4.2～300k溫區的疲勞性能測試裝置的製作方法

2023-05-28 12:24:51 1

專利名稱：4.2～300k溫區的疲勞性能測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及測量裝置，尤其涉及一種適用於低溫環境(4. 2 300K)下的疲勞性能測試裝置。
背景技術：
隨著我國氫能源、核聚變能、航空航天、應用超導、氣體工業以及一些大科學工程等領域的發展，涉及到低溫工程的項目越來越多。因此對低溫材料的需求越來越大，對低溫材料的性能數據要求越來越全面。材料在低溫環境下工作，其低溫物理性能通常不同於常溫性能。其中，疲勞力學性能是工程中材料或工件的一個重要性能指標。工件在變動載荷和應變長期作用下，內部將產生交變應力，在交變應力下，工件即使承受應力值低於材料的屈服強度，經一定的循環周次後材料仍可能斷裂，這種現象稱之為疲勞。在工程中許多機件和構件服役時都承受變動載荷，如曲軸、連杆、齒輪、輥子等，它們的失效形式主要是疲勞斷裂。據統計，在斷裂失效中疲勞失效約佔80%以上。為防止工件和結構的疲勞失效，有關材料疲勞性能的科學研究已成為材料科學領域中的一個重要組成部份。在低溫工程中，許多材料或工件在實際工作中經常受到低溫環境中的周期性循環載荷的作用而發生疲勞失效，從而影響器件的使用壽命及服役可靠性。如超導磁體的鎧甲材料，超導磁體緣絕端子，制冷機傳動裝置等。材料或工件在低溫環境中的疲勞性能數據是低溫工程項目實施時不可缺少的參考數據。目前材料或工件室溫或高溫環境下的疲勞性能研究已較為廣泛和深入，並且用於室溫或高溫環境下材料或工件疲勞性能測量的各種各樣設備不斷湧現。但是，目前研究開發的疲勞性能測量設備只能進行室溫或高溫環境下的材料或工件的疲勞性能測量，缺陷在於不能進行低溫環境下疲勞性能數據測量。因此，開發一種適用於低溫環境(4. 2 300K)下疲勞性能數據測量系統具有非常重要的理論研究意義和實際應用價值。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種能夠進行材料或工件低溫環境(4.2 300K/-269 27°C )的疲勞性能數據測試裝置。本發明的目的是通過以下技術方案實現的根據本發明，提供一種4. 2 300K溫區的疲勞性能測試裝置，包括電液伺服疲勞試驗機⑴、力學支撐架⑵、輸液管⑶、液體容器⑷、溫控器(6)、真空杜瓦(7)和液體蒸發器(8)，其中，所述力學支撐架(2)用於裝配待測樣品(5)，其與電液伺服疲勞試驗機⑴剛性相連並可上下移動，用於傳遞來自電液伺服疲勞試驗機(I)的作用力至待測樣品(5)；所述真空杜瓦(7)設置在力學支撐架(2)的下方，用於密封力學支撐架(2)並使之與外界絕熱；
所述液體容器(4)提供冷卻液體，該冷卻液體通過所述輸液管(3)輸送到真空杜瓦(7)內；所述液體蒸發器(8)設置在所述真空杜瓦(7)內，用於蒸發所述冷卻液體；所述溫控器(6)設置在所述真空杜瓦(7)內，用於監測待測樣品(5)周圍的環境溫度。在上述技術方案中，所述電液伺服疲勞試驗機(I)具有力學傳感器和位移傳感器，並為待測樣品提供力學動力源。在上述技術方案中，所述力學支撐架(2)將待測樣品(5)的力學信號和位移信號傳遞給電液伺服疲勞試驗機(I)的力學傳感器和位移傳感器。 在上述技術方案中，在測試時所述真空杜瓦(7)密封力學支撐架(2)、溫控器(6)、液體蒸發器(8)並為它們提供絕熱保溫環境。在上述技術方案中，所述輸液管(3)為真空絕熱的管道，一端與真空杜瓦(7)連通，另一端與液體容器(4)連通。在上述技術方案中，所述液體蒸發器(8)為加熱元件，在所述測試裝置進行測試時，加熱元件浸泡在冷卻液體中。在上述技術方案中，所述力學支撐架(2)具有用於夾持待測樣品(5)的夾具，該夾具能安裝拉壓疲勞、拉伸疲勞、壓縮疲勞、彎曲疲勞或斷裂力學的待測樣品。在上述技術方案中，所述液體蒸發器(8)由外部計算機控制其蒸發速度。在上述技術方案中，所述溫控器(6)為環形的，環繞在待測樣品(5)周圍。與現有技術相比，本發明測試裝置的優點在於不僅可以進行最低溫度達到4. 2K/_269°C的疲勞性能數據測試，而且通過低溫液體(液氮)與低溫溫控系統配合使用能夠實現4.2 300K/-269 27°C溫區內任意溫度點的疲勞性能數據測試，且溫控準確，結構簡單、可靠性高、工作壽命長、效率高。


以下，結合附圖來詳細說明本發明的實施例，其中圖I是本發明優選實施例的低溫疲勞性能測量裝置處於測試狀態的結構示意圖；圖2是本發明優選實施例的低溫疲勞性能測量裝置處於未測試時的結構示意圖。附圖標記一覽表I、電液伺服疲勞試驗機；2、低溫力學支撐架；3、低溫液體輸液管；4、低溫液體容器；5、待測樣品；6、溫控器；7、低溫真空杜瓦；8、低溫液體蒸發器.
具體實施例方式圖I是本發明的低溫疲勞性能測量裝置的結構示意圖。如圖I所示，本發明的低溫疲勞性能測量裝置主要包括電液伺服疲勞試驗機I、低溫力學支撐架2、低溫液體輸液管3、低溫液體容器4、待測樣品或試樣5、溫控器6、低溫真空杜瓦7、低溫液體蒸發器8等。下面僅對幾個主要部件進行詳細說明。對於本領域普通技術人員熟知的系統或元件(例如真空系統、控制液體流量的閥門)，本發明將不再另作說明。電液伺服疲勞試驗機I為試樣5提供力學動力源(即加載力)，其還包括力學傳感器和位移傳感器。力學傳感器測量加載力大小，位移傳感器測量形變位移。通常，該試驗機I包括可移動的橫梁部分，以及不可移動的底座部分。低溫力學支撐架2與電液伺服疲勞試驗機I剛性相連，並且可隨電液伺服疲勞試驗機I的橫梁部分而上下移動，其作用是支撐試樣5，並傳遞試樣測試過程的作用力，將作用力從室溫傳遞到低溫環境中，作用於試樣5上。具體地，低溫力學支撐架2可將電液伺服疲勞試驗機I的力學動力源傳遞給試樣5，同時將試樣5的力學信號和位移信號分別傳遞給電液伺服疲勞試驗機I上的力學傳感器和位移傳感器。試樣5裝在低溫力學支撐架2的測量夾具中，低溫力學支撐架2所帶的可以是不同的測量夾具，以安裝例如拉壓疲勞、拉伸疲勞、壓縮疲勞、彎曲疲勞或斷裂力學(Kic、Jic)測試樣品。低溫真空杜瓦7設置在低溫力學支撐架2下方，當低溫力學支撐架2向下移動準備測試時，電液伺服疲勞試驗機I的橫梁可與杜瓦7形成真空密封，從而為低溫力學支撐架2、溫控器6、低溫液體蒸發器8提供絕熱保溫環境。溫控器6用於控制樣品周圍的環境溫度，在本實施例中，採用設置在樣品周圍的環狀溫控器。在其他實施例中，也可採用其他形狀的溫控器，例如棒狀溫控器等。優選地，溫控器6由外部計算機控制，其在監控溫度的同時可將採集到的溫度信息反饋給外部計算機，操作人員可通過外部計算機實現對樣品周圍的環境溫度的實時監控。低溫液體蒸發器8設置在低溫真空杜瓦7的底部，該蒸發器可以為本領域常規使用的加熱元件，在本實施例中採用加熱板。優選地，低溫液體蒸發器8可 連接有單獨的控制器，例如可以通過其設置蒸發速率、加熱速率及加熱時間，或者在達到預定冷卻溫度時，設置停止加熱。可以理解，該控制器可以與用於溫控器6的外部計算機相結合而使用，即根據溫控器6反饋回的溫度信號向加熱元件發出繼續加熱、停止加熱等指令。低溫液體容器4用於存儲低溫液體(液氮、液氦)，其設置在電液伺服疲勞試驗機I外部。低溫液體輸液管3將低溫液體從低溫液體容器4中輸入到低溫真空杜瓦7裡。具體地，該低溫液體輸液管3為真空絕熱的兩端開口結構的管道，一端與真空杜瓦7相連，另一端與低溫液體容器4相連，還可以在低溫液體輸液管3上安裝控制流量的閥門。以下是根據本發明上述實施例的低溫疲勞性能測量裝置的操作流程首先將待測樣品5安裝在低溫力學支撐架2上，在低溫力學支撐架2上安裝上溫控器6，同時將低溫液體蒸發器8放在低溫真空杜瓦7底部，將電液伺服疲勞試驗機I橫梁連同低溫力學支撐架2升起，將真空杜瓦7放置於低溫力學支撐架2下方(如圖2)，將電液伺服疲勞試驗機I橫梁連同低溫力學支撐架2降落，使低溫力學支撐架2，溫控器6，低溫液體蒸發器8處於低溫真空杜瓦7中(如圖I)，可用螺栓將真空杜瓦7與低溫力學支撐架2固定，使低溫力學支撐架2、溫控器6，低溫液體蒸發器8密封於真空杜瓦7中，將低溫液體輸液管3 —端連接低溫真空杜瓦，另一端連接低溫液體容器4，通過低溫液體輸液管3向真空杜瓦7中輸入低溫液體(液氮或液氦)，通過計算機控制溫控器6和低溫液體蒸發器8，控制樣樣品及樣品周圍的環境溫度，當達到預定溫度並穩定後，開啟電液伺服疲勞試驗機I，進行疲勞性能測試。由此可見，本發明的疲勞學性能測量裝置以電液伺服疲勞試驗機為基礎，利用低溫液體(液氮或液氦)作冷卻介質，實現低溫環境(4. 2 300K/-269 27°C )下疲勞性能數據測量。因此，本發明主要用於在低溫(4. 2 300K/-269 27V )環境下對待測樣品(材料試樣或工件)進行疲勞性能測量，與傳統的疲勞性能測量裝置相比，本發明的低溫疲勞性能測量裝置具有可測量4. 2 300K/-269 27°C溫區內任意溫度環境的材料試樣或工件疲勞性能的特點，並且溫控準確，結構簡單、可靠性高、工作壽命長、效率高。
儘管參照上述的實施例已對本發明作出具體描述，但是對於本領域的普通技術人員來說，應該理解，可以在不脫離本發明的精神以及範圍之內基於本發明公開的內容進行 修改或改進，這些修改和改進都在本發明的精神以及範圍之內。
權利要求
1.一種4. 2 300K溫區的疲勞性能測試裝置，包括電液伺服疲勞試驗機(I)、力學支撐架(2)、輸液管(3)、液體容器(4)、溫控器(6)、真空杜瓦(7)和液體蒸發器(8)，其中， 所述力學支撐架(2)用於裝配待測樣品(5)，其與電液伺服疲勞試驗機(I)剛性相連並可上下移動，用於傳遞來自電液伺服疲勞試驗機(I)的作用力至待測樣品(5)； 所述真空杜瓦(7)設置在力學支撐架(2)的下方，用於密封力學支撐架(2)並使之與外界絕熱； 所述液體容器(4)提供冷卻液體，該冷卻液體通過所述輸液管(3)輸送到真空杜瓦(7)內； 所述液體蒸發器(8)設置在所述真空杜瓦(7)內，用於蒸發所述冷卻液體； 所述溫控器(6)設置在所述真空杜瓦(7)內，用於監測待測樣品(5)周圍的環境溫度。
2.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述電液伺服疲勞試驗機(I)具有力學傳感器和位移傳感器，並為待測樣品提供力學動力源。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述力學支撐架(2)將待測樣品(5)的力學信號和位移信號傳遞給電液伺服疲勞試驗機(I)的力學傳感器和位移傳感器。
4.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，在測試時所述真空杜瓦(7)密封力學支撐架(2)、溫控器(6)、液體蒸發器(8)並為它們提供絕熱保溫環境。
5.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述輸液管(3)為真空絕熱的管道，一端與真空杜瓦(7)連通，另一端與液體容器(4)連通。
6.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述液體蒸發器(8)為加熱元件，在所述測試裝置進行測試時，加熱元件浸泡在冷卻液體中。
7.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述力學支撐架(2)具有用於夾持待測樣品(5)的夾具，該夾具能安裝拉壓疲勞、拉伸疲勞、壓縮疲勞、彎曲疲勞或斷裂力學的待測樣品。
8.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述液體蒸發器(8)由外部計算機控制其蒸發速度。
9.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述溫控器(6)為環形的，環繞在待測樣品(5)周圍。
全文摘要
本發明涉及一種4.2～300K溫區的疲勞性能測試裝置，包括電液伺服疲勞試驗機(1)、力學支撐架(2)、輸液管(3)、液體容器(4)、溫控器(6)、真空杜瓦(7)和液體蒸發器(8)。本發明的疲勞性能測試裝置不僅可以進行最低溫度達到4.2K/-269℃的疲勞性能數據測試，而且通過低溫液體(液氮)與低溫溫控系統配合使用能夠實現4.2～300K/-269～27℃溫區內任意溫度點的疲勞性能數據測試，且溫控準確，結構簡單、可靠性高、工作壽命長、效率高。
文檔編號G01N3/18GK102645377SQ201210116300
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月19日 優先權日2012年4月19日
發明者徐冬, 李來風, 黃榮進 申請人:中國科學院理化技術研究所