CN219608632U - 用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及材料试验设备技术领域，具体而言涉及一种用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置，包括支撑架、两组施压部件、第一液压控制系统、第二液压控制系统和空压机，其中，所述第一液压缸和所述第二液压缸沿X向对称固定在所述支撑架上，所述第三液压缸和所述第四液压缸沿Y向对称固定在所述支撑架上；设置两组X向和Y向分布的施压部件，能够同时进行双轴拉力或压力蠕变测试，且采用液压系统对待测样品施压，压力稳定并且能够长时间施加压力，实验过程采用机械引伸计和激光位移计记录四个方向上的独立应变，并通过在待测样品中心增设应变片阵列，分析待测样品整体协调变形，提高测试的准确性。

Description

用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置

技术领域

本实用新型涉及蠕变测试技术领域，具体而言涉及一种用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置。

背景技术

随着各国对深海探索的不断深入，深海空间站、深海潜水器等装备对相关材料，包括各种结构材料、先进浮力材料等的要求也在逐步提高，钛合金作为一种低密度、高强度、耐腐蚀的金属材料，是应用于深海环境大型耐压结构体建造材料的首选。

区别于传统使用环境，在深海条件下，厚壁结构件会受到周围海水长时间的海水静压作用。根据深海耐压结构体的受力分析可知，耐压壳体受到三向压应力的作用，其中垂直于壳体方向的压应力来自于海水静压，应力水平较低，可以忽略不计；平面内两向压应力较大，某些条件下甚至于超过壳体材料的屈服强度，进而使结构发生变形甚至失稳。因此，研究深海环境大型耐压结构体用钛合金在双轴压应力条件下的蠕变行为并建立深海条件下钛合金材料压缩蠕变失效模型具有重要的科学意义与工程应用价值。

目前，传统的测试对象试样尺寸比较小，例如国标里的棒材，直径在数毫米至十数毫米，可施加作用力较小，多为单向拉伸应力模式。处于深海工作的大型结构体承受多维度压缩应力，对于主要建造金属材料例如钛合金则由于深海工作时间长将发生压缩蠕变变形。面对海洋工程用的大型耐压结构用钛合金材料时，由于是各向异性合金，不同受力方向上应变分布及区域应变速率变化差别较大，无法通过传统的方式和系统实现。

另外，为了评价大型深海工程装备在深海长时间(通常大于1000小时)的材料变形行为，在测试时间上，对于大型钛合金材料通常需要测试数百到数千小时，而传统的依赖丝杠或砝码加载压力的系统，由于传力结构是高强钢，在长时间的高压下自身发生变形和不稳定，只适合小型棒材的拉伸测试，对于多向压缩的施加，现有设备不能满足数千小时下的施加的压力测试过程的压力的一致性，无法开展高应力下的双轴蠕变实验，因此，亟需一种用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置及测试方法解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型提出一种用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置，包括：

支撑架，定义所述支撑架的宽度方向为X向，所述支撑架的长度方向为Y向；

两组施压部件，第一组施压部件包括第一液压缸和第二液压缸，第二组施压部件包括第三液压缸和第四液压缸；

第一液压控制系统，所述第一液压控制系统控制所述第一液压缸和所述第二液压缸同时动作；

第二液压控制系统，所述第二液压控制系统控制所述第三液压缸和所述第四液压缸同时动作；

空压机，与所述第一液压控制系统和所述第二液压控制系统连接；

恒压泵，与所述第一液压控制系统和所述第二液压控制系统连接；

应变片阵列，贴放在待测样品的表面，用于检测待测样品的区域应变特征；

其中，所述第一液压控制系统和第二液压控制系统均包括气动加压模式和液动加压模式，在气动加压模式中，所述空压机向第一液压控制系统和第二液压控制系统增压，使第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸和所述第四液压缸抵触至待测样品表面，在液动加压模式中，所述恒压泵向第一液压控制系统和第二液压控制系统增压，使第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸和第四液压缸加载预定压力到待测样品表面；

所述第一液压缸和所述第二液压缸沿X向对称固定在所述支撑架上，所述第三液压缸和所述第四液压缸沿Y向对称固定在所述支撑架上，第一液压缸和第二液压缸用于对待测样品施加X轴方向的蠕变压力，所述第三液压缸和所述第四液压缸用于对待测样品施加Y轴方向的蠕变压力；

第一液压缸轴线与第三液压缸轴线的交点位于所述支撑架的中心位置；

所述支撑架上设有四组检测传感器，分别检测第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸和第四液压缸的活塞杆的移动量，所述检测传感器与计算机电连接。

优选的，所述第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸和第四液压缸均包括缸体和活塞杆，所述活塞杆的活塞端滑动在所述缸体内，所述缸体的内部设有第一空腔和第二空腔，所述第一空腔和所述第二空腔分别位于所述活塞杆的活塞端两侧；

液压控制系统被设置成可以向所述第一空腔或第二空腔内部泵入液体，使所述活塞杆沿轴线往复运动，以拉伸或挤压待测样品，所述活塞杆远离活塞的一端固定有压头；

所述恒压泵包括第一恒压泵和第二恒压泵。

优选的，所述第一液压控制系统包括第一储液罐、第一气体阀、第二储液罐和第二气体阀，所述第一储液罐的输出端通过第一液压输出管与所述第一液压缸、第二液压缸的所述第二空腔连接，所述第一液压输出管上设有第一液压控制阀；

所述第二储液罐的输出端通过第二液压输出管与所述第一液压缸、所述第二液压缸的所述第一空腔连接，所述第二液压输出管上设有第二液压控制阀；

所述第一恒压泵的第一输出端与所述第一液压输出管连接，所述第一恒压泵的第二输出端与所述第二液压输出管连接；

所述第一储液罐的进气端通过第一输气管与所述空压机的输出端连接，所述第一输气管上设有所述第一气体阀，所述第二储液罐的进气端通过第二输气管与所述空压机的输出端连接，所述第二输气管上设有所述第二气体阀。

优选的，所述第一恒压泵的第一输出端与所述第一液压输出管之间设有第一压力控制传输器，用于控制施加到第一液压输出管的液压压力；

所述第一恒压泵的第二输出端与所述第二液压输出管之间设有第二压力控制传输器，用于控制施加到第二液压输出管的液压压力；

所述第一恒压泵上设有用于检测输出压力的第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述计算机电连接。

优选的，所述第一液压缸与所述第一液压输出管的连接处设有第三液压控制阀，用于控制所述第一液压输出管是否与所述第一液压缸连通，所述检测传感器检测到所述第一液压缸产生压缩方向位移时，所述第三液压控制阀打开，使得所述第一液压缸内的压力重新加压至预设压力；

所述第二液压缸与所述第一液压输出管的连接处设有第四液压控制阀，用于控制所述第一液压输出管是否与所述第二液压缸连通，所述检测传感器检测到所述第二液压缸产生压缩方向位移时，所述第四液压控制阀打开，使得所述第二液压缸内的压力重新加压至预设压力；

所述第一液压缸与所述第二液压输出管的连接处设有第九液压控制阀，用于控制所述第二液压输出管是否与所述第一液压缸连通，所述检测传感器检测到所述第一液压缸产生拉伸方向位移时，所述第九液压控制阀打开，使得所述第一液压缸对待测样品施加的拉力重新加压至预设拉力；

所述第二液压缸与所述第二液压输出管的连接处设有第十液压控制阀，用于控制所述第二液压缸是否与所述第二液压输出管连通，所述检测传感器检测到所述第二液压缸产生拉伸方向位移时，所述第十液压控制阀打开，使得所述第二液压缸对待测样品施加的拉力重新加压至预设拉力。

优选的，所述第二液压控制系统包括第三储液罐、第三气体阀、第四储液罐和第四气体阀，所述第三储液罐的输出端通过第三液压输出管与所述第三液压缸、所述第四液压缸的所述第二空腔连接，所述第三液压输出管上设有第五液压控制阀；

所述第四储液罐的输出端通过第四液压输出管与所述第三液压缸、所述第四液压缸的所述第一空腔连接，所述第四液压输出管上设有第六液压控制阀；

所述第二恒压泵的第一输出端与所述第三液压输出管连接，所述第二恒压泵的第二输出端与所述第四液压输出管连接；

所述第三储液罐的进气端通过第三输气管与所述空压机的输出端连接，所述第三输气管上设有所述第三气体阀，所述第四储液罐的进气端通过第四输气管与所述空压机的输出端连接，所述第四输气管上设有所述第四气体阀。

优选的，所述第二恒压泵的第一输出端与所述第三液压输出管之间设有第三压力控制传输器，用于控制施加到所述第三液压输出管的液压压力；

所述第二恒压泵的第二输出端与所述第四液压输出管之间设有第四压力控制传输器，用于控制施加到所述第四液压输出管的液压压力；

所述第二恒压泵上设有用于检测输出压力的第二压力传感器，所述第二压力传感器与所述计算机电连接。

优选的，所述第三液压缸与所述第三液压输出管的连接处设有第八液压控制阀，用于控制所述第三液压输出管是否与所述第三液压缸连通，所述检测传感器检测到所述第三液压缸产生压缩方向位移时，所述第八液压控制阀打开，使所述第三液压缸内的压力重新加压至预设压力；

所述第四液压缸与所述第三液压输出管的连接处设有第七液压控制阀，用于控制所述第三液压输出管是否与所述第四液压缸连通，所述检测传感器检测到所述第四液压缸产生压缩方向位移时，所述第七液压控制阀打开，使所述第四液压缸内的压力重新加压至预设压力；

所述第三液压缸与所述第四液压输出管的连接处设有第十二液压控制阀，用于控制所述第四液压输出管是否与所述第三液压缸连通，所述检测传感器检测到所述第三液压缸产生拉伸方向位移时，所述第十二液压控制阀打开，使所述第三液压缸对待测样品施加的拉力重新加压至预设拉力；

所述第四液压缸与所述第四液压输出管的连接处设有第十一液压控制阀，用于控制所述第四液压输出管是否与所述第四液压缸连通，所述检测传感器检测到所述第四液压缸产生拉伸方向位移时，所述第十一液压控制阀打开，使所述第四液压缸对待测样品施加的拉力重新加压至预设拉力。

优选的，每组所述检测传感器均包括机械引伸计和激光位移计，所述机械引伸计和所述激光位移计安装在所述支撑架上，并位于所述活塞杆两侧，用于检测所述活塞杆的位移距离。

与现有技术相比，本实用新型提出的用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置尤其是应用到大型深海耐压结构的各向异性钛合金构件的蠕变测试的显著优点在于：

通过设置两组施压部件，其中，第一组施压部件包括的第一液压缸、第二液压缸为X向对称布置，第二组施压部件包括的第三液压缸、第四液压缸为Y向对称布置，第一液压缸、第二液压缸沿X向对待测样品两侧施加蠕变压力或拉力，第三液压缸、第四液压缸沿Y向对待测样品两侧施加蠕变压力或拉力，能够同时进行双轴压力或拉力蠕变测试，且采用液压系统对待测样品施加拉/压力，拉/压力稳定并且能够长时间施加拉/压力，试验结果更加准确，实验过程采用机械引伸计和激光位移计记录四个方向上的独立应变，并通过在待测样品中心增设应变片阵列，分析待测样品的整体协调变形，提高测试的准确性。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例。

图1是本实用新型所示的用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置的结构示意图；

图2是本实用新型所示的用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置的液压缸结构示意图；

图3是本实用新型所示的用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置的第一液压控制系统结构示意图；

图4是本实用新型所示的用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置的第二液压控制系统结构示意图；

图5是本实用新型所示的待测样品的结构示意图。

图中，各个附图标记的定义如下：

10、支撑架；11、机械引伸计；12、激光位移计；20、施压部件；21、第一液压缸；22、第二液压缸；23、第三液压缸；24、第四液压缸；201、缸体；202、活塞杆；203、第一空腔；204、第二空腔；205、压头；206、连接螺套；30、第一液压控制系统；31、第一恒压泵；311、第一压力控制传输器；312、第二压力控制传输器；313、第一压力传感器；32、第一储液罐；321、第一液压输出管；322、第一液压控制阀；323、第一输气管；33、第一气体阀；34、第二储液罐；341、第二液压输出管；342、第二液压控制阀；343、第二输气管；35、第二气体阀；36、第三液压控制阀；37、第四液压控制阀；38、第九液压控制阀；39、第十液压控制阀；40、第二液压控制系统；41、第二恒压泵；411、第三压力控制传输器；412、第四压力控制传输器；413、第二压力传感器；42、第三储液罐；421、第三液压输出管；422、第五液压控制阀；423、第三输气管；43、第三气体阀；44、第四储液罐；441、第四液压输出管；442、第六液压控制阀；443、第四输气管；45、第四气体阀；46、第七液压控制阀；47、第八液压控制阀；48、第十一液压控制阀；49、第十二液压控制阀；50、空压机；60、计算机。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

现有技术中的测试装置通常是基于细直径棒材的拉伸蠕变试验设计的，针对本申请中海洋工程使用的大型钛合金零件是不适用的，从测试对象的区别来说，大型深海耐压结构用钛合金为各向异性合金，各特征区域的应变差别较大，与传统的存在很大的区别；从测试时间的区别来说，测试需要经过数千小时，在大应力加载的条件下，普通的螺纹螺杆的应力加载系统在持续的压力加载下本身产生变形，导致压力加载的不稳定，而本测试目的是多向压缩应力，对施压的一致性和偏差要求很高。

基于上述，本申请旨在通过液压施压，并先通过气压将压力加载结构贴触到待测零件表面，保证初始应力相同，也有利于零件的对中，并且压力加载系统带恒压反馈和控制，保证每一个测试阶段的压力的一致性；同时液压的加压(压力上升)和压力泄露(漏气)的过程也是非常缓慢的，在长时间的压力加载环境下可保证压力的加载稳定，减少压力偏差。

【用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置】

结合图1-图5所示，本实用新型实施的用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置，主要应用于大型深海耐压结构的各向异性钛合金构件的蠕变测试，其包括支撑架10、两组施压部件20、第一液压控制系统30、第二液压控制系统40和空压机50。

定义支撑架10的宽度方向为X向，支撑架10的长度方向为Y向。

第一组施压部件20包括第一液压缸21和第二液压缸22。第二组施压部件20包括第三液压缸23和第四液压缸24，且试验待测样品为十字形。

第一液压控制系统30控制第一液压缸21和第二液压缸22同时动作，第二液压控制系统40控制第三液压缸23和第四液压缸24同时动作。

液压控制系统的加压模式

结合图示的示例，本实用新型的第一液压控制系统30和第二液压控制系统40均可配置在气动加压模式和液动加压模式下运行。

在气动加压模式中，空压机50向第一液压控制系统30和第二液压控制系统40增压，使第一液压缸21、第二液压缸22、第三液压缸23和第四液压缸24抵触至待测样品表面。

在液动加压模式中，恒压泵向第一液压控制系统30和第二液压控制系统40增压，使第一液压缸21、第二液压缸22、第三液压缸23和第四液压缸24加载预定压力到待测样品表面，第一液压缸21和第二液压缸22沿X向对称固定在支撑架10上，第三液压缸23和第四液压缸24沿Y向对称固定在支撑架10上，两组施压部件20的轴线交点位于支撑架10的中心，待测样品可受到X向和Y向的精准双轴压力，待测样品在双轴压力作用下的蠕变情况，且X向和Y向通过两组液压缸施加压力，压力平稳，且最大能够提供1300MPa的压缩应力，并能够提供长达1500小时的实验时长，足够为室温蠕变实验提供长时间的稳态蠕变时长。

蠕变测试中形变量的监控

进一步的，支撑架10上设有四组检测传感器，分别位于四个施压部件20的输出端，并用于实时检测施压部件20的输出端移动量，检测传感器与计算机60电连接，每组检测传感器均包括机械引伸计11和激光位移计12，机械引伸计11和激光位移计12安装在支撑架10上，并位于活塞杆202两侧，用于检测活塞杆202的位移距离，可以及时记录四个方向上的独立应变。

进一步的，在待测样品中心设置应变片阵列，可选的，应变片以矩形或圆形阵列贴放在待测样品的表面，分析待测样品的整体协调变形，进一步提高测试的准确性。

具体的，通过应变数据测定，准确标定具有各向异性合金的应力偏张量，精确描述在不同应力水平下的金属合金不同方向上的变形协调性。

液压缸的布置形式

结合图2所示，第一液压缸21、第二液压缸22、第三液压缸23和第四液压缸24均包括缸体201和活塞杆202，活塞杆202的活塞端滑动在缸体201内，缸体201的内部设有第一空腔203和第二空腔204，第一空腔203和第二空腔204分别位于活塞杆202的活塞端两侧，分别向第一空腔203或第二空腔204内部泵入液体，使得活塞杆202沿轴线往复运动，以拉伸或挤压待测样品，恒压泵包括第一恒压泵31和第二恒压泵41。

进一步的，活塞杆202远离活塞端的一端固定有压头205，在活塞杆202通过压头205与待测样品接触并向其施压，压头205采用高强度模具钢，在压头205磨损后，可直接更换压头205，避免对活塞杆202造成磨损。

可选的实施例中，压头205上螺纹连接有连接螺套206，活塞杆202、压头205和连接螺套206处于同一轴线上，使得压力垂直作用于待测样品上，在进行拉力蠕变测试时，待测样品上开设有与连接螺套206相对应的螺纹，压头205与待测样品接触压紧后，将连接螺套206向待测样品一侧旋出，使得连接螺套206的一端与待测样品螺纹连接，对待测样品进行固定。

第一液压控制系统

结合图3所示，第一液压控制系统30包括第一储液罐32、第一气体阀33、第二储液罐34和第二气体阀35，第一储液罐32的输出端通过第一液压输出管321与第一液压缸21、第二液压缸22的第二空腔204连接，第一液压输出管321上设有第一液压控制阀322，通过打开第一液压控制阀322，将第一储液罐32内储存的液体介质被气压驱动，通过第一液压输出管321输送至第一液压缸21、第二液压缸22的第二空腔204内，此时，在液压的推送下，活塞杆202向待测样品的方向移动，沿X向将待测样品夹持。

第二储液罐34的输出端通过第二液压输出管341与第一液压缸21、第二液压缸22的第一空腔203连接，第二液压输出管341上设有第二液压控制阀342，通过打开第二液压控制阀342，将第二储液罐34内储存的液体介质输送至第一液压缸21、第二液压缸22的第一空腔203内，此时，在液体压力的作用下，活塞杆202向远离待测样品的方向移动，留出足够的空间安装待测样品。

第一恒压泵31的第一输出端与第一液压输出管321连接，在对待测样品进行压力蠕变测试时，第一液压缸21、第二液压缸22稳定夹持待测样品后，通过第一恒压泵31同时调整第一液压缸21、第二液压缸22的第二空腔204内部液压，从而使活塞杆202作用在待测样品的压力达到指定压力，第一恒压泵31的第二输出端与第二液压输出管341连接，在对待测样品进行拉力蠕变测试时，通过第一恒压泵31同时调整第一液压缸21、第二液压缸22的第一空腔203内部液压，使得活塞杆202对待测样品的拉力达到指定拉力。

气动加压模式

进一步的，第一储液罐32的进气端通过第一输气管323与空压机50的输出端连接，第一输气管323上设有第一气体阀33，第二储液罐34的进气端通过第二输气管343与空压机50的输出端连接，第二输气管343上设有第二气体阀35，在夹持待测样品以及拆卸待测样品时，通过空压机50向第一储液罐32或第二储液罐34内施加气压，使第一储液罐32、第二储液罐34内储存的液体介质向外输出，从而快速控制活塞杆202夹紧待测样品或远离待测样品。

液动加压模式

再进一步的，第一恒压泵31的第一输出端与第一液压输出管321之间设有第一压力控制传输器311，用于控制施加到第一液压输出管321的液压压力，第一恒压泵31的第二输出端与第二液压输出管341之间设有第二压力控制传输器312，用于控制施加到第二液压输出管341的液压压力，第一恒压泵31上设有用于检测输出压力的第一压力传感器313，第一压力传感器313与计算机60电连接，第一恒压泵31通过第一压力控制传输器311实时控制第一液压输出管321内的压力传递，第一恒压泵31通过第二压力控制传输器312实时控制第二液压输出管341内的压力传递，第一压力传感器313实时检测第一恒压泵31的压力输出，第一压力传感器313将信号实时传输至计算机60内。

蠕变过程中的加压模式

结合图3所示，第一液压缸21与第一液压输出管321的连接处设有第三液压控制阀36，第二液压缸22与第一液压输出管321的连接处设有第四液压控制阀37，进行压力蠕变测试时，当第一液压缸21和第二液压缸22处于稳压状态对待测样品施压后，第三液压控制阀36和第四液压控制阀37为关闭状态，当第一液压缸21一侧的待测样品蠕变导致压力减小时，相应位置的机械引伸计11和激光位移计12检测到该处的活塞杆202移动，然后控制第三液压控制阀36打开，第一恒压泵31向第一液压缸21内加压至指定压力，压力稳定后第三液压控制阀36关闭，当第二液压缸22一侧的待测样品蠕变导致压力减小时，相应位置的机械引伸计11和激光位移计12检测到该处的活塞杆202移动，然后控制第四液压控制阀37打开，第一恒压泵31向第二液压缸22内加压至指定压力，压力稳定后，第四液压控制阀37关闭。

如此，第一液压缸21和第二液压缸22不会同步加压使待测样品向蠕变的一侧推动，所以待测样品位置保持准确，提高测试精度。

进一步的，第一液压缸21与第二液压输出管341的连接处设有第九液压控制阀38，第二液压缸22与第二液压输出管341的连接处设有第十液压控制阀39，进行拉力蠕变测试时，当第一液压缸21和第二液压缸22拉力处于稳定状态时，第九液压控制阀38和第十液压控制阀39为关闭状态，当第一液压缸21一侧的待测样品蠕变导致拉力减小时，相应位置的机械引伸计11和激光位移计12检测到该处的活塞杆202移动，然后控制第九液压控制阀38打开，第一恒压泵31向第一液压缸21内加压至指定拉力，拉力稳定后第九液压控制阀38关闭，当第二液压缸22一侧的待测样品蠕变导致拉力减小时，相应位置的机械引伸计11和激光位移计12检测到该处的活塞杆202移动，然后控制第十液压控制阀39打开，第一恒压泵31向第二液压缸22内加压至指定拉力，拉稳定后，第十液压控制阀39关闭。

如此，第一液压缸21和第二液压缸22不会同步加压使待测样品向蠕变的一侧推动，所以待测样品位置保持准确，提高测试精度。

第二液压控制系统

结合图4所示，第二液压控制系统40包括第三储液罐42、第三气体阀43、第四储液罐44和第四气体阀45，第三储液罐42的输出端通过第三液压输出管421与第三液压缸23、第四液压缸24的第二空腔204连接，第三液压输出管421上设有第五液压控制阀422，通过打开第五液压控制阀422，将第三储液罐42内储存的液体介质通过第三液压输出管421输送至第三液压缸23、第四液压缸24的第二空腔204内，此时，在液压的推送下，活塞杆202向待测样品的方向移动，沿Y向将待测样品夹持。

第四储液罐44的输出端通过第四液压输出管441与第三液压缸23、第四液压缸24的第一空腔203连接，第四液压输出管441上设有第六液压控制阀442，通过打开第六液压控制阀442，将第四储液罐44内储存的液体介质输送至第三液压缸23、第四液压缸24的第一空腔203内，此时，在液体压力的作用下，活塞杆202向远离待测样品的方向移动。

第二恒压泵41的第一输出端与第三液压输出管421连接，在对待测样品进行压力蠕变测试时，在第三液压缸23、第四液压缸24稳定夹持待测样品后，通过第二恒压泵41同时调整第三液压缸23、第四液压缸24的第二空腔204内部液压，从而使活塞杆202作用在待测样品的压力达到指定压力，第二恒压泵41的第二输出端与第四液压输出管441连接，在对待测样品进行拉力蠕变测试时，通过第二恒压泵41同时调整第三液压缸23、第四液压缸24的第一空腔203内部液压，使得活塞杆202向远离待测样品的方向移动，使得活塞杆202对待测样品的拉力达到指定拉力。

气动加压模式

进一步的，第三储液罐42的进气端通过第三输气管423与空压机50的输出端连接，第三输气管423上设有第三气体阀43，第四储液罐44的进气端通过第四输气管443与空压机50的输出端连接，第四输气管443上设有第四气体阀45，在夹持待测样品以及拆卸待测样品时，通过空压机50向第三储液罐42或第四储液罐44内施加气压，使第三储液罐42、第四储液罐44内储存的液体介质向外输出，从而控制活塞杆202快速夹紧待测样品或远离待测样品。

液动加压模式

再进一步的，第二恒压泵41的第一输出端与第三液压输出管421之间设有第三压力控制传输器411，用于控制施加到第三液压输出管421的液压压力，第二恒压泵41的第二输出端与第四液压输出管441之间设有第四压力控制传输器412，用于控制施加到第四液压输出管441的液压压力，第二恒压泵41上设有用于检测输出压力的第二压力传感器413，第二压力传感器413与计算机60电连接，第二恒压泵41通过第三压力控制传输器411实时控制第三液压输出管421内的压力传递，第二恒压泵41通过第四压力控制传输器412实时控制第四液压输出管441内的压力传递，第二压力传感器413实时检测第二恒压泵41的压力输出，第二压力传感器413将信号实时传输至计算机60内。

蠕变过程中的加压模式

结合图4所示，第三液压缸23与第三液压输出管421的连接处设有第八液压控制阀47，第四液压缸24与第三液压输出管421的连接处设有第七液压控制阀46，进行压力蠕变测试时，当第三液压缸23和第四液压缸24处于稳压状态对待测样品施压后，第七液压控制阀46和第八液压控制阀47为关闭状态，当第三液压缸23一侧的待测样品蠕变导致压力减小时，相应位置的机械引伸计11和激光位移计12检测到该处的活塞杆202移动，然后控制第八液压控制阀47打开，第二恒压泵41向第三液压缸23内加压至指定压力，压力稳定后第八液压控制阀47关闭，当第四液压缸24一侧的待测样品蠕变导致压力减小时，相应位置的机械引伸计11和激光位移计12检测到该处的活塞杆202移动，然后控制第七液压控制阀46打开，第二恒压泵41向第四液压缸24内加压至指定压力，压力稳定后，第七液压控制阀46关闭。

如此，第三液压缸23和第四液压缸24不会同步加压使待测样品向蠕变的一侧推动，所以待测样品位置保持准确，提高测试精度。

进一步的，第三液压缸23与第四液压输出管441的连接处设有第十二液压控制阀49，第四液压缸24与第四液压输出管441的连接处设有第十一液压控制阀48，进行拉力蠕变测试时，当第三液压缸23和第四液压缸24的拉力处于稳状态后，第十一液压控制阀48和第十二液压控制阀49为关闭状态，当第三液压缸23一侧的待测样品蠕变导致拉力减小时，相应位置的机械引伸计11和激光位移计12检测到该处的活塞杆202移动，然后控制第十二液压控制阀49打开，第二恒压泵41向第三液压缸23内加压至指定拉力，拉力稳定后第十二液压控制阀49关闭，当第四液压缸24一侧的待测样品蠕变导致拉力减小时，相应位置的机械引伸计11和激光位移计12检测到该处的活塞杆202移动，然后控制第十一液压控制阀48打开，第二恒压泵41向第四液压缸24内加压至指定拉力，拉力稳定后，第十一液压控制阀48。

如此，第三液压缸23和第四液压缸24不会同步加压使待测样品向蠕变的一侧推动，所以待测样品位置保持准确，提高测试精度。

【双轴蠕变测试方法】

在本实用新型的实施例中，我们将结合上述实施例的双轴蠕变测试装置，更加具体的介绍其针对大型深海耐压结构的各向异性钛合金构件的蠕变测试过程。

S1、待测样品夹持：将待测样品放置在支撑架10的中心位置，然后打开空压机50、第一气体阀33和第一液压控制阀322，空压机50通过第一输气管323向第一储液罐32内注入气体，在气压的作用下，第一储液罐32内部储存的液体介质通过第一液压输出管321同时输送至第一液压缸21、第二液压缸22的第二空腔204内，使得第一液压缸21、第二液压缸22的活塞杆202同步向待测样品一侧运动，直至将待测样品在X向稳定夹持，然后打开第三气体阀43和第五液压控制阀422，空压机50通过第三输气管423向第三储液罐42内部注入气体，在气压作用下，第三储液罐42内部储存的液体介质通过第三液压输出管421同时输送至第三液压缸23、第四液压缸24的第二空腔204内，使得第三液压缸23和第四液压缸24的活塞杆202同步向待测样品一侧运动，直至沿Y向将待测样品稳定夹持，此时，待测样品的X向和Y向均被稳定夹持，然后将待测样品与活塞杆202固定。

其中，在待测样品中心设置应变片阵列。可选的实施例中，应变片以矩形或圆形阵列贴放在待测样品的表面，分析待测样品的整体协调变形，进一步提高测试的准确性。

具体的，通过应变数据测定，准确标定具有各向异性合金的应力偏张量，精确描述在不同应力水平下的金属合金不同方向上的变形协调性。

S2、蠕变测试：待测样品稳定夹持后，进行压力蠕变测试时，关闭第一气体阀33和第三气体阀43，再关闭第一液压控制阀322和第五液压控制阀422，消除空压机50对第一液压输出管321和第三液压输出管421的影响，开启第一恒压泵31，通过第一恒压泵31调节第一液压缸21和第二液压缸22对待测样品X向施加的压力，在达到指定压力并稳定后，使第一液压缸21和第二液压缸22处于稳压状态，开启第二恒压泵41，通过第二恒压泵41调节第三液压缸23和第四液压缸24对待测样品Y向施加的压力，在达到指定压力并稳定后，使第三液压缸23和第四液压缸24处于稳压状态，此时，待测样品受到X向和Y向的双轴压力，测量待测样品在双轴压力作用下的蠕变情况，进行拉力蠕变测试时，关闭第二气体阀35、第二液压控制阀342、第四气体阀45和第六液压控制阀442，消除空压机50对第二液压输出管341和第四液压输出管441的影响，第一液压缸21和第二液压缸22通过第一恒压泵31同步调整拉力，使第一液压缸21和第二液压缸22对待测样品施加的拉力达到指定数值，并稳定拉力，第二液压缸22和第三液压缸23通过第二恒压泵41同步调整拉力，使第二液压缸22和第三液压缸23对待测样品施加的拉力达到指定数值，并稳定拉力，此时，待测样品受到X向和Y向的双轴拉力，测量待测样品在双轴拉力作用下的蠕变情况。

S3、蠕变检测：第一液压缸21、第二液压缸22、第三液压缸23和第四液压缸24的活塞杆202均通过相对应的机械引伸计11和激光位移计12同时检测，机械引伸计11和激光位移计12同时检测活塞杆202的移动距离，并将检测信息传输至计算机60进行对比计算，最终得出待测样品的蠕变数据。

S4、待测样品拆卸：在压力蠕变测试完成后，打开第一液压控制阀322和第五液压控制阀422，再打开第二气体阀35、第二液压控制阀342、第四气体阀45和第六液压控制阀442；最后打开空压机50，空压机50通过第二输气管343向第二储液罐34内注入气体，在气压作用下，第二储液罐34内储存的液体介质经由第二液压输出管341输送至第一液压缸21、第二液压缸22的第一空腔203内，使得第一液压缸21、第二液压缸22的活塞杆202向远离待测样品一侧滑动，第二空腔204内的液体介质经由第一液压输出管321回流至第一储液罐32内，空压机50通过第四输气管443向第四储液罐44内注入气体，在气压作用下，第二储液罐34内储存的液体介质经由第四液压输出管441输送至第三液压缸23、第四液压缸24的第一空腔203内，使得第三液压缸23、第四液压缸24的活塞杆202向远离待测样品一侧滑动，第二空腔204内的液体介质经由第三液压输出管421回流至第三储液罐42内，此时，可将待测样品取下，在拉力蠕变测试完成后，直接将待测样品与活塞杆202拆卸。

结合图3所示，上述步骤S1中，第三液压控制阀36和第四液压控制阀37为打开状态，上述步骤S2中，包括压力蠕变测试和拉力蠕变测试：

压力蠕变测试：当第一液压缸21和第二液压缸22压力处于稳定状态后，第三液压控制阀36和第四液压控制阀37为关闭状态；

当第一液压缸21一侧的待测样品蠕变导致压力减小时，相应位置的机械引伸计11和激光位移计12检测到该处的活塞杆202移动，计算机60控制第三液压控制阀36打开，第一恒压泵31向第一液压缸21内加压至指定压力，压力稳定后第三液压控制阀36关闭；

当第二液压缸22一侧的待测样品蠕变导致压力减小时，相应位置的机械引伸计11和激光位移计12检测到该处的活塞杆202移动，计算机60控制第四液压控制阀37打开，第一恒压泵31向第二液压缸22内加压至指定压力，压力稳定后，第四液压控制阀37关闭；

拉力蠕变测试：当第一液压缸21和第二液压缸22拉力处于稳定状态后，第九液压控制阀38和第十液压控制阀39为关闭状态，当第一液压缸21一侧的待测样品蠕变导致拉力减小时，相应位置的机械引伸计11和激光位移计12检测到该处的活塞杆202移动，计算机60控制第九液压控制阀38打开，第一恒压泵31向第一液压缸21内加压至指定拉力，拉力稳定后第九液压控制阀38关闭；

当第二液压缸22一侧的待测样品蠕变导致拉力减小时，相应位置的机械引伸计11和激光位移计12检测到该处的活塞杆202移动，然后控制第十液压控制阀39打开，第一恒压泵31向第二液压缸22内加压至指定拉力，拉力稳定后，第十液压控制阀39关闭。

结合图4所示，上述步骤S1中，第七液压控制阀46和第八液压控制阀47为打开状态，上述步骤S2中，包括压力蠕变测试和拉力蠕变测试；

压力蠕变测试：当第三液压缸23和第四液压缸24压力处于稳定状态后，第七液压控制阀46和第八液压控制阀47为关闭状态；

当第三液压缸23一侧的待测样品蠕变导致压力减小时，相应位置的机械引伸计11和激光位移计12检测到该处的活塞杆202移动，计算机60控制第八液压控制阀47打开，第二恒压泵41向第三液压缸23内加压至指定压力，压力稳定后第八液压控制阀47关闭；

当第四液压缸24一侧的待测样品蠕变导致压力减小时，相应位置的机械引伸计11和激光位移计12检测到该处的活塞杆202移动，计算机60控制第七液压控制阀46打开，第二恒压泵41向第四液压缸24内加压至指定压力，压力稳定后，第七液压控制阀46关闭；

拉力蠕变测试：当第三液压缸23和第四液压缸24拉力处于稳定状态后，第十二液压控制阀49和第十一液压控制阀48为关闭状态，当第三液压缸23一侧的待测样品蠕变导致拉力减小时，相应位置的机械引伸计11和激光位移计12检测到该处的活塞杆202移动，计算机60控制第十二液压控制阀49打开，第二恒压泵41向第三液压缸23内加压至指定拉力，拉力稳定后第十二液压控制阀49关闭；

当第四液压缸24一侧的待测样品蠕变导致拉力减小时，相应位置的机械引伸计11和激光位移计12检测到该处的活塞杆202移动，计算机60控制第十一液压控制阀48打开，第二恒压泵41向第四液压缸24内加压至指定拉力，拉力稳定后，第十一液压控制阀48关闭。

结合以上实施例，通过设置两组施压部件20，其中，第一组施压部件20包括的第一液压缸21、第二液压缸22为X向对称布置，第二组施压部件20包括的第三液压缸23、第四液压缸24为Y向对称布置，第一液压缸21、第二液压缸22沿X向对待测样品两侧施加蠕变压力或拉力，第三液压缸23、第四液压缸24沿Y向对待测样品两侧施加蠕变压力或拉力，能够同时进行双轴拉/压蠕变测试，且采用液压系统对待测样品施加拉/压力，拉/压力稳定并且能够长时间施加拉/压力，试验结果更加准确。

同时，实验过程采用机械引伸计11和激光位移计12记录四个方向上的独立应变，并通过在待测样品中心所增设的应变片阵列，分析待测样品的整体协调变形，提高整个蠕变测试的准确性，全面表征大型深海耐压结构的各向异性钛合金构件的各项蠕变状态。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置，其特征在于，包括：

支撑架(10)，定义所述支撑架(10)的宽度方向为X向，所述支撑架(10)的长度方向为Y向；

两组施压部件(20)，第一组施压部件包括第一液压缸(21)和第二液压缸(22)，第二组施压部件包括第三液压缸(23)和第四液压缸(24)；

第一液压控制系统(30)，所述第一液压控制系统(30)控制所述第一液压缸(21)和所述第二液压缸(22)同时动作；

第二液压控制系统(40)，所述第二液压控制系统(40)控制所述第三液压缸(23)和所述第四液压缸(24)同时动作；

空压机(50)，与所述第一液压控制系统(30)和所述第二液压控制系统(40)连接；

恒压泵，与所述第一液压控制系统(30)和所述第二液压控制系统(40)连接；

应变片阵列，贴放在待测样品的表面，用于检测待测样品的区域应变特征；

其中，所述第一液压控制系统(30)和第二液压控制系统(40)均包括气动加压模式和液动加压模式，在气动加压模式中，所述空压机(50)向第一液压控制系统(30)和第二液压控制系统(40)增压，使第一液压缸(21)、第二液压缸(22)、第三液压缸(23)和所述第四液压缸(24)抵触至待测样品表面，在液动加压模式中，所述恒压泵向第一液压控制系统(30)和第二液压控制系统(40)增压，使第一液压缸(21)、第二液压缸(22)、第三液压缸(23)和第四液压缸(24)加载预定压力到待测样品表面；

所述第一液压缸(21)和所述第二液压缸(22)沿X向对称固定在所述支撑架(10)上，所述第三液压缸(23)和所述第四液压缸(24)沿Y向对称固定在所述支撑架(10)上，第一液压缸(21)和第二液压缸(22)用于对待测样品施加X轴方向的蠕变压力，所述第三液压缸(23)和所述第四液压缸(24)用于对待测样品施加Y轴方向的蠕变压力；

第一液压缸(21)轴线与第三液压缸(23)轴线的交点位于所述支撑架(10)的中心位置；

所述支撑架(10)上设有四组检测传感器，分别检测第一液压缸(21)、第二液压缸(22)、第三液压缸(23)和第四液压缸(24)的活塞杆(202)的移动量，所述检测传感器与计算机(60)电连接。

2.根据权利要求1所述的用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置，其特征在于，所述第一液压缸(21)、第二液压缸(22)、第三液压缸(23)和第四液压缸(24)均包括缸体(201)和活塞杆(202)，所述活塞杆(202)的活塞端滑动在所述缸体(201)内，所述缸体(201)的内部设有第一空腔(203)和第二空腔(204)，所述第一空腔(203)和所述第二空腔(204)分别位于所述活塞杆(202)的活塞端两侧；

液压控制系统被设置成可以向所述第一空腔(203)或第二空腔(204)内部泵入液体，使所述活塞杆(202)沿轴线往复运动，以拉伸或挤压待测样品，所述活塞杆(202)远离活塞的一端固定有压头(205)；

所述恒压泵包括第一恒压泵(31)和第二恒压泵(41)。

3.根据权利要求2所述的用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置，其特征在于，所述第一液压控制系统(30)包括第一储液罐(32)、第一气体阀(33)、第二储液罐(34)和第二气体阀(35)，所述第一储液罐(32)的输出端通过第一液压输出管(321)与所述第一液压缸(21)、第二液压缸(22)的所述第二空腔(204)连接，所述第一液压输出管(321)上设有第一液压控制阀(322)；

所述第二储液罐(34)的输出端通过第二液压输出管(341)与所述第一液压缸(21)、所述第二液压缸(22)的所述第一空腔(203)连接，所述第二液压输出管(341)上设有第二液压控制阀(342)；

所述第一恒压泵(31)的第一输出端与所述第一液压输出管(321)连接，所述第一恒压泵(31)的第二输出端与所述第二液压输出管(341)连接；

所述第一储液罐(32)的进气端通过第一输气管(323)与所述空压机(50)的输出端连接，所述第一输气管(323)上设有所述第一气体阀(33)，所述第二储液罐(34)的进气端通过第二输气管(343)与所述空压机(50)的输出端连接，所述第二输气管(343)上设有所述第二气体阀(35)。

4.根据权利要求3所述的用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置，其特征在于，所述第一恒压泵(31)的第一输出端与所述第一液压输出管(321)之间设有第一压力控制传输器(311)，用于控制施加到第一液压输出管(321)的液压压力；

所述第一恒压泵(31)的第二输出端与所述第二液压输出管(341)之间设有第二压力控制传输器(312)，用于控制施加到第二液压输出管(341)的液压压力；

所述第一恒压泵(31)上设有用于检测输出压力的第一压力传感器(313)，所述第一压力传感器(313)与所述计算机(60)电连接。

5.根据权利要求3所述的用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置，其特征在于，所述第一液压缸(21)与所述第一液压输出管(321)的连接处设有第三液压控制阀(36)，用于控制所述第一液压输出管(321)是否与所述第一液压缸(21)连通，所述检测传感器检测到所述第一液压缸(21)产生压缩方向位移时，所述第三液压控制阀(36)打开，使得所述第一液压缸(21)内的压力重新加压至预设压力；

所述第二液压缸(22)与所述第一液压输出管(321)的连接处设有第四液压控制阀(37)，用于控制所述第一液压输出管(321)是否与所述第二液压缸(22)连通，所述检测传感器检测到所述第二液压缸(22)产生压缩方向位移时，所述第四液压控制阀(37)打开，使得所述第二液压缸(22)内的压力重新加压至预设压力；

所述第一液压缸(21)与所述第二液压输出管(341)的连接处设有第九液压控制阀(38)，用于控制所述第二液压输出管(341)是否与所述第一液压缸(21)连通，所述检测传感器检测到所述第一液压缸(21)产生拉伸方向位移时，所述第九液压控制阀(38)打开，使得所述第一液压缸(21)对待测样品施加的拉力重新加压至预设拉力；

所述第二液压缸(22)与所述第二液压输出管(341)的连接处设有第十液压控制阀(39)，用于控制所述第二液压缸(22)是否与所述第二液压输出管(341)连通，所述检测传感器检测到所述第二液压缸(22)产生拉伸方向位移时，所述第十液压控制阀(39)打开，使得所述第二液压缸(22)对待测样品施加的拉力重新加压至预设拉力。

6.根据权利要求2所述的用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置，其特征在于，所述第二液压控制系统(40)包括第三储液罐(42)、第三气体阀(43)、第四储液罐(44)和第四气体阀(45)，所述第三储液罐(42)的输出端通过第三液压输出管(421)与所述第三液压缸(23)、所述第四液压缸(24)的所述第二空腔(204)连接，所述第三液压输出管(421)上设有第五液压控制阀(422)；

所述第四储液罐(44)的输出端通过第四液压输出管(441)与所述第三液压缸(23)、所述第四液压缸(24)的所述第一空腔(203)连接，所述第四液压输出管(441)上设有第六液压控制阀(442)；

所述第二恒压泵(41)的第一输出端与所述第三液压输出管(421)连接，所述第二恒压泵(41)的第二输出端与所述第四液压输出管(441)连接；

所述第三储液罐(42)的进气端通过第三输气管(423)与所述空压机(50)的输出端连接，所述第三输气管(423)上设有所述第三气体阀(43)，所述第四储液罐(44)的进气端通过第四输气管(443)与所述空压机(50)的输出端连接，所述第四输气管(443)上设有所述第四气体阀(45)。

7.根据权利要求6所述的用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置，其特征在于，所述第二恒压泵(41)的第一输出端与所述第三液压输出管(421)之间设有第三压力控制传输器(411)，用于控制施加到所述第三液压输出管(421)的液压压力；

所述第二恒压泵(41)的第二输出端与所述第四液压输出管(441)之间设有第四压力控制传输器(412)，用于控制施加到所述第四液压输出管(441)的液压压力；

所述第二恒压泵(41)上设有用于检测输出压力的第二压力传感器(413)，所述第二压力传感器(413)与所述计算机(60)电连接。

8.根据权利要求6所述的用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置，其特征在于，所述第三液压缸(23)与所述第三液压输出管(421)的连接处设有第八液压控制阀(47)，用于控制所述第三液压输出管(421)是否与所述第三液压缸(23)连通，所述检测传感器检测到所述第三液压缸(23)产生压缩方向位移时，所述第八液压控制阀(47)打开，使所述第三液压缸(23)内的压力重新加压至预设压力；

所述第四液压缸(24)与所述第三液压输出管(421)的连接处设有第七液压控制阀(46)，用于控制所述第三液压输出管(421)是否与所述第四液压缸(24)连通，所述检测传感器检测到所述第四液压缸(24)产生压缩方向位移时，所述第七液压控制阀(46)打开，使所述第四液压缸(24)内的压力重新加压至预设压力；

所述第三液压缸(23)与所述第四液压输出管(441)的连接处设有第十二液压控制阀(49)，用于控制所述第四液压输出管(441)是否与所述第三液压缸(23)连通，所述检测传感器检测到所述第三液压缸(23)产生拉伸方向位移时，所述第十二液压控制阀(49)打开，使所述第三液压缸(23)对待测样品施加的拉力重新加压至预设拉力；

所述第四液压缸(24)与所述第四液压输出管(441)的连接处设有第十一液压控制阀(48)，用于控制所述第四液压输出管(441)是否与所述第四液压缸(24)连通，所述检测传感器检测到所述第四液压缸(24)产生拉伸方向位移时，所述第十一液压控制阀(48)打开，使所述第四液压缸(24)对待测样品施加的拉力重新加压至预设拉力。

9.根据权利要求2所述的用于海洋工程大尺寸钛合金的双轴蠕变测试装置，其特征在于，每组所述检测传感器均包括机械引伸计(11)和激光位移计(12)，所述机械引伸计(11)和所述激光位移计(12)安装在所述支撑架(10)上，并位于所述活塞杆(202)两侧，用于检测所述活塞杆(202)的位移距离。