專利名稱：一種復(fù)合材料濕熱老化試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于屬于樹脂基復(fù)合材料濕熱老化試驗設(shè)備，具體涉及一種復(fù)合材料濕熱老化試驗裝置。
背景技術(shù)：
碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線內(nèi)部是一根由碳纖維與樹脂復(fù)合而成的均勻固化體芯層，芯層外層為混雜纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)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(xiàn)有的鋼芯鋁絞線相比，具有重量輕、強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)小、抗冰雪能力強(qiáng)、導(dǎo)電率高、可實現(xiàn)倍容輸電、節(jié)約土地、耐腐蝕及使用壽命長的特點。作為一種新型的導(dǎo)線，碳纖維復(fù)合芯在線路運行狀態(tài)下的使用壽命是線路設(shè)計的重要依據(jù)。由于復(fù)合芯導(dǎo)線在運行過程中長期處于導(dǎo)線發(fā)熱、鋁線重力、風(fēng)振等應(yīng)力交變復(fù)雜工況狀態(tài)下，與普通環(huán)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(fēng)振對其微觀形貌和宏觀機(jī)械性能的影響。因此，需要對導(dǎo)線在不同溫度、濕度和載荷下的使用壽命進(jìn)行全面測試。目前，復(fù)合芯導(dǎo)線的加速老化試驗裝置主要考慮溫度，濕度因素的影響考慮較少， 而對于碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線，濕度對其使用性能有較大的影響，因此設(shè)計一套復(fù)雜工況碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的加速熱老化設(shè)備用來評估碳纖維復(fù)合芯壽命具有較大理論與實際價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種復(fù)合材料濕熱老化裝置，解決了單一熱因素老化設(shè)備技術(shù)上的缺陷，本裝置可實現(xiàn)多工位、機(jī)械式、可加載應(yīng)力的加速濕熱老化試驗，為復(fù)合材料的應(yīng)用提供理論參考。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為—種復(fù)合材料濕熱老化試驗裝置，所述裝置包括老化箱和試樣夾持系統(tǒng)，其改進(jìn)之處在于所述裝置包括平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)和應(yīng)力應(yīng)變測量系統(tǒng)；所述試樣夾持系統(tǒng)包括鋼架構(gòu)，設(shè)置于所述鋼架構(gòu)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(diào)節(jié)系統(tǒng)包括平衡梁，用于連接所述平衡梁和鋼架構(gòu)的銷軸，配重，所述應(yīng)力應(yīng)變測量系統(tǒng)包括橫擔(dān)、參比排、千分表。其中所述試樣的工位個數(shù)為1-10。其中所述鋼架構(gòu)底端設(shè)置下橫梁，下橫梁為等距設(shè)置圓孔的方鋼，螺栓穿過圓孔通過螺母固定于所述下橫梁。其中所述鋼架構(gòu)頂端設(shè)置上橫梁，上橫梁為等距設(shè)置U型鋼板的工字鋼，U型鋼板用于連接所述銷軸，上橫梁設(shè)置加強(qiáng)肋筋。其中試樣兩端通過夾具進(jìn)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(jié)構(gòu)底端的下橫梁連接。其中所述老化箱通過支撐平臺固定于鋼架構(gòu)上，老化箱設(shè)置通孔，濕熱加載區(qū)和控制區(qū)。其中所述橫擔(dān)通過緊固件夾持試樣，老化箱的上下兩側(cè)分別設(shè)有橫擔(dān)。其中所述參比排下端固定于老化箱下端的橫擔(dān)上，所述千分表固定于老化箱上端的橫擔(dān)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(shè)置斜撐，所述斜撐用于保持老化試驗裝置平衡。由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括1)可同時實現(xiàn)濕熱老化試驗老化裝置設(shè)有溫度控制系統(tǒng)和濕度控制系統(tǒng)，可以同時考慮濕熱兩方面因素對復(fù)合材料的影響，其中溫度調(diào)節(jié)范圍為室溫至300°C，可跟進(jìn)實際工況設(shè)定符合條件的試驗參數(shù)，對復(fù)合材料進(jìn)行濕熱老化試驗；2)多工位設(shè)計本發(fā)明裝置設(shè)有10個工位，最多可同時實現(xiàn)10個試樣同時試驗，提高試驗效率， 為設(shè)計人員多組試樣的正交試驗提供便利；3)可加載應(yīng)力老化裝置利用平衡梁和平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)實現(xiàn)對試樣的應(yīng)力加載，且裝置中鋼構(gòu)架上橫梁、下橫梁和斜撐的設(shè)置可以有效的保證裝置的平衡，保證試驗安全可靠的進(jìn)行；本裝置應(yīng)力加載范圍為500kg-8000kg，且試樣夾持系統(tǒng)可保證試樣在受到8噸拉力的狀況下，試樣不滑移、松脫；4)機(jī)械式裝置為機(jī)械式，可根據(jù)實際工況進(jìn)行實驗，操作靈活；5)裝置結(jié)構(gòu)簡單、易于操作。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是老化壽命試驗裝置鋼構(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖；圖6是應(yīng)變測量結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標(biāo)記1-試樣，2-螺栓，3-銷軸，4-平衡梁，5-鋼架構(gòu)，6_配重，7_橫梁，8_銷軸，9_夾具， 10-通孔，11-老化箱，12-橫擔(dān)，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(jié)合實例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。本發(fā)明針對現(xiàn)有單一熱因素老化設(shè)備技術(shù)上的缺陷，加工制造了一套可實現(xiàn)多工位、機(jī)械式、可加載應(yīng)力的加速熱老化試驗設(shè)備。設(shè)備主要由鋼架構(gòu)5、平衡梁4、配重6、溫濕度控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)，應(yīng)力應(yīng)變測量結(jié)構(gòu)，平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)。溫濕度控制系統(tǒng)主要包括老化箱11，老化箱11分為溫度、濕度控制區(qū)和加熱、加濕區(qū)，且老化箱11上下兩端設(shè)置同軸心的通孔10，用于試樣1的通過。試驗時，先將試樣1 穿過老化箱11的通孔10，而后試樣1的下端通過金具9與鋼架構(gòu)5固定。鋼構(gòu)架5的頂端設(shè)置上橫梁16，上橫梁16為工字鋼結(jié)構(gòu)，采用三角肋筋進(jìn)行加強(qiáng)， 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(gòu)5的底端設(shè)置下橫梁7，下橫梁7為方鋼結(jié)構(gòu)，方鋼中心等距設(shè)置10個通孔，用來穿過連接金具9的螺栓2和螺母。濕熱老化箱11通過可以上下移動的支撐平臺15固定于鋼構(gòu)架 5上。濕熱老化箱11上的通孔10軸心線與底部橫梁7方鋼通孔軸心線應(yīng)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，起到杠桿作用的平衡梁4 一端懸掛配重6，另一端通過銷軸3與試樣1連接，作為杠桿的另一端。試樣1從上之下穿過濕熱老化箱11上的通孔10，其兩端通過夾具9進(jìn)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(jié)構(gòu) 5底端的橫梁7連接。應(yīng)力應(yīng)變測量結(jié)構(gòu)主要包括橫擔(dān)12、參比排13和千分表14，如圖6所示。參比排 13和橫擔(dān)12組合構(gòu)成矩形的四個邊，參比排13為左右兩條邊，橫擔(dān)12為上下兩條邊，矩形狀的應(yīng)力應(yīng)變測量系統(tǒng)設(shè)置于老化箱11的外側(cè)，即參比排13分別位于老化箱11的左右兩側(cè)，橫擔(dān)12分別位于老化箱的上下兩側(cè)。支撐平臺15固定于鋼架構(gòu)5上，可沿鋼架構(gòu)5 上下移動，用于支撐老化箱11，參比排13的下端固定在橫擔(dān)12上，參比排13的上端與千分表14連接，千分表14固定于橫擔(dān)12上，橫擔(dān)12通過緊固件緊固夾持試樣1，橫擔(dān)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(gòu)架結(jié)構(gòu)圖所示，兩端夾持的復(fù)合材料試樣1下端頭通過螺栓2固定在鋼架構(gòu)5的底端，試樣1上端通過銷軸3固定于平衡梁4的端頭處，平衡梁4通過銷軸8固定于鋼架構(gòu)5上，銷軸8和鋼架構(gòu)5上端設(shè)置的上橫梁16組成平衡系統(tǒng)中杠桿的支撐點；平衡梁4的另一頭為配重6，平衡系統(tǒng)包括平衡梁4和配重6，通過調(diào)節(jié)配重6的重量改變施加的張力。試樣1并排放置，依次通過濕熱老化箱11的通孔10，通過老化箱11溫度、濕度控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖1所示，濕熱老化箱11放置于固定在鋼架構(gòu)5的支撐平臺15上，濕熱老化箱11可以提供單一熱老化，也可實現(xiàn)濕、熱老化。復(fù)合材料試樣 1通過通孔10穿透濕熱老化箱11頂面，通過底面的通孔10，通過夾具9固定。復(fù)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(jìn)行緊固夾持，試樣上端的夾具9連接銷軸3結(jié)構(gòu)，下端夾具9連接細(xì)紋螺柱結(jié)構(gòu)。將試樣由上向下穿過濕熱老化箱11上通孔10，螺栓2通過螺母固定于鋼架構(gòu)5底端的橫梁7上。再于鋼架構(gòu)5的上橫梁16處利用平衡梁4連接試樣。最后再放置配重6，施加相應(yīng)的張力。配重6施加后會使得平衡梁4加載一頭下沉，可利用千斤頂進(jìn)行抬起，通過調(diào)節(jié)試樣下端的螺母來調(diào)節(jié)平衡梁4平衡度，最終以平衡梁4平衡達(dá)到水平為準(zhǔn)。試樣裝好后，可以依據(jù)工藝條件通過溫度和濕度控制器對老化箱11進(jìn)行調(diào)節(jié)，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(shè)置斜撐17，斜撐17的作用為用于調(diào)節(jié)裝置平衡，保證試驗?zāi)軌虬踩煽康倪M(jìn)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(xiàn)1-10個試樣同時進(jìn)行試驗，設(shè)備使用溫度范圍為室溫到300攝氏度，可實現(xiàn)連續(xù)5000h恒溫試驗或熱循環(huán)試驗。配重6為10，20，50，100公斤標(biāo)準(zhǔn)砝碼，可實現(xiàn)每個試樣加載力0. 5噸到8噸。平衡梁 4比例可根據(jù)試驗需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，比例系數(shù)在10-15倍之間調(diào)節(jié)。試樣兩端帶有應(yīng)力、應(yīng)變測量裝置，可實現(xiàn)試樣在長久老化情況下試樣的變形情況。試樣夾持系統(tǒng)可保證試樣在受到8噸拉力的狀況下，試樣不滑移、松脫。圖6為測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖，試樣1從老化箱11穿出后，在緊挨老化箱11頂?shù)變擅嫣幇惭b應(yīng)變測量裝置，測量裝置包括夾持試樣1的橫擔(dān)12，橫擔(dān)12通過緊固件緊密夾持試樣1，橫擔(dān)12隨試樣1伸長而相應(yīng)移動，用于支撐老化箱11的支撐平臺15固定于鋼架構(gòu) 5上，老化箱11左右兩邊設(shè)置低膨脹率材料制成的參比排13，參比排13下端與橫擔(dān)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(gòu)5上；二 放置平衡梁3，將平衡梁4通過銷軸8與鋼架構(gòu)5連接，鋼架構(gòu)5上端設(shè)置的上平衡梁16作為平衡梁4的支撐點，即杠桿的支撐點；試樣1通過銷軸3與平衡梁4連接；三放置配重6，調(diào)節(jié)配重6使得裝置處于平衡狀態(tài)；四根據(jù)試驗條件的需求，設(shè)定老化箱的溫度和濕度，在不同的時間點進(jìn)行應(yīng)變數(shù)據(jù)采集。此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在不脫離本發(fā)明的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q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(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料濕熱老化試驗裝置，所述裝置包括老化箱(11)和試樣夾持系統(tǒng)，其特征在于所述裝置包括平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)和應(yīng)力應(yīng)變測量系統(tǒng)；所述試樣夾持系統(tǒng)包括鋼架構(gòu) (5)，設(shè)置于所述鋼架構(gòu)(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(diào)節(jié)系統(tǒng)包括平衡梁G)，用于連接所述平衡梁(4)和鋼架構(gòu)(5)的銷軸(8)，配重(6)，所述應(yīng)力應(yīng)變測量系統(tǒng)包括橫擔(dān)(12)、參比排(13)、千分表(14)。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料濕熱老化試驗裝置，其特征在于所述試樣(1)的工位個數(shù)為1-10。
3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料濕熱老化試驗裝置，其特征在于所述鋼架構(gòu)(5)底端設(shè)置下橫梁(7)，下橫梁(7)為等距設(shè)置圓孔的方鋼，螺栓O)穿過圓孔通過螺母固定于所述下橫梁(7)。
4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料濕熱老化試驗裝置，其特征在于所述鋼架構(gòu)(5)頂端設(shè)置上橫梁(16)，上橫梁(16)為等距設(shè)置U型鋼板的工字鋼，U型鋼板用于連接所述銷軸 (8)，上橫梁(16)設(shè)置加強(qiáng)肋筋。
5.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料濕熱老化試驗裝置，其特征在于試樣(1)兩端通過夾具(9)進(jìn)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(jié)構(gòu)(5)底端的下橫梁(7)連接。
6.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料濕熱老化試驗裝置，其特征在于所述老化箱(11)通過支撐平臺(15)固定于鋼架構(gòu)(5)上，老化箱(11)設(shè)置通孔(10)，濕熱加載區(qū)和控制區(qū)。
7.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料濕熱老化試驗裝置，其特征在于所述橫擔(dān)(1 通過緊固件夾持試樣(1)，老化箱(11)的上下兩側(cè)分別設(shè)有橫擔(dān)(12)。
8.如權(quán)利要求1或7所述的復(fù)合材料濕熱老化試驗裝置，其特征在于所述參比排(13) 下端固定于老化箱(11)下端的橫擔(dān)(1 上，所述千分表(14)固定于老化 箱(11)上端的橫擔(dān)(1 上，參比排(1 上端與所述千分表(14)連接。
9.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料濕熱老化試驗裝置，其特征在于所述老化試驗裝置設(shè)置斜撐(17)，所述斜撐(17)用于保持老化試驗裝置平衡。
全文摘要
本發(fā)明提供一種復(fù)合材料濕熱老化試驗裝置，解決了單一熱因素老化設(shè)備技術(shù)上的缺陷，本裝置可實現(xiàn)多工位、機(jī)械式、可加載應(yīng)力的加速濕熱老化試驗，為復(fù)合材料的應(yīng)用提供理論參考。試驗裝置包括老化箱、試樣夾持系統(tǒng)、平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)和應(yīng)力應(yīng)變測量系統(tǒng)；試樣夾持系統(tǒng)包括鋼架構(gòu)，螺栓，夾具，試樣工位和銷軸3，平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括平衡梁，銷軸8和配重。裝置能實現(xiàn)1-10個試樣同時進(jìn)行試驗，設(shè)備使用溫度范圍為室溫到300攝氏度，每個試樣加載力為0.5噸到8噸，可實現(xiàn)連續(xù)5000h恒溫試驗或著熱循環(huán)試驗，試樣夾持系統(tǒng)可保證試樣在受到8噸拉力的狀況下，試樣不滑移、松脫。本裝置結(jié)構(gòu)簡單，試驗效率高于現(xiàn)有設(shè)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(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者何州文, 蘭逢濤, 劉輝, 張卓, 徐麗, 陳云, 陳新 申請人:中國電力科學(xué)研究院