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原文传递基于时域温度的烧蚀性材料力学性能测试系统及方法

专利名称：	基于时域温度的烧蚀性材料力学性能测试系统及方法
摘要：	本发明公开了基于时域温度的烧蚀性材料力学性能测试系统及方法，包括拉力试验机、拉力传感器、引伸计、石英灯加热装置、温度传感器和主控装置，拉力试验机具有两个夹头；拉力传感器组设于其中一夹头上并用于测量该夹头的拉力；引伸计组设于其中一夹头上并用于测量该夹头相对于另一夹头的位移；石英灯加热装置具有用于收容并加热试验件加热面的加热区域；温度传感器测量试验件加热面和非加热面的温度；主控装置根据加热面温度与预设的加热温度曲线的关系控制石英灯加热装置的加热功率，当加热至预设时间时，控制拉力试验机拉伸试验件至拉断，并根据预设公式计算试验件力学性能。本发明使力学性能测试更加接近实际，提高了测试的精确性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	湖北航天技术研究院总体设计所
发明人：	范开春;朱璇;郭辉荣;程昌
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-31T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910701390.8
公开号：	CN110441162A
代理机构：	武汉智权专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	邱云雷
分类号：	G01N3/18(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	430040湖北省武汉市东西湖区金山大道9号
主权项：	1.一种基于时域温度的烧蚀性材料力学性能测试系统，其特征在于，其包括：拉力试验机(1)，其具有相对设置的两个夹头(10)，两所述夹头(10)用于夹持和拉伸试验件(2)；组设于其中一所述夹头(10)上的拉力传感器，其用于测量该夹头(10)的拉力；组设于其中一所述夹头(10)上的引伸计，其用于当拉伸试验件(2)时测量该夹头(10)相对于另一夹头(10)的位移；石英灯加热装置(3)，其具有一加热区域(30)，所述加热区域(30)用于收容并加热试验件(2)的加热面；温度传感器(4)，其用于测量试验件(2)加热面和非加热面的温度；主控装置(5)，其与所述拉力试验机(1)、拉力传感器、引伸计、石英灯加热装置(3)和温度传感器(4)相连，所述主控装置(5)用于接收测量的加热面温度和非加热面温度、拉力、位移，并根据加热面温度与预设的加热温度曲线的关系控制石英灯加热装置(3)的加热功率，当加热至预设时间时，所述主控装置(5)还用于控制所述拉力试验机(1)拉伸试验件(2)至拉断，并根据预设公式计算试验件(2)的拉伸强度、拉伸模量、线膨胀系数和断裂伸长率。 2.如权利要求1所述的基于时域温度的烧蚀性材料力学性能测试系统，其特征在于，所述预设公式包括：拉伸强度公式：其中，σb为拉伸强度，F为试验件(2)拉断时拉力传感器测量的拉力，S为试验件(2)有效长度段的截面积；拉伸模量公式：其中，E为拉伸模量，ΔF为根据测量的拉力与位移所得到的拉力-位移曲线中线性段拉力的变化量，Δl为根据测量的拉力与位移所得到的拉力-位移曲线中线性段位移的变化量，l为试验件(2)有效长度；线膨胀系数公式：其中，α为线膨胀系数，Fc为拉伸初始时刻拉力传感器测量的拉力，Δt为拉断时温度传感器(4)测量的加热面和非加热面的平均温度与室温的差值；断裂伸长率公式：其中，e为断裂伸长率。 3.如权利要求1所述的基于时域温度的烧蚀性材料力学性能测试系统，其特征在于：所述石英灯加热装置(3)包括石英灯加热器(31)和电源控制柜(32)，所述电源控制柜(32)与所述石英灯加热器(31)及主控装置(5)连接，所述主控装置(5)通过控制所述电源控制柜(32)的输出电压值对石英灯加热器(31)的加热功率进行调整。 4.如权利要求3所述的基于时域温度的烧蚀性材料力学性能测试系统，其特征在于：所述测试系统还包括带有压缩空气的冷却装置，所述主控装置(5)与所述冷却装置相连，并用于控制所述冷却装置对所述石英灯加热器(31)进行冷却。 5.如权利要求4所述的基于时域温度的烧蚀性材料力学性能测试系统，其特征在于：所述冷却装置与所述石英灯加热器(31)之间设有用于阻隔压缩空气接触试验件(2)的透明隔板。 6.如权利要求1所述的基于时域温度的烧蚀性材料力学性能测试系统，其特征在于：所述石英灯加热器(31)包括第一电极(310)、第二电极(311)和若干灯管(312)，所述灯管(312)两端分别设于所述第一电极(310)和第二电极(311)上，且各所述灯管(312)沿所述第一电极(310)的长度方向依次间隔且平行地布置。 7.如权利要求1所述的基于时域温度的烧蚀性材料力学性能测试系统，其特征在于：所述夹头(10)上还设有隔热板(11)。 8.一种烧蚀性材料力学性能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：提供如权利要求1所述的测试系统；将试验件(2)夹持于两所述夹头(10)上；利用所述石英灯加热装置(3)对所述试验件(2)进行加热；利用所述温度传感器(4)实时测量所述试验件(2)的加热面温度和非加热面温度；利用拉力传感器实时测量拉力；所述主控装置(5)获取加热面温度，并根据加热面温度与预设的加热温度曲线的关系控制所述石英灯加热装置(3)的加热功率；当加热至预设时间时，通过所述拉力试验机(1)拉伸试验件(2)至拉断；通过引伸计实时测量拉伸过程中的位移；所述主控装置(5)根据预设公式计算试验件(2)的拉伸强度、拉伸模量、线膨胀系数和断裂伸长率。 9.如权利要求8所述的测试方法，其特征在于，所述预设公式包括拉伸强度公式、拉伸模量公式、线膨胀系数公式和断裂伸长率公式；所述主控装置(5)根据拉伸强度公式计算拉伸强度σb，其中，F为试验件(2)拉断时拉力传感器测量的拉力，S为试验件(2)有效长度段的截面积；所述主控装置(5)根据拉伸模量公式计算拉伸模量E，其中，ΔF为根据测量的拉力与位移所得到的拉力-位移曲线中线性段拉力的变化量，Δl为根据测量的拉力与位移所得到的拉力-位移曲线中线性段位移的变化量，l为试验件(2)有效长度；所述主控装置(5)根据线膨胀系数公式计算线膨胀系数α，其中，Fc为拉伸初始时刻拉力传感器测量的拉力，Δt为拉断时温度传感器(4)测量的加热面和非加热面的平均温度与室温的差值；所述主控装置(5)根据断裂伸长率公式计算断裂伸长率e。 10.如权利要求8所述的测试方法，其特征在于，根据加热面温度与预设的加热温度曲线的关系控制所述石英灯加热装置(3)的加热功率，具体包括如下步骤：判断获取的加热面温度T与预设的加热温度曲线上相同加热时刻的加热面温度T0的大小；若T＝T0，则不调整所述石英灯加热装置(3)的加热功率；若T＞T0，则减小所述石英灯加热装置(3)的加热功率；若T＜T0，则增大所述石英灯加热装置(3)的加热功率。
所属类别：	发明专利