本實(shí)用新型涉及材料力學(xué)性能試驗(yàn)領(lǐng)域，特別涉及一種可在高寒氣候戶外環(huán)境開展材料拉、壓、彎載荷疲勞試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)備。

背景技術(shù)：
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隨著我國戰(zhàn)略需求的轉(zhuǎn)變，高寒邊疆環(huán)境早已成為裝備服役的熱點(diǎn)區(qū)域，高寒、大溫差、太陽輻射等嚴(yán)酷的高寒氣候環(huán)境對裝備環(huán)境適應(yīng)性提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。高寒氣候環(huán)境服役的裝備材料，由于長時間的復(fù)雜高寒氣候環(huán)境與反復(fù)的拉伸、壓縮、彎曲等工況載荷的耦合作用，導(dǎo)致裝備關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件和部分功能件提前腐蝕/老化失效，裝備整體性能急劇下降，嚴(yán)重影響裝備的可靠安全服役。因此，提供先進(jìn)、有效的試驗(yàn)裝置研究高寒氣候環(huán)境與拉、壓、彎工況載荷耦合作用下的裝備材料力學(xué)性能變化已經(jīng)成為保障裝備高寒氣候環(huán)境服役必不可少的基本要求。

目前，國內(nèi)外對于高寒氣候環(huán)境與拉、壓、彎工況載荷耦合作用下的材料力學(xué)性能試驗(yàn)沒有有效的方法，也沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備。為了掌握環(huán)境因素與拉、壓、彎工況載荷相互作用下材料性能變化，研究人員在普通疲勞試驗(yàn)裝置基礎(chǔ)上增加能夠?qū)嶒?yàn)室模擬溫度、濕度等環(huán)境因素的環(huán)境箱，如中國專利“深冷環(huán)境材料力學(xué)性能檢測試驗(yàn)裝置（CN 102798573 A）”公開了一種可實(shí)現(xiàn)從常溫到液氮溫度的材料疲勞試驗(yàn)裝置，中國專利“液氮溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲多試樣連續(xù)測試裝置（CN 103900914 A）”公開了一種低溫下多試樣自動換樣、一次裝樣可連續(xù)測試多個試樣的三點(diǎn)彎曲測試裝置。目前，已有的疲勞試驗(yàn)裝置，僅僅是將普通疲勞試驗(yàn)裝置增加能夠?qū)嶒?yàn)室模擬溫度、濕度等環(huán)境因素的環(huán)境箱，通常僅能進(jìn)行單一環(huán)境條件的模擬。高寒氣候環(huán)境下裝備服役過程中，除遭受反復(fù)的拉、壓、彎工況載荷影響外，裝備構(gòu)件材料尤其是高分子材料，通常是在太陽輻射、高寒、大溫差、濕度等多種環(huán)境因素綜合作用下腐蝕/老化失效。因此，現(xiàn)有的疲勞試驗(yàn)裝置由于僅僅是實(shí)驗(yàn)室條件下模擬單一環(huán)境因素對材料的影響，不能真實(shí)反映復(fù)雜的高寒氣候環(huán)境與拉、壓、彎工況載荷耦合作用下的疲勞力學(xué)性能變化，且現(xiàn)有的疲勞試驗(yàn)裝置本身能否在高寒氣候戶外環(huán)境下工作也沒有相關(guān)報道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠在高寒氣候戶外環(huán)境下開展材料拉、壓、彎載荷疲勞試驗(yàn)等力學(xué)性能檢測的設(shè)備，克服現(xiàn)有疲勞試驗(yàn)裝置僅能在實(shí)驗(yàn)室模擬單一環(huán)境因素對材料性能影響存在的不足，填補(bǔ)疲勞試驗(yàn)裝置在氣候環(huán)境-工況載荷耦合試驗(yàn)技術(shù)方面的空白。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種高寒氣候戶外環(huán)境-拉、壓、彎載荷耦合試驗(yàn)裝置，包括機(jī)箱及位于機(jī)箱內(nèi)的測試裝置，在所述機(jī)箱的頂面設(shè)置有兩根相對的立柱，在兩根立柱的上部套設(shè)有上橫梁，在所述上橫梁的外側(cè)面上安裝有靜載加荷機(jī)構(gòu)，在所述上橫梁的內(nèi)側(cè)面上安裝有夾具，所述靜載加荷機(jī)構(gòu)與所述夾具的一端連接，在所述夾具的另一端連接有撐桿，所述撐桿與所述機(jī)箱內(nèi)的測試裝置連接，其特征在于：還包括設(shè)置在高寒氣候戶外環(huán)境下的隔離室，所述上橫梁、靜載加荷機(jī)構(gòu)和所述夾具位于所述隔離室外，所述機(jī)箱及機(jī)箱內(nèi)的測試裝置位于所述隔離室內(nèi)。采用上述方式設(shè)置的試驗(yàn)設(shè)備，能夠真實(shí)地測試出材料在高寒環(huán)境下的力學(xué)性能。使得測試結(jié)果更加真實(shí)、可靠、精確、準(zhǔn)確。其中、所述立柱、撐桿、靜載荷加載機(jī)構(gòu)、夾具等可采用耐寒材料。其中，所述上橫梁的外側(cè)面是指所述上橫梁朝向所述立柱延伸的那一面，相反的一面為內(nèi)側(cè)面。

為了進(jìn)一步方便操作，所述隔離室部分位于地面之下，部分位于地面之上。采用這樣的設(shè)置還能提高試驗(yàn)裝置的穩(wěn)定性和可靠性。

為了進(jìn)一步提高效率，所述夾具有多個，每一個夾具都與一個撐桿的上端部連接，每一個撐桿的下端部均與下橫梁連接，所述下橫梁與所述機(jī)箱內(nèi)的測試裝置連接。

為了進(jìn)一步提高測力精度，在每一個撐桿的下端均套設(shè)有溫度補(bǔ)償傳感器。

進(jìn)一步地，所述下橫梁與所述機(jī)箱內(nèi)的振幅加載機(jī)構(gòu)連接。

為了進(jìn)一步提高測試的穩(wěn)定性，所述振幅加載機(jī)構(gòu)包括與所述下橫梁連接的運(yùn)動部件，所述運(yùn)動部件下部通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)驅(qū)動，所述曲柄滑塊機(jī)構(gòu)通過伺服電機(jī)驅(qū)動，在所述運(yùn)動部件的兩側(cè)設(shè)置有直線導(dǎo)軌。

為了進(jìn)一步提高曲柄滑塊機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)精度，在所述曲柄滑塊機(jī)構(gòu)上還設(shè)置有振幅調(diào)整墊塊。具體為在曲柄的臺階和滑塊之間墊入有嚴(yán)格公差要求的不同厚度墊塊。

進(jìn)一步地，在所述機(jī)箱的兩側(cè)設(shè)置有支承座，所述支撐座與所述機(jī)箱兩側(cè)面連接。

為了進(jìn)一步提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，在所述機(jī)箱的底面設(shè)置有角度調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述角度調(diào)整機(jī)構(gòu)由至少一個可拆卸地角度架組成，在所述角度架底面設(shè)置有支座。

優(yōu)選地，所述角度架為兩個且可拆卸的安裝在所述支座與所述機(jī)箱的底面之間，其中一個角度架為15°，另一個角度架為30°。

采用本實(shí)用新型的有益效果為：

1. 本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置可在高寒氣候戶外環(huán)境下耐久工作，實(shí)現(xiàn)材料在高寒氣候環(huán)境-拉、壓、彎載荷耦合作用下的疲勞試驗(yàn)；

2. 本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置上半部分曝露在高寒氣候戶外環(huán)境中，包括上橫梁、立柱、夾具和試樣等，保證了試樣在真實(shí)的自然環(huán)境中進(jìn)行拉、壓、彎載荷疲勞試驗(yàn)；

3. 本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置下半部分固定在鋼筋混凝土基礎(chǔ)內(nèi)，包括電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、力傳感器、計(jì)算機(jī)、振幅調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及其它電器元件，避免了試驗(yàn)裝置不耐寒部分直接暴露于高寒氣候戶外環(huán)境中，可有效保證試驗(yàn)裝置長久工作；

4. 本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)了擺角調(diào)整機(jī)構(gòu)，試驗(yàn)裝置可根據(jù)需求調(diào)整到與水平面成30°、45°、15°、90°等角度，試樣可以接收不同角度的光照、雨雪等自然環(huán)境條件腐蝕/老化的影響；

5. 本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置設(shè)有短信報警功能，在試樣斷裂或設(shè)備發(fā)生異常時向事先設(shè)定的手機(jī)號碼發(fā)送信息，有效確保試驗(yàn)的正常運(yùn)行與事故的及時處理；

6. 本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)裝置測試出的材料的力學(xué)性能更真實(shí)可靠、準(zhǔn)確度和精度更高。

附圖說明：

圖1 為實(shí)施例中高寒氣候環(huán)境材料力學(xué)性能試驗(yàn)裝置；

圖2為不含隔離室的試驗(yàn)裝置主視圖；

圖3為圖2的軸測圖；

圖4為機(jī)箱及測試裝置剖視圖；

圖5為拉伸夾具結(jié)構(gòu)圖；

圖6為壓縮夾具結(jié)構(gòu)圖；

圖7為彎曲夾具結(jié)構(gòu)圖。

標(biāo)號說明：1靜載加荷機(jī)構(gòu)；2上橫梁；3夾具；4試件；5溫度補(bǔ)償傳感器；6立柱；7直線導(dǎo)軌；8運(yùn)動部件；9支撐座；10振幅調(diào)整墊塊；11曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；12機(jī)箱；13角度調(diào)整機(jī)構(gòu)；14傳動機(jī)構(gòu)；15伺服電機(jī)；16主軸系統(tǒng)；17撐桿；18隔離室；19下橫梁；20角度架；21支座；22試件；31拉伸夾具；311夾嘴部；32壓縮夾具，322壓盤；33彎曲夾具；331壓頭；332夾具體。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本實(shí)用新型并不局限于這些實(shí)施方式，任何在本實(shí)施例基本精神上的改進(jìn)或代替，仍屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍。

實(shí)施例：如圖1-7所示，一種高寒氣候戶外環(huán)境-拉、壓、彎載荷耦合試驗(yàn)裝置，包括機(jī)箱12及位于機(jī)箱12內(nèi)的測試裝置，在所述機(jī)箱12的頂面設(shè)置有兩根相對的立柱6且分別位于所述機(jī)箱12頂面的兩端，在兩根立柱6的上部套設(shè)有上橫梁2，在所述上橫梁2的外側(cè)面上安裝有靜載加荷機(jī)構(gòu)1，在所述上橫梁2的內(nèi)側(cè)面上安裝有夾具3，所述靜載加荷機(jī)構(gòu)1與所述夾具3的一端連接，在所述夾具3的另一端連接有撐桿17，所述撐桿17與所述機(jī)箱12內(nèi)的測試裝置連接，還包括設(shè)置在高寒氣候戶外環(huán)境下的隔離室18，所述上橫梁2、靜載加荷機(jī)構(gòu)1和所述夾具3位于所述隔離室18外，所述機(jī)箱12及機(jī)箱內(nèi)的測試裝置位于所述隔離室18內(nèi)。其中，所述上橫梁2的外側(cè)面是指所述上橫梁2朝向所述立柱6延伸的那一面，相反的一面為內(nèi)側(cè)面。而且所述上橫梁2套設(shè)在所述立6柱上之后，可以通過鎖緊螺釘進(jìn)行定位鎖緊，立柱6下端與所述機(jī)箱12之間可通過漲緊套鎖緊。使得上橫梁2、立柱6與機(jī)箱12之間形成一個封閉的受力框架。另外，所述隔離室18可以全部位于地面下、可全部位于地面上、也可部分位于地面之下部分位于地面之上。本實(shí)施例中采用或者，即所述隔離室18部分位于地面上部分位于地面下，這樣一來，一是能夠提高試驗(yàn)裝置的穩(wěn)定性，避免其被強(qiáng)、臺風(fēng)影響，二是能夠方便操作人員進(jìn)入隔離室中進(jìn)行操作。

另外，所述夾具3可以為單個和多個，比如說3個、4個、8個、10個等等。但在本實(shí)施例中，所述夾具3具有5個且沿所述上橫梁2的軸向均勻排列。且每一個夾具3都與一個撐桿17的上端部連接，每一個撐桿17的下端部均與下橫梁19連接，所述下橫梁與19所述機(jī)箱12內(nèi)的測試裝置連接。并且，在每一個撐桿17的下端均套設(shè)有溫度補(bǔ)償傳感器5。

其中，所述測試裝置包括設(shè)置在所述機(jī)箱12內(nèi)的振幅加載機(jī)構(gòu)、傳感器及其他電器元件等。所述下橫梁19與所述機(jī)箱12內(nèi)的振幅加載機(jī)構(gòu)連接，所述振幅加載機(jī)構(gòu)包括與所述下橫梁19連接的運(yùn)動部件8，所述運(yùn)動部件8下部通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)11驅(qū)動，所述曲柄滑塊機(jī)構(gòu)11通過伺服電機(jī)15驅(qū)動，在所述運(yùn)動部件8的兩側(cè)設(shè)置有直線導(dǎo)軌7。其中，所述伺服電機(jī)15設(shè)置在所述機(jī)箱內(nèi)的一側(cè)，所述伺服電機(jī)15通過傳動機(jī)構(gòu)14（比如說皮帶機(jī)構(gòu)或齒輪機(jī)構(gòu)等）將動力傳遞到主軸系統(tǒng)16，所述主軸系統(tǒng)16驅(qū)動所述曲柄滑塊機(jī)構(gòu)11，所述曲柄滑塊機(jī)構(gòu)11在將動力傳遞給運(yùn)動部件8，所述運(yùn)動部件8上下直線運(yùn)動，并將動力傳遞給下橫梁19，進(jìn)而傳遞待測試的工件，對待測試的工件進(jìn)行振幅的加載。并且，在所述運(yùn)動部件8的兩側(cè)設(shè)置的直線導(dǎo)軌7能保證所述運(yùn)動部件8直線運(yùn)動。另外，在所述曲柄滑塊機(jī)構(gòu)11上還設(shè)置有振幅調(diào)整墊塊10。具體結(jié)構(gòu)為：曲柄與旋轉(zhuǎn)主軸相連，滑塊與直線導(dǎo)軌相連，整個機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線往復(fù)運(yùn)動；當(dāng)曲柄的臺階和滑塊之間墊入有嚴(yán)格公差要求的不同厚度墊塊時，滑塊產(chǎn)生相對數(shù)值的偏心距離，曲柄轉(zhuǎn)動時與滑塊連接的直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)產(chǎn)生對應(yīng)的振幅。

在本實(shí)施例中，所述試驗(yàn)裝置通過在所述機(jī)箱12的兩側(cè)設(shè)置支承座9進(jìn)行支撐。所述支撐座9與所述機(jī)箱12兩側(cè)面連接。其中連接方式可以為螺釘連接、鉸接、焊接等等。在本實(shí)施例中，在所述機(jī)箱12的兩側(cè)設(shè)置有向外凸出的圓柱體，在所述支撐座9的頂部設(shè)置有上下兩墊塊，在所述上下兩墊塊之間設(shè)置有與所述圓柱體相配合的通孔，所述圓柱體位于所述通孔內(nèi)，且所述上下兩墊塊之間通過螺釘連接。

另外，在所述機(jī)箱12的底面設(shè)置有角度調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述角度調(diào)整機(jī)構(gòu)13包括設(shè)置在所述機(jī)箱12底面的至少一個角度架20，另外，在所述角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的底面還設(shè)置有用于支撐的支座21，所述角度架20可拆卸地連接在所述機(jī)箱12底面與所述支座21頂面之間。在本實(shí)施例中，所述角度架12為兩個，其中一個角度架12為15°，另一個角度架12為30°。其中任意一個角度架12均由相互具有角度的兩平板構(gòu)成，在兩平板之間設(shè)置有加強(qiáng)筋，并且在兩平板上且沿其外圍均設(shè)置有通孔或者螺紋孔，以便于將平板與所述機(jī)箱12的底面、支座21的頂面或者其他角度架12的平板連接。所以在調(diào)整試件22的角度時，只需通過調(diào)整角度架20即可達(dá)到。如當(dāng)僅使用30°的角度架時，所述試件22與水平面呈60°夾角，當(dāng)僅使用15°的角度架時，所述試件22與水平面呈75°夾角，當(dāng)同時使用30°和15°的角度架時，所述試件22與水平面呈45°夾角。當(dāng)然還可以增加各種角度的角度架20，各個角度架20之間可相互組合以調(diào)節(jié)所述試件22與水平面的夾角。

另外，在本實(shí)施例中，所述夾具至少具有三種，分別為拉伸夾具31、壓縮夾具32和彎曲夾具33。其中，所述拉伸夾具31由上下兩個夾嘴部311組成，試件22位于上下兩夾嘴部311之間，上夾嘴部通過鎖緊螺母與所述靜載加荷機(jī)構(gòu)1連接，下夾嘴部通過鎖緊螺釘與所述撐桿17連接。所述壓縮夾具32有上下兩個壓盤321組成，試件22位于上下兩個壓盤321之間，其中上壓盤與靜載加荷機(jī)構(gòu)1連接，下壓盤與所述撐桿17連接。所述彎曲夾具33由壓頭331和夾具體332組成，其中壓頭331與所述靜載加荷機(jī)構(gòu)1連接，夾具體332與所述撐桿17連接。

采用本實(shí)施例的高寒氣候環(huán)境材料力學(xué)性能試驗(yàn)裝置，在試驗(yàn)過程中，將試件22裝上夾角3，并通過靜載加荷機(jī)構(gòu)1調(diào)整試件22的預(yù)載荷，然后將所述試驗(yàn)裝置的靜載加荷機(jī)構(gòu)1、試件22及部分立柱6和撐桿17從所述隔離室18的頂部伸出到戶外，然后采用封閉板將所述隔離室18的頂部封閉，其中所述封閉板為可調(diào)整的多塊，且所述封閉板可以為獨(dú)立設(shè)置，也可套設(shè)在所述立柱6與撐桿17之間。將所述隔離室18封閉之后，操作人員可啟動測試裝置，使得振幅加載機(jī)構(gòu)對試件22進(jìn)行力的加載，并采用傳感器和計(jì)算機(jī)計(jì)算試件的力學(xué)性能。而且本實(shí)施例的試驗(yàn)裝置設(shè)有短信報警功能，在試樣斷裂或設(shè)備發(fā)生異常時向事先設(shè)定的手機(jī)號碼發(fā)送信息，有效確保試驗(yàn)的正常運(yùn)行與事故的及時處理。

采用本實(shí)施例的試驗(yàn)裝置，能夠在高寒氣候戶外環(huán)境下耐久工作，實(shí)現(xiàn)材料在高寒氣候環(huán)境-拉、壓、彎載荷耦合作用下的疲勞試驗(yàn)。并且本實(shí)施例的試驗(yàn)裝置上半部分曝露在高寒氣候戶外環(huán)境中，包括上橫梁2、立柱6、夾具3和試件22等，保證了試件22在真實(shí)的自然環(huán)境中進(jìn)行拉、壓、彎載荷疲勞試驗(yàn)；試驗(yàn)裝置下半部分固定在鋼筋混凝土基礎(chǔ)內(nèi)，包括電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、力傳感器、計(jì)算機(jī)、振幅調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及其它電器元件，避免了試驗(yàn)裝置不耐寒部分直接暴露于高寒氣候戶外環(huán)境中，可有效保證試驗(yàn)裝置長久工作。

而且，本實(shí)施例的試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)了角度調(diào)整機(jī)構(gòu)13，試驗(yàn)裝置可根據(jù)需求調(diào)整到與水平面成15°、30°、45°、90°等角度，試樣可以接收不同角度的光照、雨雪等自然環(huán)境條件腐蝕/老化的影響。最后采用本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)裝置測試出的材料的力學(xué)性能更真實(shí)可靠、準(zhǔn)確度和精度更高。