一種熱力耦合作用下材料疲勞試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種熱力耦合作用下材料疲勞試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]材料熱力耦合作用下的疲勞試驗(yàn)，是準(zhǔn)確評(píng)估實(shí)際應(yīng)用中材料性能或壽命的有效途徑。但是目前已有的疲勞試驗(yàn)機(jī)只單一考慮了熱負(fù)荷或機(jī)械負(fù)荷的作用，實(shí)際上很多材料或產(chǎn)品在實(shí)際工作中受到的是熱負(fù)荷、機(jī)械負(fù)荷的綜合作用，如果只單獨(dú)考慮熱負(fù)荷或機(jī)械負(fù)荷，將很難準(zhǔn)確評(píng)估材料或產(chǎn)品的應(yīng)力狀態(tài)和預(yù)測(cè)材料或產(chǎn)品的疲勞壽命。而且現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)備復(fù)雜、能耗高、升溫降溫周期長，導(dǎo)致單次試驗(yàn)的周期長，而通常情況下試樣都要經(jīng)過上千次試驗(yàn)，使得試樣的熱力耦合疲勞試驗(yàn)耗時(shí)較長。雖然也出現(xiàn)過一種熱力耦合疲勞加載裝置，但是其只能對(duì)試樣進(jìn)行加熱和旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞加載。同時(shí)傳統(tǒng)的加載夾具都比較單一，不能夠適應(yīng)多種試樣的裝夾和加載。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種低能耗、能夠快速升降溫和實(shí)現(xiàn)拉伸和壓縮的熱力耦合疲勞試驗(yàn)裝置。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0005]—種熱力耦合作用下材料疲勞試驗(yàn)裝置，包括用于對(duì)試樣提供單軸的拉伸載荷或者壓縮載荷的加載裝置、用于快速加熱的加熱裝置、用于快速冷卻試樣的冷卻裝置、測(cè)試裝置和控制裝置，所述加載裝置包括兩個(gè)夾座以及驅(qū)動(dòng)兩個(gè)夾座靠攏和背離的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述加熱裝置包括高頻感應(yīng)加熱爐和感應(yīng)線圈，所述加熱裝置的感應(yīng)線圈位于兩個(gè)夾座之間形成的試樣加載區(qū)域內(nèi)，所述冷卻裝置靠近試樣加載區(qū)域。
[0006]作為優(yōu)選:所述加載裝置還包括支撐機(jī)構(gòu)、固定座、移動(dòng)座和多根導(dǎo)向柱，所述固定座安裝在支撐機(jī)構(gòu)上部，移動(dòng)座位于固定座上方，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在支撐機(jī)構(gòu)下部，所述導(dǎo)向柱豎直穿過固定座，導(dǎo)向柱上端與移動(dòng)座連接，下端與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，兩個(gè)所述夾座正對(duì)地安裝在移動(dòng)座和固定座上。
[0007]作為優(yōu)選:所述支撐機(jī)構(gòu)包括底座和設(shè)置在底座上的支撐柱，所述固定座安裝在支撐柱上端;所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上端安裝有支撐板，所述導(dǎo)向柱下端固定在支撐板上，所述固定座上設(shè)置有與導(dǎo)向柱對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向套。
[0008]作為優(yōu)選:所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為氣缸或液壓缸，所述冷卻裝置包括噴頭，所述噴頭通過管路與空壓機(jī)或水箱連接，所述固定座上設(shè)置有集水槽，該集水槽位于試樣加載區(qū)域下方，所述集水槽通過管路與水箱連接。
[0009]作為優(yōu)選:兩個(gè)夾座分別為上夾座和下夾座，上夾座和下夾座正對(duì)，上夾座通過稱重傳感器安裝在移動(dòng)座下表面，上夾座通過螺紋安裝在稱重傳感器下端，所述下夾座通過安裝座固定在固定座上。
[0010]作為優(yōu)選:所述支撐板上表面與固定座下表面分別設(shè)置有一個(gè)夾座，兩個(gè)夾座之間形成另一個(gè)試樣加載區(qū)域，并設(shè)置有冷卻裝置和加熱裝置，固定座上方和下方的兩個(gè)加載區(qū)域同時(shí)對(duì)試樣進(jìn)行加載。上下兩個(gè)加載區(qū)域可以同時(shí)對(duì)同一試樣進(jìn)行拉伸和壓縮的加載，節(jié)省時(shí)間。
[0011]作為優(yōu)選:所述夾座包括支撐塊，所述支撐塊上開設(shè)有用于安裝夾頭的第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽與第二凹槽連通，第一凹槽的寬度小于第二凹槽的寬度，使得夾頭能從支撐塊側(cè)面裝入，且限制其豎直方向移動(dòng)。
[0012]作為優(yōu)選:所述夾頭包括安裝段和用于固定試樣的裝夾段，所述安裝段為與第一凹槽和第二凹槽相適應(yīng)階梯軸狀，裝夾段上設(shè)置有用于與試樣連接或配合的定位結(jié)構(gòu)。
[0013]作為優(yōu)選:所述冷卻裝置包括噴頭以及用于支撐噴頭的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括底板、壓筒、支撐桿和彈簧，所述支撐桿下端連接有壓盤，該壓盤位于所述壓筒內(nèi)，支撐桿向上伸出壓筒，所述彈簧設(shè)置在壓盤與底板之間，且壓筒與壓盤之間設(shè)置有相配合的限位槽和凸臺(tái)，所述支撐桿上端設(shè)置有噴頭鎖緊機(jī)構(gòu)。
[0014]作為優(yōu)選:所述加熱裝置的感應(yīng)加熱線圈可拆卸地安裝在高頻感應(yīng)加熱爐上，所述高頻感應(yīng)加熱爐通過水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)支撐在箱體上，并能使感應(yīng)加熱線圈靠近或遠(yuǎn)離試樣加載區(qū)域。
[0015]作為優(yōu)選:還包括箱體，所述水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)上安裝有支撐座，支撐座中部設(shè)置有支撐套，所述高頻感應(yīng)加熱爐安裝在支撐架內(nèi)，支撐架下端安裝有螺桿，所述螺桿穿過支撐套，螺桿上套設(shè)有螺母，螺母壓在支撐套上端。
[0016]如上所述，本發(fā)明的有益效果是:
[0017]1、能夠?qū)崿F(xiàn)拉伸、壓縮狀態(tài)下的熱力耦合疲勞試驗(yàn)，以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)材料或產(chǎn)品疲勞壽命。同時(shí)通過高頻感應(yīng)加熱實(shí)現(xiàn)快速升溫，縮短加熱時(shí)間，使得試驗(yàn)周期縮短，提高試驗(yàn)效率。
[0018]2、夾座適應(yīng)性較廣，通過安裝不同的夾頭可以適應(yīng)不同的試樣試驗(yàn)，且夾頭與夾座安裝拆卸方便，能保證其較高的同軸度。
[0019]3、高頻感應(yīng)加熱爐和感應(yīng)加熱線圈能夠通過水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)、螺桿、螺母等實(shí)現(xiàn)水平、上下移動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)，便于調(diào)整感應(yīng)加熱線圈的位置，以適應(yīng)試樣不同位置的加熱，同時(shí)便于感應(yīng)加熱線圈的更換。
[0020]4、通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)噴頭的轉(zhuǎn)動(dòng)和不同位置的停留，以便噴頭的定位，避免干涉。
[0021]本發(fā)明可在加載或不加載載荷情況下對(duì)試樣進(jìn)行瞬時(shí)加熱冷卻循環(huán)，可用于極冷極熱工況下受力工件的壽命測(cè)試，能夠?qū)崿F(xiàn)拉伸、壓縮狀態(tài)下的熱力耦合疲勞試驗(yàn)，對(duì)在熱力耦合作用下的材料或產(chǎn)品疲勞壽命的考核提供了合理的考核環(huán)境，從而為材料或產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)，并為材料或產(chǎn)品的數(shù)值計(jì)算提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，并縮短加熱時(shí)間和試驗(yàn)周期，提高試驗(yàn)效率，以便能夠快速判斷數(shù)值結(jié)果的準(zhǔn)確性，能夠顯著降低材料或產(chǎn)品的研發(fā)成本，提尚材料或廣品的研發(fā)效率，提尚材料或廣品的疲勞壽命。本發(fā)明可用于國防車工、航空航天、汽車、發(fā)電機(jī)、鋼鐵、熱能、核動(dòng)力等工業(yè)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明圖1的側(cè)視示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1固定座、下夾座的俯視示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1下夾座的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1夾頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖6為本發(fā)明實(shí)施例1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖7為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]零件標(biāo)號(hào)說明
[0030]11 柜體
[0031]12液壓箱
[0032]13 水箱
[0033]14電控箱
[0034]15 箱體
[0035]21驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
[0036]22支撐板
[0037]23導(dǎo)向柱
[0038]24 固定座
[0039]25 導(dǎo)向套
[0040]26 底座[0041 ]27 移動(dòng)座
[0042]31 上夾座
[0043]32 下夾座
[0044]33 安裝座
[0045]34 螺柱
[0046]35稱重傳感器
[0047]36第一凹槽
[0048]37 第二凹槽
[0049]38集水槽
[0050]39 管路
[0051 ]41高頻感應(yīng)加熱爐
[0052]42感應(yīng)加熱線圈
[0053]43支撐架
[0054]44 螺桿
[0055]45支撐套
[0056]46 螺母
[0057]47 支撐座
[0058]48 滾輪
[0059]5 噴頭
[0060]61支撐桿[0061 ]62 壓筒
[0062]63壓盤
[0063]64彈簧
[0064]65噴頭鎖緊機(jī)構(gòu)
[0065]66安裝螺孔
[0066]71裝夾段
[0067]72安裝段
[0068]73安裝槽
[0069]74固定孔
【具體實(shí)施方式】
[0070]以下由特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。
[0071]實(shí)施例1
[0072]如圖1和圖2所示，一種熱力耦合作用下材料疲勞試驗(yàn)裝置，包括測(cè)試裝置、控制裝置、用于對(duì)試樣提供單軸的拉伸載荷或者壓縮載荷的加載裝置、用于快速加熱的感應(yīng)加熱線圈42以及用于快速冷卻試樣的冷卻裝置，所述加載裝置包括上下兩個(gè)夾座以及驅(qū)動(dòng)兩個(gè)夾座靠攏和背離的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21，所述感應(yīng)加熱線圈42位于兩個(gè)夾座之間形成的試樣加載區(qū)域內(nèi)，試驗(yàn)時(shí)，試樣豎直地置于感應(yīng)加熱線圈42內(nèi)，其他實(shí)施例中加熱裝置可以為激光加熱等;冷卻裝置靠近試樣加載區(qū)域，對(duì)熱力耦合疲勞試驗(yàn)樣品進(jìn)行快速冷卻。
[0073]所述加載裝置還包括支撐機(jī)構(gòu)、固定座24、移動(dòng)座27和多根導(dǎo)向柱23，支撐機(jī)構(gòu)包括底座26和設(shè)置在底座26上的支撐柱，本例中底座26支撐在試驗(yàn)裝置的柜體11上，固定座24安裝在支撐柱上端;移動(dòng)座27位于固定座24上方，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21安裝在底座26下方驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21可以為氣缸或液壓缸等，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21的活塞桿上端安裝有支撐板22，所述導(dǎo)向柱23豎直穿過固定座24，導(dǎo)向柱23上端與移動(dòng)座27連接，下端固定在支撐板22上，兩個(gè)所述夾座正對(duì)地安裝在移動(dòng)座27和固定座24上，為了使移動(dòng)座27能夠保持在豎直方向的穩(wěn)定移動(dòng)，固定座24上設(shè)置有與導(dǎo)向柱23對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向套25，導(dǎo)向柱23穿設(shè)在導(dǎo)向套25內(nèi)。
[0074]該結(jié)構(gòu)使用時(shí)，試樣裝夾在上下兩個(gè)夾座之間，感應(yīng)加熱線圈42位于試樣外圍，通過感應(yīng)加熱線圈42可實(shí)現(xiàn)試樣的快速升溫，溫度范圍為室溫?1300°C，冷卻裝置可實(shí)現(xiàn)快速冷卻，同時(shí)通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)21驅(qū)動(dòng)移動(dòng)座27的上下移動(dòng)進(jìn)行拉伸和壓縮的加載，實(shí)現(xiàn)試樣熱疲勞的測(cè)試。采用測(cè)試裝置，準(zhǔn)確測(cè)試試驗(yàn)樣品承受的機(jī)械載荷和表面溫度、力，可以采用接觸式或非接觸式，測(cè)試元件如熱電偶、測(cè)試管、溫度傳感器、、紅外傳感器、應(yīng)變儀等?？刂蒲b置一方面控制加載裝置的加載負(fù)荷，可以為恒定加載負(fù)荷或者變化加載負(fù)荷；另一方面控制加熱裝置和冷卻裝置的工作，檢測(cè)試樣表面溫度，當(dāng)加熱至溫度達(dá)到指定值后，控制加熱裝置停止加熱，并打開冷卻裝置進(jìn)行冷卻;冷卻至指定溫度后，又使得加熱裝置工作，如此反復(fù)循環(huán)。控制裝置與檢測(cè)裝置、加熱裝置和冷卻裝置等連接，可以由計(jì)算機(jī)、溫度控制器、載荷控制器等組成。
[0075]進(jìn)一步地，兩個(gè)夾座