測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置的製造方法
2023-09-16 15:07:15
測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置的製造方法
【專利摘要】本實用新型一種測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置，包括底座，底座上部設置有框架，框架上部設置有蓋板，第一、第二絲槓一端與蓋板連接，另一端與底座連接，第一、第二絲槓上設置有第一連接板，上卡盤固接於第一連接板，下卡盤固接於底座，下卡盤上裝夾有第二連接柱，第二連接柱上端設置有支撐板，支撐板上架設有待測試樣，溫度控制箱圍設在待測試樣外側，溫度控制箱內安裝有紅外線應力應變測量儀；上卡盤上裝夾第一連接柱，第一連接柱下端的冂型連接件夾持於待測試樣，待測試樣內部設置有密封結構。通過位移傳感器讀取直管道對應位置的位移數據，進而得到直管道在循環載荷作用下的力學響應參數，獲得材料高溫棘輪效應數據。
【專利說明】
測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置
技術領域
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[0001]本實用新型涉及材料力學測試技術領域，具體涉及一種測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置。
【背景技術】
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[0002]在現代工業中，許多工程結構諸如航空發動機、航天飛行器、核反應堆等均在複雜荷載與複雜環境下工作，許多構件都處在高溫、高壓及反覆受載的狀態中。由於其中一些承載構件的意外破壞可能會產生災難性的後果，因此對這些構件的安全性要求越來越高，因而使得預測這類系統可靠性、安全性和壽命成為國內外學者研究的熱點之一。然而對部件進行壽命預測和安全性評估的前提是獲得能精確描述材料變形行為的本構方程，目前對於材料在常溫下的循環本構模型和棘輪行為預測的研究已取得了較大進展，但要準確預測材料在高溫下的棘輪效應仍然是一個很大的挑戰。
[0003]材料的高溫棘輪效應是指材料在高溫狀態下受到應力(平均應力為非零值)控制循環載荷作用而產生塑性應變累積的現象，因而研究材料在高溫下的棘輪行為，正確預測其高溫下的力學響應，可有效防止結構疲勞失效，減免諸多不必要的損失。現階段國內對材料高溫棘輪效應的研究主要是通過常溫試驗結合有限元分析來模擬材料高溫下的棘輪效應，但由於高溫循環硬化本構模型理論發展的不成熟，使得有限元分析軟體的模擬結果往往與實際有較大偏差，難以準確獲得材料高溫棘輪效應的數據，不能為材料在高溫狀態下循環硬化本構模型的研究提供數據基礎，從而使材料高溫棘輪效應的研究陷入困境。
[0004]因此，有必要研究一種更適用的測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置及試驗方法，以解決上述問題。
【實用新型內容】:
[0005]本實用新型的目的是提供一種測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置，可直接測定高溫內壓直管道在循環載荷作用下的力學響應參數，進而準確獲得材料高溫棘輪效應數據。
[0006]為實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案:
[0007]本實用新型提供的一種測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置，包括底座，底座上部設置有框架，框架上部設置有蓋板，第一絲槓和第二絲槓一端與蓋板連接，另一端與底座連接，所述第一絲槓和第二絲槓上設置有第一連接板，上卡盤固接於所述第一連接板，與所述上卡盤對應的下卡盤的下部固接於所述底座;所述下卡盤上裝夾有第二連接柱，第二連接柱上端設置有支撐板，支撐板上設置有兩支承座，兩支承座之間架設有待測試樣，所述支撐板上還設置有溫度控制箱，所述溫度控制箱圍設在待測試樣外側，所述溫度控制箱內安裝有紅外線應力應變測量儀;所述上卡盤上裝夾有第一連接柱，第一連接柱下端固接門型連接件，所述門型連接件兩開口端均夾持於待測試樣，所述待測試樣內部設置有密封結構，所述密封結構包括:密封頭，所述密封頭分別設置在待測試樣兩端部，密封頭朝向彼此的一端分別設置有連接件，兩個連接件之間固接有連接杆，密封頭的另一端設置有緊固件，所述緊固件的外緣與待測試樣的外緣重合，密封頭上開設第一通孔，用以向待測試樣內填充液壓油。
[0008]所述連接件由兩連接瓦片扣合而成，兩連接瓦片遠離密封頭的一端之間設置有第二連接板，連接瓦片的兩端分別朝向彼此設置有第一凸臺和第二凸臺，所述第一凸臺卡接於密封頭上開設的凹槽內，所述第二凸臺位於第二連接板遠離密封頭的一側，用以擋止所述第二連接板，所述連接杆端部穿過所述第二連接板，並在連接杆端部設置螺母，用以對連接杆進行固定。
[0009]所述門型連接件包括第三連接板，第三連接板下方設置有兩個第三連接柱，所述第三連接柱的下端均夾持於所述待測試樣，所述第三連接柱下部插設在所述溫度控制箱中。
[0010]所述溫度控制箱由第一箱體和第二箱體扣合而成，所述第一箱體包括第一殼體，在所述第一箱體的上側壁和下側壁上設置有凹槽，其左側壁和右側壁上設置有半圓形通孔，所述第二箱體包括第二殼體，在所述第二箱體的上側壁和下側壁上設置有第三凸臺，其左側壁和右側壁上設置有半圓形通孔，所述第一箱體和第二箱體通過相配合的凹槽和第三凸臺扣合為一體，所述待測試樣穿過相配合的兩半圓形通孔形成的通道插設在所述溫度控制箱中，所述第三凸臺上設置有多個第二通孔，在第二通孔靠近第二箱體內腔的一端設置有高溫玻璃，在第二通孔內安裝有紅外線應力應變測量儀，在所述第一殼體和第二殼體的相扣合面上均嵌有柔性石墨層，第一殼體和第二殼體內部均填充有保溫加熱材料。
[0011]所述密封頭與待測試樣之間設置有密封環。
[0012]所述第一通孔為階梯孔，階梯孔遠離連接杆一端為大孔，所述大孔內壁設置有螺紋，用於螺紋連接液壓油輸送管道。
[0013 ]所述框架內壁設有滑道，所述第一連接板沿所述滑道滑動。
[0014]所述緊固件與密封頭之間還設置有墊片，所述墊片的外緣與所述待測試樣的外緣重合。
[0015]所述緊固件為螺釘或者銷釘。
[0016]本實用新型測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置的有益效果:通過紅外線應力應變測量儀讀取高溫內壓直管道對應位置的應變數據，進而得到直管道在循環載荷作用下的力學響應參數，獲得材料高溫棘輪效應數據，通過設置的密封結構及溫度控制箱使得裝置可以準確測定在不同壓力和溫度情況下直管道棘輪效應數據，且直管道內部受力通過密封結構的連接杆平衡，使得裝置更加穩定，溫度控制箱上設置的柔性石墨層，可以在溫度變化時，防止殼體產生塑性變形而造成損傷。
【附圖說明】
:
[0017]圖1為測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置的結構示意圖；
[0018]圖2為密封結構的結構示意圖；
[0019]圖3為支撐板的結構示意圖；
[0020]圖4為圍設有溫度控制箱的支撐板的結構示意圖；
[0021 ]圖5為保溫箱第一箱體的結構示意圖；
[0022]圖6為保溫箱第二箱體的結構示意圖；
[0023]1-底座，2-框架，3-蓋板，4-第一絲槓，5-第二絲槓，6_第一連接板，7_滑道，8_上卡盤，9-第一連接柱，10-門型連接件，11-下卡盤，12-第二連接柱，13-支撐板，14-支承座，15-待測試樣，17-溫度控制箱，18-密封頭，19-密封環，20-連接瓦片，21-第一凸臺，22-第二凸臺，23-第二連接板，24-連接杆，25-螺母，26-第一通孔，27-大孔，28-第三連接板，29-第三連接柱，30-第一箱體，31-第一殼體，32-凹槽，33-半圓形通孔，34-第二箱體，35-第二殼體，36-第三凸臺，37-第二通孔，38-螺釘，39-墊片。
【具體實施方式】
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[0024]下面結合實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0025]根據圖1所示，一種測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置，包括底座I，底座I上部設置有框架2，框架2上部設置有蓋板3，第一絲槓4和第二絲槓5—端與蓋板3連接，另一端與底座I連接，所述第一絲槓4和第二絲槓5上設置有第一連接板6，所述框架2內壁設有滑道7，第一連接板6的兩端嵌裝在滑道7內，使得第一連接板6沿所述滑道7滑動，上卡盤8固接於所述第一連接板6，上卡盤8在第一連接板6的帶動下上下移動，與所述上卡盤8對應的下卡盤11的下部固接於所述底座I，相對於底座I保持不動;所述下卡盤11上裝夾有第二連接柱12，第二連接柱12上端設置有支撐板13，如圖3和圖4所示，支撐板13上設置有兩支承座14，兩支承座14之間架設有待測試樣15，所述待測試樣15為標準試樣，所述支撐板13上還設置有溫度控制箱17，所述溫度控制箱17圍設在待測試樣15外側，所述溫度控制箱17內安裝有紅外線應力應變測量儀;所述上卡盤8上裝夾有第一連接柱9，第一連接柱9下端固接門型連接件10，所述門型連接件10兩開口端均夾持於待測試樣15，在本實施例中，所述門型連接件10包括第三連接板28，第三連接板28下方設置有兩個第三連接柱29，所述第三連接柱29的下端均夾持於所述待測試樣15，所述第三連接柱19下部插設在所述溫度控制箱17中，第一連接柱9在上卡盤8的的帶動下上下移動，從而通過門型連接件10對待測試樣15施加循環載荷，所述待測試樣15內部設置有密封結構，用以保證待測試樣內部具有良好的密封性，在試驗過程中，使得待測試樣內部流過壓力恆定的液壓油。
[0026]如圖2所示，所述密封結構包括:密封頭18，所述密封頭18分別設置在待測試樣15兩端部，密封頭18與待測試樣15之間設置有密封環19，密封頭18朝向彼此的一端分別設置有連接件，兩個連接件之間固接有連接杆24，連接件由兩連接瓦片20扣合而成，兩連接瓦片20遠離密封頭18的一端之間設置有第二連接板23，連接瓦片20的兩端分別朝向彼此設置有第一凸臺21和第二凸臺22，所述第一凸臺21卡接於密封頭18上開設的凹槽內，所述第二凸臺22位於第二連接板23遠離密封頭18的一側，用以擋止所述第二連接板23，所述連接杆24端部穿過所述第二連接板23，並在連接杆24端部設置螺母25，用以對連接杆24進行固定，在其他實施例中，也可以直接將連接杆24端部焊接或者螺紋連接固定於所述第二連接板23上，在密封頭18的另一端設置有緊固件，所述緊固件的外緣與待測試樣的外緣重合，在本實施例中，緊固件為螺釘38，且在螺釘38和密封頭之間還設置有墊片39，且墊片39的外緣與所述待測試樣15的外緣重合，在密封頭18上開設第一通孔26，用以向待測試樣15內填充液壓油，在本實施例中，第一通孔26為階梯孔，階梯孔遠離連接杆一端為大孔27，所述大孔27內壁設置有螺紋，用於螺紋連接液壓油輸送管道。
[0027]如圖5和圖6所示，所述溫度控制箱17由第一箱體30和第二箱體34扣合而成，形成封閉式結構，第一箱體30和第二箱體34通過搭扣進行鎖緊，使得保溫箱拆裝方便，搭扣本身採用無鹼玻璃纖維材料製成，具有極強的張力，輕易不會被折斷，且其還具有耐硫化、無煙無毒、絕緣性好等優點，若在其成分中添加矽膠成分，更能夠加強其安全環保的性能，所述第一箱體30包括第一殼體31，在所述第一箱體30的上側壁和下側壁上設置有凹槽32，其左側壁和右側壁上設置有半圓形通孔33，所述第二箱體34包括第二殼體35，在所述第二箱體34的上側壁和下側壁上設置有第三凸臺36，其左側壁和右側壁上設置有半圓形通孔33，所述第一箱體30和第二箱體34通過相配合的凹槽32和第三凸臺36扣合為一體，所述待測試樣15穿過相配合的兩半圓形通孔33形成的通道插設在所述溫度控制箱17中，所述第三凸臺36上設置有多個第二通孔37，在第二通孔37靠近第二箱體34內腔的一端設置有高溫玻璃(未圖示)，在第二通孔37內安裝有紅外線應力應變測量儀，在所述第一殼體31和第二殼體35的相扣合面上均嵌有柔性石墨層，防止溫度變化時，殼體產生塑性變形而造成損傷，柔性石墨是由天然鱗狀的高碳石墨，經過特殊化學和物理處理後，加工精製而成的純石墨製品，完整地保持著天然鱗狀石墨的優良特性外，更主要的具備柔軟性、回彈性、耐腐蝕、耐高壓、耐輻射、導熱等優良特性，第一殼體31和第二殼體35內部均填充有保溫加熱材料，用以達到升溫、調溫和控溫的目的，該材料是由低硫膨脹石墨線編織而成，內襯棉紗線以增強強度，有極低的磨擦係數，不會磨損慄軸和閥杆，且具有良好的導熱性，耐化學腐蝕性能及很高的回彈性，適用於水、海水等各類溶劑，可在-200?600°C溫度下使用，限制壓力為20MPa。
[0028]結合【附圖說明】本實用新型測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置對直管道進行測定的一次具體試驗過程:
[0029]將裝置與液壓系統連通，所述液壓系統包括液壓慄和油箱，具體地說，將液壓慄通過輸油管與密封結構一端的密封頭18上的大孔27連通，且在密封頭18端部的輸油管上安裝有壓力表一，將油箱通過透明洩油管與密封結構另一端的密封頭18上的大孔27連通，在密封頭18端部的透明洩油管上安裝有壓力表二，所述輸油管和透明洩油管均與對應大孔螺紋連接，使得連接更加穩定，液壓慄和油箱之間通過管道連通，管道上設置有液壓閥，通過輸油管向密封結構中通入液壓油，直至排空待測試樣15內部的空氣，即連續5分鐘在透明洩油管中觀察不到氣泡，既判定已經排空待測試樣15內部的空氣，繼續對向密封結構中通入液壓油，使待測試件內部達到預定壓力，壓力值通過壓力表一和壓力表二讀數的平均值得到，將溫度控制箱孔中安裝的紅外線應力應變測量儀通過引線連接至電腦，在輸油管和透明洩油管之間設置有液壓慄和油箱，油箱中液壓油通過液壓慄給入輸油管，進而通入密封結構中，由透明洩油管回流至油箱中，通過調節液壓閥的開度，改變輸油管內液壓油的流量，進而調節測試件內部壓力大小；
[0030]啟動溫度控制箱17，通過溫度控制箱17的殼體內部填充的保溫加熱材料，使溫度上升到預定溫度，並保持穩定，溫度值可通過安裝在溫度控制箱17上的溫度傳感器讀取得到；
[0031]啟動第一、第二絲槓外接的電機，驅動第一、第二絲槓轉動，帶動第一連接板6在第一、第二絲槓移動，進而帶動上卡盤8移動，第一連接柱9在上卡盤8的帶動下上下移動，從而通過門型連接件10對待測試樣15施加循環彎矩載荷，然後通過紅外線應力應變測量儀讀取待測試樣15對應位置的應變數據，並將數據傳輸至電腦，得到待測試樣15內部各點的應變情況；
[0032]所述紅外線應力應變測量儀主要包括兩個部分，一部分發射偏振光，另一個部分則是採集材料上面所產生的幹涉條紋，然後利用光彈性法測得待測試樣對應位置的應變數據，所述的光彈性法是利用材料的雙折射效應進行應力應變測試，如環氧樹脂之類的各向同性的非晶體材料，在自然狀態下不會產生雙折射現象，但當其受到載荷作用而產生應力時，就會如晶體一樣表現出光學各向異性，產生雙折射現象，而卸載後，材料又恢復光學各向同性。這就是所謂的暫時雙折射效應，具體地說，在本實施例中，是將待測試樣15的表面上，與紅外應力應變測量儀所測量的對應位置，採用光貼片處理，啟動溫度控制箱17後，在循環載荷的作用下，將產生幹涉的條紋，紅外應力應變測量儀採集條紋就可以分析得到該位置的應力應變；
[0033]關閉電機，關閉溫度控制箱17，當溫度降低到室溫後，停止向密封結構通入液壓油，完成整個實驗。
[0034]最後應該說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本實用新型的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本實用新型精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本權利要求範圍當中。
【主權項】
1.一種測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置，其特徵在於，包括:底座，底座上部設置有框架，框架上部設置有蓋板，第一絲槓和第二絲槓一端與蓋板連接，另一端與底座連接，所述第一絲槓和第二絲槓上設置有第一連接板，上卡盤固接於所述第一連接板，與所述上卡盤對應的下卡盤的下部固接於所述底座;所述下卡盤上裝夾有第二連接柱，第二連接柱上端設置有支撐板，支撐板上設置有兩支承座，兩支承座之間架設有待測試樣，所述支撐板上還設置有溫度控制箱，所述溫度控制箱圍設在待測試樣外側，所述溫度控制箱內安裝有紅外線應力應變測量儀;所述上卡盤上裝夾有第一連接柱，第一連接柱下端固接門型連接件，所述門型連接件兩開口端均夾持於待測試樣，所述待測試樣內部設置有密封結構，所述密封結構包括:密封頭，所述密封頭分別設置在待測試樣兩端部，密封頭朝向彼此的一端分別設置有連接件，兩個連接件之間固接有連接杆，密封頭的另一端設置有緊固件，所述緊固件的外緣與待測試樣的外緣重合，密封頭上開設第一通孔，用以向待測試樣內填充液壓油。2.根據權利要求1所述的測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置，其特徵在於:所述連接件由兩連接瓦片扣合而成，兩連接瓦片遠離密封頭的一端之間設置有第二連接板，連接瓦片的兩端分別朝向彼此設置有第一凸臺和第二凸臺，所述第一凸臺卡接於密封頭上開設的凹槽內，所述第二凸臺位於第二連接板遠離密封頭的一側，用以擋止所述第二連接板，所述連接杆端部穿過所述第二連接板，並在連接杆端部設置螺母，用以對連接杆進行固定。3.根據權利要求1所述的測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置，其特徵在於:所述門型連接件包括第三連接板，第三連接板下方設置有兩個第三連接柱，所述第三連接柱的下端均夾持於所述待測試樣，所述第三連接柱下部插設在所述溫度控制箱中。4.根據權利要求1所述的測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置，其特徵在於:所述溫度控制箱由第一箱體和第二箱體扣合而成，所述第一箱體包括第一殼體，在所述第一箱體的上側壁和下側壁上設置有凹槽，其左側壁和右側壁上設置有半圓形通孔，所述第二箱體包括第二殼體，在所述第二箱體的上側壁和下側壁上設置有第三凸臺，其左側壁和右側壁上設置有半圓形通孔，所述第一箱體和第二箱體通過相配合的凹槽和第三凸臺扣合為一體，所述待測試樣穿過相配合的兩半圓形通孔形成的通道插設在所述溫度控制箱中，所述第三凸臺上設置有多個第二通孔，在第二通孔靠近第二箱體內腔的一端設置有高溫玻璃，在第二通孔內安裝有紅外線應力應變測量儀，在所述第一殼體和第二殼體的相扣合面上均嵌有柔性石墨層，第一殼體和第二殼體內部均填充有保溫加熱材料。5.根據權利要求1所述的測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置，其特徵在於:所述密封頭與待測試樣之間設置有密封環。6.根據權利要求1所述的測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置，其特徵在於:所述第一通孔為階梯孔，階梯孔遠離連接杆一端為大孔，所述大孔內壁設置有螺紋，用於螺紋連接液壓油輸送管道。7.根據權利要求1所述的測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置，其特徵在於:所述框架內壁設有滑道，所述第一連接板沿所述滑道滑動。8.根據權利要求1所述的測定高溫高壓下直管道棘輪效應的試驗裝置，其特徵在於:所述緊固件為螺釘或者銷釘，且在所述緊固件與密封頭之間還設置有墊片，所述墊片的外緣 與所述待測試樣的外緣重合。
【文檔編號】G01N3/06GK205691445SQ201620609221
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月20日 公開號201620609221.3, CN 201620609221, CN 205691445 U, CN 205691445U, CN-U-205691445, CN201620609221, CN201620609221.3, CN205691445 U, CN205691445U
【發明人】陳小輝, 王二濤, 趙二娟, 趙利, 王澤宇, 賈孝玉
【申請人】東北大學