專利名稱：深冷環(huán)境材料力學(xué)性能檢測(cè)試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及材料力學(xué)性能測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及一種深冷環(huán)境下材料力學(xué)性能的測(cè)試試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
深冷環(huán)境下材料的力學(xué)性能是航空航天、超導(dǎo)、化工以及能源儲(chǔ)運(yùn)等行業(yè)領(lǐng)域關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。深冷環(huán)境對(duì)材料力學(xué)性能的影響及其機(jī)理十分復(fù)雜，以低溫工程和承壓設(shè)備行業(yè)中常見的奧氏體不銹鋼材料為例，低溫對(duì)于其強(qiáng)度、韌性以及疲勞等力學(xué)性能等都會(huì)產(chǎn)生影響，其影響的機(jī)理尚不明確，可能包括低溫下材料位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)激活能的降低以及堆垛層錯(cuò)能等因素的影響。 深冷材料試驗(yàn)是獲取材料低溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)的必要手段，這也對(duì)材料試驗(yàn)裝置提出了更高要求。目前試驗(yàn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)低溫試驗(yàn)?zāi)芰Φ姆绞揭话銥橥ㄓ美煸囼?yàn)機(jī)的基礎(chǔ)上添加采用液氮?dú)饣评涞牡蜏丨h(huán)境箱的形式，控制方式分為橫梁位移控制和引伸計(jì)控制。也有部分試驗(yàn)機(jī)可進(jìn)行液氮環(huán)境下的試驗(yàn)，但僅能使用橫梁位移控制，且試驗(yàn)?zāi)芰τ邢蕖Ａ硐Σ?，低溫環(huán)境箱和試驗(yàn)機(jī)的疲勞功能結(jié)合較為困難。因此，現(xiàn)有深冷材料試驗(yàn)裝置在試驗(yàn)溫度范圍、控制及檢測(cè)精度方面無(wú)法同時(shí)滿足深冷環(huán)境材料拉伸及疲勞試驗(yàn)的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有試驗(yàn)裝置存在的不足，提供一種可實(shí)現(xiàn)從常溫到液氮溫度、可全程實(shí)現(xiàn)引伸計(jì)控制的材料單軸拉伸及疲勞試驗(yàn)裝置。為解決技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供一種深冷環(huán)境材料力學(xué)性能檢測(cè)試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)、低溫恒溫系統(tǒng)以及試驗(yàn)機(jī)主體，試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)包括連接至計(jì)算機(jī)的電子伺服控制器；所述試驗(yàn)機(jī)主體由液壓源和雙柱機(jī)架組成；其中，雙柱機(jī)架包括固定設(shè)置于底座上的兩根立柱，裝有作動(dòng)器的橫梁經(jīng)兩個(gè)通孔套設(shè)于兩根立柱上；橫梁的兩端分別固定在豎向的提升筒上，提升筒下端抵在底座上；橫梁上與拉伸桿之間安裝有載荷傳感器，所述作動(dòng)器和提升筒與液壓源相接；所述低溫恒溫系統(tǒng)有兩套且能相互切換使用，分別是液氮?dú)饣评湎到y(tǒng)和液氮直接制冷系統(tǒng)，其中，液氮?dú)饣评湎到y(tǒng)包括接于雙柱機(jī)架底座的環(huán)境箱、溫度控制器及熱電偶；環(huán)境箱頂部和底部均開孔，所述的拉伸桿從環(huán)境箱頂部開孔伸入環(huán)境箱內(nèi)部，還有另一根拉伸桿從環(huán)境箱底部的開孔伸入環(huán)境箱內(nèi)部，兩根拉伸桿相對(duì)設(shè)置且其端部均設(shè)有夾具；所述雙柱機(jī)架的底座上設(shè)導(dǎo)軌，所述液氮?dú)饣评湎到y(tǒng)環(huán)境箱底部設(shè)有與該導(dǎo)軌相匹配的卡裝部件，環(huán)境箱通過導(dǎo)軌與底座實(shí)現(xiàn)連接且能沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)；環(huán)境箱內(nèi)設(shè)兩個(gè)熱電偶，一個(gè)置于環(huán)境箱內(nèi)部空間內(nèi)并連接至溫度控制器用于環(huán)境箱溫度反饋控制，另一個(gè)緊貼試樣以準(zhǔn)確獲得試樣溫度；[0009]液氮直接制冷系統(tǒng)包括通過平臺(tái)置于雙柱機(jī)架底座上的環(huán)境箱，該環(huán)境箱是一個(gè)盛裝液氮或液氦的容器，其容器蓋上設(shè)有開孔；拉伸桿和兩根接于迷你機(jī)架的迷你機(jī)架反向桿分別經(jīng)開孔伸入環(huán)境箱內(nèi)部，迷你機(jī)架與環(huán)境箱的內(nèi)壁不接觸；兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的夾具分別安裝在拉伸桿一端和迷你機(jī)架上。本實(shí)用新型中，在所述液氮?dú)饣评湎到y(tǒng)和液氮直接制冷系統(tǒng)的環(huán)境箱內(nèi)設(shè)有能工作于深冷環(huán)境的引伸計(jì)。本實(shí)用新型中，所述液氮直接制冷系統(tǒng)包括用于向環(huán)境箱內(nèi)通入液氮的金屬軟管，其底部設(shè)有能使液氮穩(wěn)定流出的相分離器。本實(shí)用新型中，所述液氮直接制冷系統(tǒng)的環(huán)境箱置于電子秤之上，其容器蓋上設(shè)有用于通過測(cè)量液位用刻度尺的開孔。本實(shí)用新型中，所述作動(dòng)器位于橫梁的上方或下方；作動(dòng)器位于橫梁的一側(cè)，而所 述拉伸桿及環(huán)境箱則位于橫梁的另一側(cè)。本實(shí)用新型的有益效果是與其他現(xiàn)有裝置相比，該裝置可以實(shí)現(xiàn)從常溫到零下185°C以及液氮溫度下的材料拉伸及疲勞試驗(yàn)，可方便地實(shí)現(xiàn)液氮?dú)饣评浜鸵旱苯又评鋬煞N方式的切換，具有試驗(yàn)溫度范圍大，檢測(cè)精度高等優(yōu)點(diǎn)。

圖I是深冷環(huán)境材料力學(xué)性能檢測(cè)試驗(yàn)裝置構(gòu)成示意圖。圖中實(shí)線箭頭表示控制信號(hào)的傳遞，虛線箭頭表示反饋信號(hào)的傳遞。圖2是采用液氮?dú)饣评鋾r(shí)機(jī)架及環(huán)境箱部分結(jié)構(gòu)示意圖。圖中位移傳感器I、立柱2、作動(dòng)器3、橫梁4、提升筒5,載荷傳感器6、環(huán)境箱(液氮?dú)饣评?7、夾具8、拉伸桿9、導(dǎo)軌10、底座11、溫度控制器12、熱電偶a 13、引伸計(jì)14、熱電偶b 15。圖3是采用液氮直接制冷時(shí)機(jī)架及環(huán)境箱部分的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中迷你機(jī)架反向桿16、拉伸桿17、環(huán)境箱(液氮直接制冷)18、試樣19、夾具20、迷你機(jī)架21、電子秤22、鋁制平臺(tái)23。圖4是液氮直接制冷環(huán)境箱上蓋開孔示意圖。圖中低溫金屬軟管開孔24、迷你機(jī)架開孔25、刻度尺開孔26、引伸計(jì)導(dǎo)線開孔。圖5是液氮直接制冷環(huán)境箱內(nèi)部布置示意圖。圖中刻度尺28、低溫金屬軟管29、相分離器30,環(huán)境箱上蓋31。
具體實(shí)施方式
本裝置可分為試驗(yàn)機(jī)主體、試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)、低溫恒溫系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)。試驗(yàn)機(jī)主體包括雙柱機(jī)架和液壓源，液壓源為試驗(yàn)機(jī)橫梁4移動(dòng)和作動(dòng)器3工作提供動(dòng)力，機(jī)架為試驗(yàn)進(jìn)行的平臺(tái)，安置有低溫恒溫系統(tǒng)。低溫恒溫系統(tǒng)有兩套，且能相互切換使用，分別是液氮?dú)饣评湎到y(tǒng)和液氮直接制冷系統(tǒng)。雙柱機(jī)架包括固定設(shè)置于底座11上的兩根立柱2，裝有作動(dòng)器3的橫梁4經(jīng)兩個(gè)通孔套設(shè)于兩根立柱2上；橫梁4的兩端分別固定在豎向的提升筒5上，提升筒5則抵在底座上11 ;橫梁4上還裝有與拉伸桿9、17相接的載荷傳感器6，所述作動(dòng)器3和提升筒5與液壓源相接。試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)包括電子伺服控制器和電腦以及相應(yīng)的軟件，該控制系統(tǒng)可通過電腦實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)全過程(除溫度外)各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時(shí)獲取和控制，并可對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行加工處理和保存。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括位移傳感器I和載荷傳感器6，以及為了實(shí)現(xiàn)深冷環(huán)境下對(duì)應(yīng)變的精確檢測(cè)與控制而引入的引伸計(jì)14。整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成與聯(lián)系如圖I所示，操作人員通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，計(jì)算機(jī)的數(shù)字控制信號(hào)經(jīng)電子伺服控制器處理并轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)對(duì)液壓源進(jìn)行控制。液壓源驅(qū)動(dòng)雙柱機(jī)架上的作動(dòng)器，對(duì)試樣進(jìn)行加載。試驗(yàn)數(shù)據(jù)檢測(cè)由引伸計(jì)14以及位移傳感器I和載荷傳感器6進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)由電子伺服控制器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并交由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和記 錄。低溫恒溫系統(tǒng)分為分為液氮?dú)饣评浜鸵旱苯又评鋬商鬃酉到y(tǒng)。液氮?dú)饣评湎到y(tǒng)的環(huán)境箱7用于常溫到_185°C的試驗(yàn)，采用液氮?dú)饣评鋾r(shí)機(jī)架的布置如圖2所示，環(huán)境箱7頂部和底部開有圓孔，一根拉伸桿9從環(huán)境箱7頂部開孔伸入環(huán)境箱7內(nèi)部，還有另一根拉伸桿9從環(huán)境箱7底部的開孔伸入環(huán)境箱7內(nèi)部，兩根拉伸桿9相對(duì)設(shè)置且其端部均設(shè)有夾具8。環(huán)境箱7內(nèi)部有液氮?dú)饣b置。環(huán)境箱7內(nèi)部溫度由一只K型熱電偶15檢測(cè)，反饋到溫度控制器12進(jìn)行溫度控制，使環(huán)境箱內(nèi)溫度維持在設(shè)定溫度值的正負(fù)2°C范圍內(nèi)。此外另有一只K型熱電偶13負(fù)責(zé)檢測(cè)試樣溫度。環(huán)境箱7通過導(dǎo)軌10固定在底座11上，在不使用時(shí)可以沿導(dǎo)軌10移出，以便進(jìn)行室溫試驗(yàn)或騰出位置安放鋁制平臺(tái)23以放置液氮直接制冷系統(tǒng)的環(huán)境箱18。使用液氮?dú)饣评湎到y(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，按圖2所示安裝好各部件后，首先打開溫度控制器12和環(huán)境箱7的電源開關(guān)，通過溫度控制器12設(shè)置試驗(yàn)所需的環(huán)境溫度，開啟液氮罐閥門，并通過熱電偶13檢測(cè)試樣溫度，待試樣溫度穩(wěn)定在設(shè)定值時(shí)開始試驗(yàn)。液氮直接制冷系統(tǒng)的環(huán)境箱18用于液氮溫度(-196°C)下的試驗(yàn)，采用液氮直接制冷時(shí)機(jī)架的布置如圖3所示。此時(shí)夾具20相對(duì)設(shè)置于迷你機(jī)架21和拉伸桿17上，環(huán)境箱上蓋31上分別設(shè)有用于通過引伸計(jì)14的導(dǎo)線開孔27、迷你機(jī)架21的開孔25、刻度尺28的開孔26以及低溫金屬軟管29的開孔24。迷你機(jī)架反向桿16和拉伸桿17穿過上蓋31，整個(gè)迷你機(jī)架21置于環(huán)境箱18之中且與其內(nèi)壁不接觸。低溫金屬軟管29用于向環(huán)境箱18內(nèi)通入液氮，其出口處有相分離器30，用于分離氣液兩相，使液氮可以平穩(wěn)流出?？潭瘸?8用于手動(dòng)測(cè)量液位，使用時(shí)將其通過開孔26垂直插入環(huán)境箱18內(nèi)，直至其底部，片刻后取出，通過刻度尺28上的結(jié)霜情況獲得液位。電子秤22用于測(cè)量環(huán)境箱18重量，幫助實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其中液氮量的變化，但考慮到實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)環(huán)境箱內(nèi)不同高度截面積并不相等，準(zhǔn)確的液氮液位仍需要使用刻度尺28測(cè)量。使用液氮直接制冷進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，安圖3及圖5所示安裝好各部件后，開啟液氮罐閥門，使液氮通過低溫金屬軟管29流入環(huán)境箱18內(nèi)，定時(shí)使用刻度尺28測(cè)量液位，待液氮液位高于試樣19頂端一定高度(如5cm)后關(guān)閉液氮罐閥門，開始試驗(yàn)。試驗(yàn)中注意通過電子秤22 了解環(huán)境箱重量變化，并定時(shí)使用刻度尺28測(cè)量液氮液位，以便及時(shí)補(bǔ)充液氮。以上所述，僅是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施案例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型做任何形式上的限制，雖然本實(shí)用新型已經(jīng)以較佳實(shí)施案例揭示如上，然而并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的結(jié)構(gòu)及技術(shù)內(nèi)容做出某些更動(dòng)或修改而成為等同變化的等效實(shí)施案例。例如，本實(shí)用新型并不限定環(huán)境箱7、18必須要置于作動(dòng)器3下方，可以根據(jù)實(shí)際需要安裝在作動(dòng)器3上方。又例如，本實(shí)用新型并不限定恒溫箱冷卻介質(zhì)為液氮，同樣適用于液氦等低溫液化氣體。 凡是未脫離本技術(shù)方案的內(nèi)容，根據(jù)本技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施案例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本技術(shù)方案范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種深冷環(huán)境材料力學(xué)性能檢測(cè)試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)、低溫恒溫系統(tǒng)以及試驗(yàn)機(jī)主體，試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)包括連接至計(jì)算機(jī)的電子伺服控制器；其特征在于 所述試驗(yàn)機(jī)主體由液壓源和雙柱機(jī)架組成；其中，雙柱機(jī)架包括固定設(shè)置于底座上的兩根立柱，裝有作動(dòng)器的橫梁經(jīng)兩個(gè)通孔套設(shè)于兩根立柱上；橫梁的兩端分別固定在豎向的提升筒上，提升筒下端抵在底座上；橫梁上與拉伸桿之間安裝有載荷傳感器，所述作動(dòng)器和提升筒與液壓源相接； 所述低溫恒溫系統(tǒng)有兩套且能相互切換使用，分別是液氮?dú)饣评湎到y(tǒng)和液氮直接制冷系統(tǒng)，其中， 液氮?dú)饣评湎到y(tǒng)包括接于雙柱機(jī)架底座的環(huán)境箱、溫度控制器及熱電偶；環(huán)境箱頂部和底部均開孔，所述的拉伸桿從環(huán)境箱頂部開孔伸入環(huán)境箱內(nèi)部，還有另一根拉伸桿從 環(huán)境箱底部的開孔伸入環(huán)境箱內(nèi)部，兩根拉伸桿相對(duì)設(shè)置且其端部均設(shè)有夾具；所述雙柱 機(jī)架的底座上設(shè)導(dǎo)軌，所述液氮?dú)饣评湎到y(tǒng)環(huán)境箱底部設(shè)有與該導(dǎo)軌相匹配的卡裝部件，環(huán)境箱通過導(dǎo)軌與底座實(shí)現(xiàn)連接且能沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)；環(huán)境箱內(nèi)設(shè)兩個(gè)熱電偶，一個(gè)置于環(huán)境箱內(nèi)部空間內(nèi)并連接至溫度控制器用于環(huán)境箱溫度反饋控制，另一個(gè)緊貼試樣以準(zhǔn)確獲得試樣溫度； 液氮直接制冷系統(tǒng)包括通過平臺(tái)置于雙柱機(jī)架底座上的環(huán)境箱，該環(huán)境箱是一個(gè)盛裝液氮或液氦的容器，其容器蓋上設(shè)有開孔；拉伸桿和兩根接于迷你機(jī)架的迷你機(jī)架反向桿分別經(jīng)開孔伸入環(huán)境箱內(nèi)部，迷你機(jī)架與環(huán)境箱的內(nèi)壁不接觸；兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的夾具分別安裝在拉伸桿一端和迷你機(jī)架上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，在所述液氮?dú)饣评湎到y(tǒng)和液氮直接制冷系統(tǒng)的環(huán)境箱內(nèi)設(shè)有能工作于深冷環(huán)境的引伸計(jì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述液氮直接制冷系統(tǒng)包括用于向環(huán)境箱內(nèi)通入液氮的金屬軟管，其底部設(shè)有能使液氮穩(wěn)定流出的相分離器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述液氮直接制冷系統(tǒng)的環(huán)境箱置于電子秤之上，其容器蓋上設(shè)有用于通過測(cè)量液位用刻度尺的開孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4任意一項(xiàng)中所述的裝置，其特征在于，所述作動(dòng)器位于橫梁的上方或下方；作動(dòng)器位于橫梁的一側(cè)，而所述拉伸桿及環(huán)境箱則位于橫梁的另一側(cè)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及材料力學(xué)性能測(cè)試領(lǐng)域，旨在提供一種深冷環(huán)境材料力學(xué)性能檢測(cè)試驗(yàn)裝置。該裝置包括試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)、低溫恒溫系統(tǒng)以及試驗(yàn)機(jī)主體，試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)包括連接至計(jì)算機(jī)的電子伺服控制器；試驗(yàn)機(jī)主體由液壓源和雙柱機(jī)架組成；低溫恒溫系統(tǒng)有兩套且能相互切換使用，分別是液氮?dú)饣评湎到y(tǒng)和液氮直接制冷系統(tǒng)。該裝置可以實(shí)現(xiàn)從常溫到零下185℃以及液氮溫度下的材料拉伸及疲勞試驗(yàn)，可方便地實(shí)現(xiàn)液氮?dú)饣评浜鸵旱苯又评鋬煞N方式的切換，具有試驗(yàn)溫度范圍大，檢測(cè)精度高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N3/18GK202757843SQ20122040604
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者鄭津洋, 高曉哲, 繆存堅(jiān), 郭阿賓, 顧超華, 賀世正, 馬利, 黃澤 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)