括底座，底座上设置有第一支架和第二支架，第一支架上设置有拉伸装置，第二支架上设置有加热装置。

第一支架包括两根立柱，第一支架上设置有横梁、第一辅助定位梁和第二辅助定位梁，横梁上固定设置有拉伸装置，第一辅助定位梁和第二辅助定位梁上均设置有通孔，拉伸装置穿设在第一辅助定位梁和第二辅助定位梁的通孔内，第一支架上设置有测微仪，测微仪包括光栅测微仪，光栅测微仪通过开关式磁力座固定在第一支架上。

拉伸装置包括上拉杆和下拉杆，上拉杆和下拉杆之间连接待测部件，下拉杆上设置有凸台，凸台位于第一辅助定位梁上方，凸台通过第一连杆连接承重板，承重板通过第二连杆与气动装置连接，第一连杆穿设在第一辅助定位梁和第二辅助定位梁的通孔内。

气动装置位于底座下方，底座上开设有通孔，第二连杆穿设在底座的通孔内。

通气装置包括石英管，石英管两端端口分别固定嵌设有第一内法兰和第二内法兰，第一内法兰和第二内法兰上均开设有中心通孔，拉伸装置嵌设在第一内法兰和第二内法兰上均开设有中心通孔上，待测部件位于石英管内，第一内法兰上设置有进气孔，第二内法兰上设置有出气孔。

石英管两端均固定套设有外法兰，第一内法兰和第二内法兰与外法兰均通过螺栓固定。

加热装置包括隔热壳体，隔热壳体上设置有第一通孔、加热腔和观察窗，第一通孔内嵌设通气装置，加热腔内设置加热部件。

隔热壳体分两个相同的半壳体，半壳体均设置有把手和固定环，两个半壳体的固定环均套设在固定杆上，固定杆设置在第二支架上。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果如下：

本实用新型的蠕变—疲劳试验台包括固定支架，固定支架上固定设置有拉伸装置、加热装置和测微仪，加热装置上设置有观察窗，观察窗前设置有DIC测量仪器，通过在炉体上开设观察窗，减少了环境对加热环境的影响，提高了实验精度，DIC测量仪器配合测微仪测量实验过程中的材料特性数据，进一步增强了实验的精度。加热装置内穿设通气装置，通气装置上设置有进气孔和出气孔，用于模拟多种复杂的工况环境，另外，通气装置位于加热装置内部，有利于实验过程中通气装置内气体环境的稳定，保证实验精度。通气装置内穿设拉伸装置，拉伸装置上固定设置待测部件，待测部件位于通气装置内，拉伸装置底端设置有承重板，承重板上设置砝码，承重板连接气动装置。装置整体设计合理可靠，实验工况环境可调，实验精度高。

进一步的，固定支架包括底座，底座的安装提高了装置的稳定性，方便实验人员加装试件和砝码，另外，当待测部件断裂时，可用于防止砝码落地，损坏底面。底座上设置有第一支架和第二支架，第一支架上设置有拉伸装置，第二支架上设置有加热装置。

进一步的，第一支架包括两根立柱，第一支架上设置有横梁、第一辅助定位梁和第二辅助定位梁，提升第一支架的稳定性。第一支架上设置有测微仪，测微仪包括光栅测微仪，光栅测微仪通过开关式磁力座固定在第一支架上，光栅测微仪可实时测量相关数据，提升实验精度。

进一步的，拉伸装置的下拉杆上设置有凸台，凸台位于第一辅助定位梁上方，当待测部件断裂时，凸台落在第一辅助定位梁上，防止下拉杆和气动装置落地损坏。凸台通过第一连杆连接承重板，承重板通过第二连杆与气动装置连接，第一连杆穿设在第一辅助定位梁和第二辅助定位梁的通孔内，第一辅助定位梁和第二辅助定位梁的两个通孔可对下拉杆起到定位作用，减小待测部件断裂时的摇摆幅度，防止待测部件的断口损坏通气装置的石英管，实用性强。

进一步的，通气装置包括石英管，待测部件位于石英管内，石英管为透明体，便于观测装置获取数据，实用性强。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构装配图；

图2为本实用新型的实验台架的整体结构示意图；

图3为本实用新型的固定支架的结构示意图；

图4为本实用新型的拉伸装置的结构示意图；

图5为本实用新型的通气装置的结构示意图；

图6为本实用新型的通气装置的装配图；

图7为本实用新型的拉伸装置与通气装置装配图；

图8为本实用新型的加热装置的剖视图；

图9为本实用新型的加热装置整体结构示意图；

图10为本实用新型的加热装置与拉伸装置装配示意图；

图11为本实用新型的气动装置与承重板的装配图；

图12为本实用新型的光栅测微仪示意图；

图13为本实用新型的开关式磁力座结构示意图；

图14为本实用新型的开关式磁力座与可调连杆装配图；

图15为本实用新型的DIC测量仪器示意图。

其中，1、固定支架；2、拉伸装置；3、通气装置；4、加热装置；5、第一通孔；6、加热腔；7、底座；8、气动装置；9、测微仪；10、DIC测量仪器；11、观察窗；12、第一支架；13、第二支架；14、光栅测微仪；15、待测部件；16、上拉杆；17、下拉杆；18、承重板；19、石英管；20、外法兰；21、第一内法兰；22、第二内法兰；23、开关式磁力座；24、螺栓；25、进气孔；26、出气孔；27、隔热壳体；28、半壳体；29、把手；30、固定环；31、固定杆；32、法兰密封圈；33、法兰圈；34、横梁；35、第一辅助定位梁；36、第二辅助定位梁；37、砝码；38、凸台；39、第一连杆；40、第二连杆；41、可调连杆。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1、图4、图5、图7和图10所示，一种带气动功能的蠕变—疲劳试验台，包括固定支架1，固定支架1上固定设置有拉伸装置2、加热装置4和测微仪9，加热装置4上设置有观察窗11，观察窗11前设置有DIC测量仪器10，加热装置4内穿设通气装置3，通气装置3上设置有进气孔25和出气孔26，通气装置3内穿设拉伸装置2，拉伸装置2上固定设置待测部件15，待测部件15位于通气装置3内，拉伸装置2底端设置有承重板18，承重板18上设置砝码37，承重板18连接气动装置8。

优选的，本实用新型的蠕变—疲劳试验台包括固定支架1，固定支架1上固定设置有拉伸装置2、加热装置4和测微仪9，加热装置4上设置有观察窗11，观察窗11前设置有DIC测量仪器10，通过在炉体上开设观察窗，减少了外部环境对加热环境的影响，保证了实验过程的稳定性，提高了实验精度。DIC测量仪器10配合测微仪9共同测量实验过程中的材料特性数据，进一步增强了实验的稳定性与结果的精准度。加热装置4内穿设通气装置3，通气装置3上设置有进气孔25和出气孔26，通过加热装置、进气孔和排气孔可实现待测部件15周围空气的循环和环境的调整，用于模拟多种复杂的工况环境，另外，通气装置3位于加热装置内部，有利于实验过程中通气装置3内气体环境的稳定，进一步保证了实验过程的稳定性，提高了实验精度。通气装置3内穿设有拉伸装置2，拉伸装置2上固定设置待测部件15，待测部件15位于通气装置3内，拉伸装置2底端设置有承重板18，承重板18上设置砝码37，实验过程中，通过在承重板18上增加或减少砝码37来改变试验载荷。承重板18连接气动装置8，气动装置8体积小，可在实验过程中提供周期性变化的载荷。装置整体设计合理可靠，实验工况环境可调，实验精度高。

进一步的，如图11所示，本实验装置的气动装置8的行程是10mm，能够支撑的重量为5T,能够达到使用要求，此次设计采用复动式设计，因为复动式设计能够实现1次/s的往复运动，从而实现疲劳的作用。对于此次的设计，选用的产品动作形式为复动式，缓冲形式为可调节缓冲，工作介质是空气，工作温度为-25℃-80℃，工作频率为1Hz。选用SC400缸径，进气孔螺纹为1寸，活塞杆螺纹为M56×4，工作压力为0.6MPa，理论推拉力7536KG，符合设计拉力。

进一步的，如图15所示，实验中加装了DIC测量仪器10，使得结果更加准确，更具有参考价值。DIC测量仪器10的型号为XTDIC-CONST-HS，设备相机最高拥有400万像素，相机帧频最高上百万fps，应变测量精度50με，应变测量范围0.005～2000％，位移测量精度≤0.01像素。设计时可采用伸缩安装立柱，安装之后可以通过加热炉开口处观察到待测部件15的拉伸变化。

固定支架1包括底座7，底座7上设置有第一支架12和第二支架13，第一支架12上设置有拉伸装置2，第二支架13上设置有加热装置4。

优选的，如图1、图2和图3所示，固定支架1包括底座7，底座7的安装提高了装置的稳定性，方便实验人员加装试件和砝码37，另外，当待测部件15断裂时，可用于防止砝码落地，损坏底面。底座7上设置有第一支架12和第二支架13，第一支架12上设置有拉伸装置2，第二支架13上设置有加热装置4。

进一步的，如图1和图2所示，本实验装置由于砝码37质量较大，整体实验装置较重，底座7采用六个支撑，进一步增强了装置的稳定性。

如图1、图2和图12所示，第一支架12包括两根立柱，第一支架12上设置有横梁34、第一辅助定位梁35和第二辅助定位梁36，横梁34上固定设置有拉伸装置2，第一辅助定位梁35和第二辅助定位梁36上均设置有通孔，拉伸装置2穿设在第一辅助定位梁35和第二辅助定位梁36的通孔内，第一支架12上设置有测微仪9，测微仪9包括光栅测微仪14，光栅测微仪14通过开关式磁力座23固定在第一支架12上。

优选的，第一支架12包括两根立柱，第一支架12上设置有横梁34、第一辅助定位梁35和第二辅助定位梁36，提升第一支架12的稳定性。第一支架12的两根立柱上均设置有测微仪9，测微仪9包括光栅测微仪14，光栅测微仪14通过开关式磁力座23固定在第一支架12上，光栅测微仪14可实时测量相关数据，提升实验精度。

进一步的，如图1、图2和图14所示，开关式磁力座23通过可调连杆41连接光栅测微仪14，通过开关式磁力座23和可调连杆41可对光栅测微仪14的位置进行调整，满足不同实验状况的要求。

如图1、图2和图3所示，拉伸装置2包括上拉杆16和下拉杆17，上拉杆16和下拉杆17之间连接待测部件15，下拉杆17上设置有凸台38，凸台38位于第一辅助定位梁35上方，凸台38通过第一连杆39连接承重板18，承重板18通过第二连杆40与气动装置8连接，第一连杆39穿设在第一辅助定位梁35和第二辅助定位梁36的通孔内。

优选的，拉伸装置2包括上拉杆16和下拉杆17，上拉杆16固定在横梁34上，下拉杆17上设置有凸台38，凸台38位于第一辅助定位梁35上方，当待测部件15断裂时，凸台38落在第一辅助定位梁35上，防止下拉杆17和气动装置8落地损坏。凸台38通过第一连杆39连接承重板18，承重板18通过第二连杆40与气动装置8连接，第一连杆39穿设在第一辅助定位梁35和第二辅助定位梁36的通孔内，第一辅助定位梁35和第二辅助定位梁36的两个通孔对下拉杆17起到定位作用，减小待测部件15断裂时的摇摆幅度，防止待测部件15的断口损坏通气装置3的石英管19，实用性强。

如图1、图2和图11所示，气动装置8位于底座7下方，底座7上开设有通孔，第二连杆40穿设在底座7的通孔内。

如图1、图2、图5、图6和图7所示，通气装置3包括石英管19，石英管19两端端口分别固定嵌设有第一内法兰21和第二内法兰22，第一内法兰21和第二内法兰22上均开设有中心通孔，拉伸装置2嵌设在第一内法兰21和第二内法兰22上均开设有中心通孔上，待测部件15位于石英管19内，第一内法兰21上设置有进气孔25，第二内法兰22上设置有出气孔26。

优选的，通气装置3包括石英管19，石英管19可耐高温，待测部件15位于石英管19内，石英管19可为待测部件15创造封闭的加热环境，另外，石英管19为透明体，便于DIC测量仪器10获取数据，实用性强。

如图4、图5和图6所示，石英管19两端均固定套设有外法兰20，第一内法兰21和第二内法兰22与外法兰20均通过螺栓24固定。

优选的，如图4、图5和图6所示，外法兰20与石英管19之间设置有法兰密封圈32和法兰圈33，增强了通气装置的密封性，减少了环境对实验的影响，进一步提升了实验的稳定性和实验结果的可靠性，提升了实验精准度。

如图1、图2、图8、图9和图10所示，加热装置4包括隔热壳体27，隔热壳体27上设置有第一通孔5、加热腔6和观察窗11，第一通孔5内嵌设通气装置3，加热腔6内设置加热部件。

优选的，加热装置4为高温炉，主要作用是为蠕变试验创造比较适宜的高温试验环境，加热装置4包括隔热壳体27，具有较好的保温效果。加热腔6内设置电热丝，采用电加热丝加热便于控制温度。

进一步的，加热装置4外部采用不锈钢板作为保护。

优选的，如图8、图9和图10所示，隔热壳体27分两个相同的半壳体28，半壳体28均设置有把手29和固定环30，两个半壳体28的固定环30均套设在固定杆31上，固定杆31设置在第二支架13上。两个半壳体28均可以通过固定环30绕固定杆31旋转。将待测部件15装配时，先通过把手29旋转分开两个半壳体28，将待测部件15、拉伸装置2和通气装置3装配好，再将将配好的通气装置3置于两个半壳体28之间，旋转闭合两个半壳体28，将通气装置3固定在第一通孔5内。

一种带气动功能的蠕变—疲劳试验台的工作方法，包括以下步骤：

S1.安装试验台和待测部件15，开启加热装置4，通过加热装置4、进气孔25和出气孔26调整加热气体环境；

进一步的，试验台和待测部件15的安装过程为，将拉伸装置2固定在固定支架1上，装配好待测部件15、拉伸装置2和通气装置3，再将通气装置3固定在加热装置4内。

S2.加热气体环境达标后开始加减砝码37，加减砝码37至所需的载荷，调整测微仪9至对应工位，调整DIC测量仪器10至观察窗11前的适当位置；

S3.开启气动装置8，进行数据记录直至待测部件15断裂，关闭加热装置4、气动装置8和DIC测量仪器10，取下砝码37；

S4.待测部件15冷却后取下待测部件15结合数据进行分析。

优选的，本实用新型的方法在安装好试验台和待测部件15后，通过加热装置4、进气孔25和出气孔26调整加热气体环境，可实现多种工况环境的实验，实用性强，另外，加热装置4内部设置通气装置，保证了实验过程加热环境的稳定性。实验过程中采用光栅测微仪14和DIC测量仪器10共同记录数据，增强了实验的精准度。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带气动功能的蠕变—疲劳试验台，其特征在于，包括固定支架(1)，固定支架(1)上固定设置有拉伸装置(2)、加热装置(4)和测微仪(9)，加热装置(4)上设置有观察窗(11)，观察窗(11)前设置有DIC测量仪器(10)，加热装置(4)内穿设通气装置(3)，通气装置(3)上设置有进气孔(25)和出气孔(26)，通气装置(3)内穿设拉伸装置(2)，拉伸装置(2)上固定设置待测部件(15)，待测部件(15)位于通气装置(3)内，拉伸装置(2)底端设置有承重板(18)，承重板(18)上设置砝码(37)，承重板(18)连接气动装置(8)。

2.如权利要求1所述的一种带气动功能的蠕变—疲劳试验台，其特征在于，所述固定支架(1)包括底座(7)，底座(7)上设置有第一支架(12)和第二支架(13)，第一支架(12)上设置有拉伸装置(2)，第二支架(13)上设置有加热装置(4)。

3.如权利要求2所述的一种带气动功能的蠕变—疲劳试验台，其特征在于，所述第一支架(12)包括两根立柱，第一支架(12)上设置有横梁(34)、第一辅助定位梁(35)和第二辅助定位梁(36)，横梁(34)上固定设置有拉伸装置(2)，第一辅助定位梁(35)和第二辅助定位梁(36)上均设置有通孔，拉伸装置(2)穿设在第一辅助定位梁(35)和第二辅助定位梁(36)的通孔内，第一支架(12)上设置有测微仪(9)，测微仪(9)包括光栅测微仪(14)，光栅测微仪(14)通过开关式磁力座(23)固定在第一支架(12)上。

4.如权利要求3所述的一种带气动功能的蠕变—疲劳试验台，其特征在于，所述拉伸装置(2)包括上拉杆(16)和下拉杆(17)，上拉杆(16)和下拉杆(17)之间连接待测部件(15)，下拉杆(17)上设置有凸台(38)，凸台(38)位于第一辅助定位梁(35)上方，凸台(38)通过第一连杆(39)连接承重板(18)，承重板(18)通过第二连杆(40)与气动装置(8)连接，第一连杆(39)穿设在第一辅助定位梁(35)和第二辅助定位梁(36)的通孔内。

5.如权利要求4所述的一种带气动功能的蠕变—疲劳试验台，其特征在于，所述，气动装置(8)位于底座(7)下方，底座(7)上开设有通孔，第二连杆(40)穿设在底座(7)的通孔内。

6.如权利要求1所述的一种带气动功能的蠕变—疲劳试验台，其特征在于，所述通气装置(3)包括石英管(19)，石英管(19)两端端口分别固定嵌设有第一内法兰(21)和第二内法兰(22)，第一内法兰(21)和第二内法兰(22)上均开设有中心通孔，拉伸装置(2)嵌设在第一内法兰(21)和第二内法兰(22)上均开设有中心通孔上，待测部件(15)位于石英管(19)内，第一内法兰(21)上设置有进气孔(25)，第二内法兰(22)上设置有出气孔(26)。

7.如权利要求6所述的一种带气动功能的蠕变—疲劳试验台，其特征在于，所述石英管(19)两端均固定套设有外法兰(20)，第一内法兰(21)和第二内法兰(22)与外法兰(20)均通过螺栓(24)固定。

8.如权利要求1所述的一种带气动功能的蠕变—疲劳试验台，其特征在于，所述加热装置(4)包括隔热壳体(27)，隔热壳体(27)上设置有第一通孔(5)、加热腔(6)和观察窗(11)，第一通孔(5)内嵌设通气装置(3)，加热腔(6)内设置加热部件。

9.如权利要求8所述的一种带气动功能的蠕变—疲劳试验台，其特征在于，所述隔热壳体(27)分两个相同的半壳体(28)，半壳体(28)均设置有把手(29)和固定环(30)，两个半壳体(28)的固定环(30)均套设在固定杆(31)上，固定杆(31)设置在第二支架(13)上。

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