超低溫環(huán)境下進(jìn)行光學(xué)應(yīng)變場(chǎng)測(cè)量的試片拉伸試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)低溫靜力試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超低溫環(huán)境下進(jìn)行光學(xué)應(yīng)變場(chǎng)測(cè)量的試片拉伸試驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]新一代運(yùn)載火箭采用液氫、液氧作為推進(jìn)劑介質(zhì)，液氫液氧低溫環(huán)境使得貯箱飛行過(guò)程中承受著高低溫的交變惡劣環(huán)境，然而貯箱所采用的不同焊接工藝直接影響到貯箱在低溫環(huán)境下的極限承載能力，需要準(zhǔn)確獲取焊接接頭不同區(qū)域的力學(xué)性能參數(shù)，為貯箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供更全面可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)依據(jù)。目前火箭貯箱的焊接工藝已經(jīng)由熔焊發(fā)展到了攪拌摩擦焊，焊接技術(shù)的革新以及焊接結(jié)構(gòu)的大量使用，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)低溫力學(xué)性能試驗(yàn)技術(shù)提出更高的要求，因此，如何準(zhǔn)確獲取更為詳細(xì)、全面的關(guān)鍵力學(xué)性能參數(shù)，針對(duì)貯箱的焊接接頭進(jìn)行低溫環(huán)境下力學(xué)性能的測(cè)試研究顯得極為重要。
[0003]國(guó)內(nèi)外針對(duì)焊接結(jié)構(gòu)低溫試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了大量研究，如美國(guó)阿波羅計(jì)劃中，成功采用了 T1-5Al-2.5Sn制造液氫貯箱等壓力容器和導(dǎo)管結(jié)構(gòu)，根據(jù)壓力容器的實(shí)際服役條件，對(duì)T1-5Al-2.5Sn材料進(jìn)行了大量的力學(xué)性能研究工作。國(guó)內(nèi)七O三所檢測(cè)分析中心在80年代為某型號(hào)研制，針對(duì)該部件材料及焊接接頭開展了常溫、液氮、液氫溫度介質(zhì)條件下的強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性、表面裂紋斷裂韌性、疲勞性能、蠕變性能、熱疲勞以及熱膨脹、導(dǎo)熱系數(shù)等力學(xué)、物理性能測(cè)試研究。然而，上述研究是將焊接接頭視為一個(gè)整體進(jìn)行分析，并沒(méi)有將其進(jìn)行區(qū)域細(xì)化，更沒(méi)有獲取焊接接頭不同區(qū)域性的力學(xué)性能參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種超低溫環(huán)境下進(jìn)行光學(xué)應(yīng)變場(chǎng)測(cè)量的試片拉伸試驗(yàn)系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足。
[0005]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為:
[0006]一種超低溫環(huán)境下進(jìn)行光學(xué)應(yīng)變場(chǎng)測(cè)量的試片拉伸試驗(yàn)系統(tǒng)，包括液氮槽、固定法蘭、試片夾頭、拉伸試片、轉(zhuǎn)接工裝、滑輪支架、定滑輪、鋼絲繩、力傳感器、連接拉桿、作動(dòng)筒、調(diào)節(jié)板、承力梁、直立柱、底座、承力地軌、C⑶照相機(jī)、LED光源、ARAMIS光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)、溫度測(cè)量系統(tǒng)、電阻應(yīng)變片測(cè)量系統(tǒng)、液壓自動(dòng)協(xié)調(diào)加載與控制系統(tǒng)；
[0007]液氮槽固定在承力地軌上，在液氮槽的側(cè)面承力板上連接固定法蘭，固定法蘭與第一個(gè)試片夾頭連接，再依次連接拉伸試片和第二個(gè)試片夾頭，第二個(gè)試片夾頭與轉(zhuǎn)接工裝連接；滑輪支架固支連接在液氮槽的固定承力底板上，定滑輪安裝在滑輪支架上；在液氮槽的外部，搭建承力龍門架，龍門架包括承力梁、直立柱、底座；力傳感器依次與連接拉桿、作動(dòng)筒連接形成拉力載荷施加系統(tǒng)，鋼絲繩一端與轉(zhuǎn)接工裝進(jìn)行連接，通過(guò)定滑輪轉(zhuǎn)向，鋼絲繩的另一端與拉力載荷施加系統(tǒng)的力傳感器連接；作動(dòng)筒通過(guò)調(diào)節(jié)板與承力梁連接；液氮槽的上方設(shè)置有CCD照相機(jī)和LED光源；
[0008]在拉伸試片的上表面噴涂黑白相間自噴漆，通過(guò)CXD照相機(jī)采集的圖像數(shù)據(jù)通過(guò)電纜傳輸?shù)紸RAMIS光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)；在拉伸試片上粘貼熱電偶，通過(guò)連接電纜將采集的溫度數(shù)據(jù)傳輸給溫度測(cè)量系統(tǒng)；在拉伸試片上粘貼電阻應(yīng)變片，通過(guò)連接電纜將采集的應(yīng)變數(shù)據(jù)傳輸給電阻應(yīng)變片測(cè)量系統(tǒng)；力傳感器、作動(dòng)筒通過(guò)連接電纜接入到液壓自動(dòng)協(xié)調(diào)加載與控制系統(tǒng)，對(duì)拉伸試片施加載荷。
[0009]所述ARAMIS光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)采用基于數(shù)字散斑相關(guān)方法的ARAMIS測(cè)量系統(tǒng)。
[0010]所述溫度測(cè)量系統(tǒng)采用德維創(chuàng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，設(shè)備型號(hào)為DS-NET。
[0011]所述電阻應(yīng)變片測(cè)量系統(tǒng)采用LXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0012]所述液壓自動(dòng)協(xié)調(diào)加載與控制系統(tǒng)采用FCS多通道自動(dòng)協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)。
[0013]所述液氮槽通過(guò)連接螺栓固定在承力地軌上。
[0014]所述固定法蘭與第一個(gè)試片夾頭通過(guò)M16的螺紋連接。
[0015]所述第二個(gè)試片夾頭與轉(zhuǎn)接工裝進(jìn)行螺紋連接。
[0016]所述輪支架固支連接在液氮槽的固定承力底板上。
[0017]本發(fā)明所取得的有益效果為:
[0018]本發(fā)明所述的超低溫環(huán)境下進(jìn)行光學(xué)應(yīng)變場(chǎng)測(cè)量的試片拉伸試驗(yàn)系統(tǒng)充分利用光學(xué)測(cè)量手段的優(yōu)勢(shì)，具有非接觸、全場(chǎng)測(cè)量、多尺度等特點(diǎn)，試驗(yàn)過(guò)程中不僅能夠?qū)崿F(xiàn)液氮環(huán)境下拉伸試片的拉伸載荷施加，同時(shí)滿足CCD照相機(jī)的圖像數(shù)據(jù)采集要求，可以完全避免拉伸試片表面在低溫環(huán)境下結(jié)霜問(wèn)題，對(duì)液氮環(huán)境下試片拉伸過(guò)程中的變形進(jìn)行測(cè)試，若拉伸試片為焊接試片，則可獲得焊接試片不同區(qū)域，包括焊縫區(qū)、熔合區(qū)和母材區(qū)的應(yīng)變場(chǎng)分布，不同區(qū)域的強(qiáng)度極限，不同區(qū)域的延伸率，整體/局部應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系等力學(xué)性能，深入分析了不同焊接試片的結(jié)構(gòu)變形。不僅成功實(shí)踐了貯箱焊接結(jié)構(gòu)件的低溫光測(cè)技術(shù)的工程應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)貯箱橢球箱底焊接工藝升級(jí)換代，大幅提高我國(guó)運(yùn)載火箭貯箱焊接質(zhì)量，提供數(shù)據(jù)支撐和重要依據(jù)。
[0019]采用本發(fā)明順利完成了鋁合金母材試片和焊接試片在液氮環(huán)境中的低溫拉伸試驗(yàn)，采用先進(jìn)的光學(xué)測(cè)量獲得了焊接試片不同區(qū)域和關(guān)鍵部位的應(yīng)變場(chǎng)分布、分析了液氮環(huán)境下試片拉伸過(guò)程中不同區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和延伸率，對(duì)焊接試片在超低溫環(huán)境中的力學(xué)性能有了更深認(rèn)識(shí)，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，滿足試驗(yàn)要求，并達(dá)到了試驗(yàn)考核目的，獲得圓滿成功，證實(shí)了這種靜力試驗(yàn)系統(tǒng)和光學(xué)測(cè)量測(cè)試方法的科學(xué)性和有效性，并為后續(xù)型號(hào)靜力試驗(yàn)的實(shí)施和開展奠定了牢固的試驗(yàn)技術(shù)儲(chǔ)備。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明所述超低溫環(huán)境下進(jìn)行光學(xué)應(yīng)變場(chǎng)測(cè)量的試片拉伸試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖中:1、液氮槽；2、固定法蘭；3、試片夾頭；4、拉伸試片；5、轉(zhuǎn)接工裝；6、滑輪支架；7、定滑輪；8、鋼絲繩；9、力傳感器；10、連接拉桿；11、作動(dòng)筒；12、調(diào)節(jié)板；13、承力梁；
14、直立柱；15、底座；16、承力地軌；17、CXD照相機(jī)；18、LED光源；19 ；ARAMIS光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)；20、溫度測(cè)量系統(tǒng)；21、電阻應(yīng)變片測(cè)量系統(tǒng)；22、液壓自動(dòng)協(xié)調(diào)加載與控制系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如圖1所示，本發(fā)明所述超低溫環(huán)境下進(jìn)行光學(xué)應(yīng)變場(chǎng)測(cè)量的試片拉伸試驗(yàn)系統(tǒng)包括:液氮槽1、固定法蘭2、試片夾頭3、拉伸試片4、轉(zhuǎn)接工裝5、滑輪支架6、定滑輪7、鋼絲繩8、力傳感器9、連接拉桿10、作動(dòng)筒11、調(diào)節(jié)板12、承力梁13、直立柱