一種複合材料溼熱老化試驗裝置的製作方法

2023-10-26 21:49:52 5

專利名稱：一種複合材料溼熱老化試驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於屬於樹脂基複合材料溼熱老化試驗設備，具體涉及一種複合材料溼熱老化試驗裝置。
背景技術：
碳纖維複合芯導線內部是一根由碳纖維與樹脂複合而成的均勻固化體芯層，芯層外層為混雜纖維增強樹脂基複合材料包覆層，外部有一系列圓形或梯形鋁線絞合而成，與現有的鋼芯鋁絞線相比，具有重量輕、強度高、熱膨脹係數小、抗冰雪能力強、導電率高、可實現倍容輸電、節約土地、耐腐蝕及使用壽命長的特點。作為一種新型的導線，碳纖維複合芯在線路運行狀態下的使用壽命是線路設計的重要依據。由於複合芯導線在運行過程中長期處於導線發熱、鋁線重力、風振等應力交變複雜工況狀態下，與普通環境下單一熱老化情況相比，還需要重點考量重力載荷的影響與風振對其微觀形貌和宏觀機械性能的影響。因此，需要對導線在不同溫度、溼度和載荷下的使用壽命進行全面測試。目前，複合芯導線的加速老化試驗裝置主要考慮溫度，溼度因素的影響考慮較少， 而對於碳纖維複合芯導線，溼度對其使用性能有較大的影響，因此設計一套複雜工況碳纖維複合芯導線的加速熱老化設備用來評估碳纖維複合芯壽命具有較大理論與實際價值。

發明內容
本發明目的在於提供一種複合材料溼熱老化裝置，解決了單一熱因素老化設備技術上的缺陷，本裝置可實現多工位、機械式、可加載應力的加速溼熱老化試驗，為複合材料的應用提供理論參考。為實現上述發明目的，本發明採取的技術方案為—種複合材料溼熱老化試驗裝置，所述裝置包括老化箱和試樣夾持系統，其改進之處在於所述裝置包括平衡調節系統和應力應變測量系統；所述試樣夾持系統包括鋼架構，設置於所述鋼架構兩端的上橫梁和下橫梁，與所述下橫梁連接的螺栓，與所述螺栓連接的夾具，試樣和銷軸；所述平衡調節系統包括平衡梁，用於連接所述平衡梁和鋼架構的銷軸，配重，所述應力應變測量系統包括橫擔、參比排、千分表。其中所述試樣的工位個數為1-10。其中所述鋼架構底端設置下橫梁，下橫梁為等距設置圓孔的方鋼，螺栓穿過圓孔通過螺母固定於所述下橫梁。其中所述鋼架構頂端設置上橫梁，上橫梁為等距設置U型鋼板的工字鋼，U型鋼板用於連接所述銷軸，上橫梁設置加強肋筋。其中試樣兩端通過夾具進行夾持，試樣上端的夾具通過所述銷軸與平衡梁連接， 試樣下端的夾具通過螺栓與鋼結構底端的下橫梁連接。其中所述老化箱通過支撐平臺固定於鋼架構上，老化箱設置通孔，溼熱加載區和控制區。其中所述橫擔通過緊固件夾持試樣，老化箱的上下兩側分別設有橫擔。其中所述參比排下端固定於老化箱下端的橫擔上，所述千分表固定於老化箱上端的橫擔上，參比排上端與所述千分表連接。其中所述老化試驗裝置設置斜撐，所述斜撐用於保持老化試驗裝置平衡。由於採用了上述技術方案，與現有技術相比，本發明的有益效果包括1)可同時實現溼熱老化試驗老化裝置設有溫度控制系統和溼度控制系統，可以同時考慮溼熱兩方面因素對複合材料的影響，其中溫度調節範圍為室溫至300°C，可跟進實際工況設定符合條件的試驗參數，對複合材料進行溼熱老化試驗；2)多工位設計本發明裝置設有10個工位，最多可同時實現10個試樣同時試驗，提高試驗效率， 為設計人員多組試樣的正交試驗提供便利；3)可加載應力老化裝置利用平衡梁和平衡調節系統實現對試樣的應力加載，且裝置中鋼構架上橫梁、下橫梁和斜撐的設置可以有效的保證裝置的平衡，保證試驗安全可靠的進行；本裝置應力加載範圍為500kg-8000kg，且試樣夾持系統可保證試樣在受到8噸拉力的狀況下，試樣不滑移、鬆脫；4)機械式裝置為機械式，可根據實際工況進行實驗，操作靈活；5)裝置結構簡單、易於操作。


下面結合附圖對本發明進一步說明。圖1是老化壽命試驗裝置鋼構架示意圖；圖2是老化壽命試驗裝置老化箱工位示意圖；圖3是老化壽命試驗裝置老化箱俯視示意圖；圖4是老化壽命試驗裝置老化箱主視示意圖；圖5是平衡梁結構示意圖；圖6是應變測量結構示意圖；附圖標記1-試樣，2-螺栓，3-銷軸，4-平衡梁，5-鋼架構，6_配重，7_橫梁，8_銷軸，9_夾具， 10-通孔，11-老化箱，12-橫擔，13-參比排，14-千分表，15-支撐平臺，16-上橫梁，17-斜撐。
具體實施方式
下面結合實例對本發明進行詳細的說明。本發明針對現有單一熱因素老化設備技術上的缺陷，加工製造了一套可實現多工位、機械式、可加載應力的加速熱老化試驗設備。設備主要由鋼架構5、平衡梁4、配重6、溫溼度控制系統、溼度控制系統，應力應變測量結構，平衡調節系統。溫溼度控制系統主要包括老化箱11，老化箱11分為溫度、溼度控制區和加熱、加溼區，且老化箱11上下兩端設置同軸心的通孔10，用於試樣1的通過。試驗時，先將試樣1 穿過老化箱11的通孔10，而後試樣1的下端通過金具9與鋼架構5固定。鋼構架5的頂端設置上橫梁16，上橫梁16為工字鋼結構，採用三角肋筋進行加強， 上橫梁16的上端等距豎立焊接10個U型帶孔鋼板，用來連接平衡梁4上的銷軸孔。鋼架構5的底端設置下橫梁7，下橫梁7為方鋼結構，方鋼中心等距設置10個通孔，用來穿過連接金具9的螺栓2和螺母。溼熱老化箱11通過可以上下移動的支撐平臺15固定於鋼構架 5上。溼熱老化箱11上的通孔10軸心線與底部橫梁7方鋼通孔軸心線應該歸為一條線。上橫梁16的作用包括，一為銷軸提供銷軸孔，二 作為平衡梁4的支撐點，起到槓桿作用的平衡梁4 一端懸掛配重6，另一端通過銷軸3與試樣1連接，作為槓桿的另一端。試樣1從上之下穿過溼熱老化箱11上的通孔10，其兩端通過夾具9進行夾持，試樣上端的夾具9通過所述銷軸3與平衡梁4連接，試樣下端的夾具9通過螺栓2與鋼結構 5底端的橫梁7連接。應力應變測量結構主要包括橫擔12、參比排13和千分表14，如圖6所示。參比排 13和橫擔12組合構成矩形的四個邊，參比排13為左右兩條邊，橫擔12為上下兩條邊，矩形狀的應力應變測量系統設置於老化箱11的外側，即參比排13分別位於老化箱11的左右兩側，橫擔12分別位於老化箱的上下兩側。支撐平臺15固定於鋼架構5上，可沿鋼架構5 上下移動，用於支撐老化箱11，參比排13的下端固定在橫擔12上，參比排13的上端與千分表14連接，千分表14固定於橫擔12上，橫擔12通過緊固件緊固夾持試樣1，橫擔12會隨試樣1的上下移動而移動，試樣1的位移會在千分表14上顯示。如圖1老化壽命試驗裝置鋼構架結構圖所示，兩端夾持的複合材料試樣1下端頭通過螺栓2固定在鋼架構5的底端，試樣1上端通過銷軸3固定於平衡梁4的端頭處，平衡梁4通過銷軸8固定於鋼架構5上，銷軸8和鋼架構5上端設置的上橫梁16組成平衡系統中槓桿的支撐點；平衡梁4的另一頭為配重6，平衡系統包括平衡梁4和配重6，通過調節配重6的重量改變施加的張力。試樣1並排放置，依次通過溼熱老化箱11的通孔10，通過老化箱11溫度、溼度控制系統進行調節。圖1所示，溼熱老化箱11放置於固定在鋼架構5的支撐平臺15上，溼熱老化箱11可以提供單一熱老化，也可實現溼、熱老化。複合材料試樣 1通過通孔10穿透溼熱老化箱11頂面，通過底面的通孔10，通過夾具9固定。複合材料試樣的形狀可加工為四邊形或棒材，試樣兩端首先通過兩套夾具9進行緊固夾持，試樣上端的夾具9連接銷軸3結構，下端夾具9連接細紋螺柱結構。將試樣由上向下穿過溼熱老化箱11上通孔10，螺栓2通過螺母固定於鋼架構5底端的橫梁7上。再於鋼架構5的上橫梁16處利用平衡梁4連接試樣。最後再放置配重6，施加相應的張力。配重6施加後會使得平衡梁4加載一頭下沉，可利用千斤頂進行抬起，通過調節試樣下端的螺母來調節平衡梁4平衡度，最終以平衡梁4平衡達到水平為準。試樣裝好後，可以依據工藝條件通過溫度和溼度控制器對老化箱11進行調節，利用老化箱11兩端的參比排13測定試樣1不同老化時間的變形量。裝置設置斜撐17，斜撐17的作用為用於調節裝置平衡，保證試驗能夠安全可靠的進行。
如圖2老化壽命試驗裝置老化箱工位示意圖所示，本裝置能實現1-10個試樣同時進行試驗，設備使用溫度範圍為室溫到300攝氏度，可實現連續5000h恆溫試驗或熱循環試驗。配重6為10，20，50，100公斤標準砝碼，可實現每個試樣加載力0. 5噸到8噸。平衡梁 4比例可根據試驗需要進行調節，比例係數在10-15倍之間調節。試樣兩端帶有應力、應變測量裝置，可實現試樣在長久老化情況下試樣的變形情況。試樣夾持系統可保證試樣在受到8噸拉力的狀況下，試樣不滑移、鬆脫。圖6為測量裝置結構示意圖，試樣1從老化箱11穿出後，在緊挨老化箱11頂底兩面處安裝應變測量裝置，測量裝置包括夾持試樣1的橫擔12，橫擔12通過緊固件緊密夾持試樣1，橫擔12隨試樣1伸長而相應移動，用於支撐老化箱11的支撐平臺15固定於鋼架構 5上，老化箱11左右兩邊設置低膨脹率材料製成的參比排13，參比排13下端與橫擔12固定連接，參比排13的上端與千分表14頂針相頂。試驗的具體步驟為一 將試樣1通過老化箱11的通孔10緊固與鋼架構5上；二 放置平衡梁3，將平衡梁4通過銷軸8與鋼架構5連接，鋼架構5上端設置的上平衡梁16作為平衡梁4的支撐點，即槓桿的支撐點；試樣1通過銷軸3與平衡梁4連接；三放置配重6，調節配重6使得裝置處於平衡狀態；四根據試驗條件的需求，設定老化箱的溫度和溼度，在不同的時間點進行應變數據採集。此處已經根據特定的示例性實施例對本發明進行了描述。對本領域的技術人員來說在不脫離本發明的範圍下進行適當的替換或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅是例證性的，而不是對本發明的範圍的限制，本發明的範圍由所附的權利要求定義。
權利要求
1.一種複合材料溼熱老化試驗裝置，所述裝置包括老化箱(11)和試樣夾持系統，其特徵在於所述裝置包括平衡調節系統和應力應變測量系統；所述試樣夾持系統包括鋼架構 (5)，設置於所述鋼架構(5)兩端的上橫梁(16)和下橫梁(7)，與所述下橫梁(7)連接的螺栓O)，與所述螺栓( 連接的夾具(9)，試樣(1)和銷軸(3)；所述平衡調節系統包括平衡梁G)，用於連接所述平衡梁(4)和鋼架構(5)的銷軸(8)，配重(6)，所述應力應變測量系統包括橫擔(12)、參比排(13)、千分表(14)。
2.如權利要求1所述的複合材料溼熱老化試驗裝置，其特徵在於所述試樣(1)的工位個數為1-10。
3.如權利要求1所述的複合材料溼熱老化試驗裝置，其特徵在於所述鋼架構(5)底端設置下橫梁(7)，下橫梁(7)為等距設置圓孔的方鋼，螺栓O)穿過圓孔通過螺母固定於所述下橫梁(7)。
4.如權利要求1所述的複合材料溼熱老化試驗裝置，其特徵在於所述鋼架構(5)頂端設置上橫梁(16)，上橫梁(16)為等距設置U型鋼板的工字鋼，U型鋼板用於連接所述銷軸 (8)，上橫梁(16)設置加強肋筋。
5.如權利要求1所述的複合材料溼熱老化試驗裝置，其特徵在於試樣(1)兩端通過夾具(9)進行夾持，試樣上端的夾具(9)通過所述銷軸C3)與平衡梁(4)連接，試樣下端的夾具(9)通過螺栓O)與鋼結構(5)底端的下橫梁(7)連接。
6.如權利要求1所述的複合材料溼熱老化試驗裝置，其特徵在於所述老化箱(11)通過支撐平臺(15)固定於鋼架構(5)上，老化箱(11)設置通孔(10)，溼熱加載區和控制區。
7.如權利要求1所述的複合材料溼熱老化試驗裝置，其特徵在於所述橫擔(1 通過緊固件夾持試樣(1)，老化箱(11)的上下兩側分別設有橫擔(12)。
8.如權利要求1或7所述的複合材料溼熱老化試驗裝置，其特徵在於所述參比排(13) 下端固定於老化箱(11)下端的橫擔(1 上，所述千分表(14)固定於老化 箱(11)上端的橫擔(1 上，參比排(1 上端與所述千分表(14)連接。
9.如權利要求1所述的複合材料溼熱老化試驗裝置，其特徵在於所述老化試驗裝置設置斜撐(17)，所述斜撐(17)用於保持老化試驗裝置平衡。
全文摘要
本發明提供一種複合材料溼熱老化試驗裝置，解決了單一熱因素老化設備技術上的缺陷，本裝置可實現多工位、機械式、可加載應力的加速溼熱老化試驗，為複合材料的應用提供理論參考。試驗裝置包括老化箱、試樣夾持系統、平衡調節系統和應力應變測量系統；試樣夾持系統包括鋼架構，螺栓，夾具，試樣工位和銷軸3，平衡調節系統包括平衡梁，銷軸8和配重。裝置能實現1-10個試樣同時進行試驗，設備使用溫度範圍為室溫到300攝氏度，每個試樣加載力為0.5噸到8噸，可實現連續5000h恆溫試驗或著熱循環試驗，試樣夾持系統可保證試樣在受到8噸拉力的狀況下，試樣不滑移、鬆脫。本裝置結構簡單，試驗效率高於現有設備，且試驗條件更加符合實際工況。
文檔編號G01N33/44GK102411048SQ201110371120
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月21日 優先權日2011年11月21日
發明者何州文, 蘭逢濤, 劉輝, 張卓, 徐麗, 陳雲, 陳新 申請人:中國電力科學研究院