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原文传递超高温高频材料力学性能测试仪器及方法

专利名称：	超高温高频材料力学性能测试仪器及方法
摘要：	本发明涉及一种超高温高频材料力学性能测试仪器及方法，属于精密仪器测试领域。预拉伸加载模块由铅直方向两个伺服电机驱动，实现十字形试件铅直方向拉伸预荷载的加载；高频疲劳加载模块基于超声疲劳实验原理，实现试件的高频疲劳材料力学性能测试；拉伸/压缩加载模块由两个水平放置的电动作动缸驱动，实现十字形试拉伸/压缩复杂载荷的加载；超高温加载模块配备了低中频感应对开式加热炉，实现试件测试区域的超高温局部加载，最高加载温度可达1600℃。优点在于：在对试件进行拉伸/压缩测试的同时，增设了高频疲劳测试以及超高温加载环境，使材料的拉伸/压缩测试与高频疲劳测试更加接近真实服役环境，提高了测试结果的可靠性和准确性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	吉林大学
发明人：	张建海;赵宏伟;陈俊先;孟凡越;孙书博;万杰;秦学志;万文斗;袁堂虎
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-15T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201910400956.3
公开号：	CN110044722A
代理机构：	吉林长春新纪元专利代理有限责任公司
代理人：	王怡敏
分类号：	G01N3/18(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	130000 吉林省长春市前进大街2699号
主权项：	1.超高温高频材料力学性能测试仪器，其特征在于：包括拉伸/压缩加载模块（1）、高频疲劳加载模块（7）、预拉伸加载模块（5）、超高温加载模块及机架（6），所述机架（6）的机架支撑腿Ⅰ~Ⅳ通过螺钉紧固在隔震台上；所述拉伸/压缩加载模块（1）通过电动缸（101）的法兰、法兰连接架（2）与机架（6）的机架支撑块Ⅰ（603）螺纹固定连接，拉伸/压缩加载模块（1）水平对称布置实现复杂荷载的加载；预拉伸加载模块（5）通过伺服电机（501）的法兰、法兰连接板（502）、导向支撑块（4）与机架（6）的机架支撑块Ⅱ（608）螺纹固定连接，实现试件预拉伸的加载；所述高频疲劳加载模块（7）通过超声连接器（702）的法兰、波纹管（304）螺纹固定在超高温加载模块的加热炉炉体（302）上，实现高频材料的超声疲劳加载；加热炉炉体（302）通过波纹管与拉伸/压缩加载模块（1）、预拉伸加载模块（5）螺纹连接，并固定在机架（6）上；炉体支撑块（306）安装于加热炉体（302）中下部；抽真空系统与对开式中频感应加热炉（3）上的真空泵接口（307）螺纹连接，实现在真空、惰性气体或局部氧化的氛围中对试件进行超高温加载。 2.根据权利要求1所述的超高温高频材料力学性能测试仪器，其特征在于：所述的预拉伸加载模块（5）是：伺服电机（501）的法兰、法兰连接板（502）与导向支撑块（4）螺纹连接，所述导向支撑块（4）与机架支撑块Ⅱ（608）螺纹连接将伺服电机固定于机架（6）；伺服电机（501）输出轴通过联轴器与滚珠丝杠（503）连接，丝杠螺母（504）安装于滚珠丝杠（503）上，丝杠螺母（504）、螺母固定块（505）、连接板Ⅰ（506）、拉压力传感器（510）、连接板Ⅱ（507）依序通过螺纹连接；导向杆（511）通过螺栓连接贯穿导向支撑块（4）、连接板Ⅱ（507）和导向支撑块（4）的盲孔；连接板Ⅱ（507）、预拉伸加载杆（509）固定在预拉伸连接块（508）上，实现十字形试件（9）的预拉伸加载。 3.根据权利要求1所述的超高温高频材料力学性能测试仪器，其特征在于：所述的拉伸/压缩加载模块（1）是：电动缸（101）通过法兰连接架（2）固定在机架（6）上，电动缸输出轴（101）、连接轴（102）、拉压力传感器（103）依次通过螺纹连接，隔热板（104）安装在力传感器（103）与过渡轴Ⅰ（105）之间，所述过渡轴Ⅰ（105）与过渡轴Ⅱ（106）通过法兰螺纹连接，过渡轴Ⅱ（106）里有进水管接头（108）和出水管接头（107），进水管接头（108）和出水管接头（107）贯穿于过渡轴Ⅲ（109），并与高温夹具体（110）对应的孔位相通，过渡轴Ⅱ（106）、过渡轴Ⅲ（109）与高温夹具体（110）通过螺纹连接，高温夹具体（110）上涂覆夹具隔热层（111），拉伸/压缩加载模块（1）水平对称布置安装在机架的机架支撑块Ⅰ（603）上，从而实现对试件进行拉-拉、拉-压复杂荷载的加载。 4.根据权利要求1所述的超高温高频材料力学性能测试仪器，其特征在于：所述的高频疲劳加载模块（7）包括依次螺纹连接的超声换能器（704）、超声发生器（703）、超声连接器（702）、变幅杆（701），超声连接器（702）上的法兰与波纹管（304）螺纹连接并固定于加热炉炉体（302）上，变幅杆（701）端部的凸台与十字形试件（9）螺纹连接。 5.根据权利要求1所述的超高温高频材料力学性能测试仪器，其特征在于：所述的超高温环境加载模块包括对开式中频感应加热炉（3）、中频感应加热装置（8）两部分，加热炉后盖（301）采用低频加热电源利用加热，加热炉前盖（305）采用高频加热电源加热，感应加热电源的中频、高频交流电流通过立条（801）传入感应线圈（805）中对石墨体进行加热，中频感应加热装置（8）通过加热炉支撑体（802）螺纹安装在加热炉前盖（301）和加热炉后盖（305）的内壁上，感应线圈（805）安装于保温石墨毡Ⅱ（809）中，保温石墨毡Ⅱ（809）、石墨加热体（806）、保温石墨毡Ⅰ（808）依次装配到加热体支撑套（804）中，在加热体支撑套（804）内有耐高温卡紧件（807），加热体支撑套（804）通过加热炉支撑体（802）的挡销（803）和耐高温卡紧件（807）紧密的装配在一起，外部抽真空系统通过真空泵接口（307）对密封腔进行真空环境的营造，对感应线圈（805）通电从而对石墨加热体（806）加热，石墨加热体（806）通过热传导对标距区的十字形试件加热到测试温度，保温石墨毡Ⅱ（809）和保温石墨毡Ⅰ（808）对石墨加热体（806）保温，在真空、惰性气体或局部氧化的氛围下实现十字形试件（9）超高温加载，其中超高温的局部氧化温度最高为1600℃。 6.根据权利要求1所述的超高温高频材料力学性能测试仪器，其特征在于：所述的机架（6）由机架支撑腿Ⅰ~Ⅳ（604、605、606、607）、机架前支撑板（602）、机架支撑块Ⅰ~Ⅳ（603、608、611、614）、机架连接架Ⅰ~Ⅳ（609、610、613、612）及机架后支撑板（601）组成，机架前支撑板（602）与机架后支撑板（601）通过机架支撑块Ⅰ~Ⅳ（603、608、611、614）和机架连接架Ⅰ~Ⅳ（609、610、613、612）通过螺钉组装在一起，构成仪器的主体框架。 7.一种利用权利要求1-6任一项所述的超高温高频材料力学性能测试仪器实现的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、对十字形试件（9）进行装夹，利用快速拧紧机构（303）拧紧加热炉前盖（305）和加热炉后盖（301）；步骤2、启动设备，首先对加热炉炉体（302）密封腔进行真空处理，待真空度达到要求后向中频感应加热装置（8）中通入中频电流实现对石墨加热体（806）的加热，通过双比色测温仪检测十字形试件（9）的温度，待标距区的测试温度达到预设温度时，保持温度；同时，控制拉伸/压缩加载模块（1）的电动缸（101），对十字形试件（9）进行拉伸/压缩试验，收集传感器数据并实时处理，获得十字形试件（9）的材料在预设温度下的拉伸/压缩性能曲线。 8.一种利用权利要求1-6任一项所述的超高温高频材料力学性能测试仪器实现的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、对十字形试件（9）进行装夹，利用快速拧紧机构（303）拧紧加热炉前盖（305）和加热炉后盖（301）；步骤2、启动设备，首先对加热炉炉体（302）密封腔进行真空处理，待真空度达到要求后向中频感应加热装置（8）中通入中频电流实现对石墨加热体（806）的加热，通过双比色测温仪检测十字形试件（9）的温度，待标距区的测试温度达到预设温度时，控制预拉伸加载模块（5）对十字形试件（9）进行预拉伸，通过拉伸/压缩加载模块（1）保持十字形试件（9）水平方向拉伸，启动高频疲劳加载模块（7）并控制疲劳加载的频率为20kHz，对十字形试件（9）进行高频疲劳测试，利用数字散斑技术通过加热炉前盖（305）的透视窗对测试过程进行实时观测，完成十字形试件（9）在最高为1600℃的疲劳测试。
所属类别：	发明专利