CN103900914B - 液氦温区材料三点弯曲多试样连续测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料力学性能测试技术领域，具体涉及一种液氦温区材料三点弯曲多试样连续测试装置。本发明装置包括三点弯曲测试夹具、电液伺服疲劳试验机、刚性支撑、多试样自动换样机构、计算机控制***、低温杜瓦和液体注入输出管道。本发明的装置解决了现有液氦温区材料三点弯曲测试装置一次装样仅能测试单个试样、消耗液氦量较大的技术问题。本发明的装置通过多试样自动换样机构与计算机控制***的配合使用，实现低温下多试样自动换样，一次装样可连续测试多个试样，不间断进行三点弯曲数据测试，使用效率高，节约液氦使用量，能大幅降低测试成本，且***运行平稳、准确，智能化程度高、结构可靠。
Description
技术领域
本发明属于材料力学性能测试技术领域，具体涉及一种液氦温区材料三点弯曲力学性能多试样连续测试装置。
背景技术
随着我国受控核聚变、航空航天、超导技术等领域的发展，涉及到材料在极低温环境中服役的大量工程项目越来越多，其中超导技术作为未来核聚变工程领域的核心技术之一，对低温材料的需求量越来越大。同时对于已大量使用的金属材料，需要测试其低温性能，完善材料性能数据库，以扩展其使用范围。
三点弯曲试验装置，广泛地应用于材料的韧脆转变温度、抗折强度、应力应变、蠕变等特征性能的测试中。材料的这些性能数据，对于判断其组织结构变化、评价其使用性能，十分重要。材料在低温环境中工作时，其力学性能较室温下有较大变化，材料在低温下的三点弯曲性能是涉及低温工程项目实施中不可或缺的参考数据。
目前材料在室温下三点弯曲测试已有较为广泛的研究，并且适用于该性能测试的各种设备已经批量生产。对于极低温(4.2K/-269℃)下材料的三点弯曲测试，一次装样仅能测试单个试样，效率较低，消耗液氦量较大，测试成本高昂。
发明内容
本发明需要解决的技术问题为：现有液氦温区材料三点弯曲测试装置，一次装样仅能测试单个试样，效率较低，消耗液氦量较大，测试成本高昂。
本发明的技术方案如下所述：
一种液氦温区材料三点弯曲多试样连续测试装置，包括：低温三点弯曲测试夹具、电液伺服疲劳试验机、刚性支撑、多试样自动换样机构、计算机控制***、低温杜瓦和液体注入输出管道；
低温三点弯曲夹具包括双支点样品刚性支撑台、单支点加力杆、低温微应变测试装置。
电液伺服疲劳试验机包括作动器，作动器上端设有载荷传感器和位移传感器；
所述多试样自动换样机构包括一个试样托盘和一个旋转连杆，所述旋转连杆固定在试样托盘上方，能够带动试样托盘沿水平方向转动；试样托盘圆周方向放置多个待测试样，计算机控制***与所述旋转连杆相连，计算机控制***通过控制旋转连杆转动精确控制试样托盘旋转角度，进而实现作动器与多个待测试样相连接；
所述低温杜瓦为中空腔体，多试样自动换样机构的旋转连杆以动密封的形式穿过低温杜瓦上端面，多试样自动换样机构的刚性试样托盘放置于低温杜瓦内部；
刚性支撑连接低温杜瓦和电液伺服疲劳试验机；
所述液体注入输出管道连接液氦罐和低温杜瓦内部；
通过三点弯曲测试夹具连接作动器与待测试样：三点弯曲测试夹具单支点加力杆上端通过螺纹连接方式与作动器下端相连，下端能对试样施力；试样置于双支点刚性支撑台上，单支点加力杆对试样加载时，通过低温微应变测试***测量载荷与裂纹张开深度关系，并把数据实时传递至计算机控制***。
作为优选方案，
低温杜瓦内部设有液氦液面计，根据液氦液面计监控数据，计算机控制***对液体注入输出管道进行控制：当低温杜瓦内部液氦液面低于设定值，自动补液，直至达到设定值自动停止补液。
此外，电液伺服疲劳试验机还可以包括：十字横梁和刚性底座，所述十字横梁、刚性底座通过两根刚性立柱连接，形成电液伺服疲劳试验机的刚性框架；所述作动器贯穿十字横梁，且能够在十字横梁内部进行上下往复运动，为待测样品提供载荷动力源。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的液氦温区材料三点弯曲多试样连续测试装置，可以测试材料在液氦温区(4.2K/-269℃)下的三点弯曲力学性能，实现多试样自动换样，一次装样可连续测试多个试样，消耗液氦量极低、使用效率高，具有较高经济价值；
(2)本发明的液氦温区材料三点弯曲多试样连续测试装置，通过多试样自动换样机构与计算机控制***的配合使用，运行平稳、准确，结构可靠、智能化程度高；
(3)本发明的三点弯曲测试夹具，可以在液氦下工作，并通过低温微应变测试***实时测量试样裂纹深度与所受载荷的关系。
附图说明
图1为本发明的液氦温区材料三点弯曲多试样连续测试装置结构示意图。
图中，1-电液伺服疲劳试验机；2-刚性支撑；3-多试样自动换样机构；4-计算机控制***；5-三点弯曲测试夹具；6-低温杜瓦；7-液体注入输出管道；8-液氦液面计；9-作动器；10-待测试样；11-单支点加力杆；12-双支点刚性支撑台；13-低温微应变测试***。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的液氦温区材料三点弯曲多试样连续测试装置进行详细说明。
如图1所示，本发明的液氦温区材料三点弯曲多试样连续测试装置包括：低温三点弯曲测试夹具5、电液伺服疲劳试验机1、刚性支撑2、多试样自动换样机构3、计算机控制***4、低温杜瓦6、液体注入输出管道7和液氦液面计8。
电液伺服疲劳试验机1包括：十字横梁、刚性底座和作动器9。所述十字横梁、刚性底座通过两根刚性立柱连接，形成电液伺服疲劳试验机1的刚性框架；所述作动器9贯穿十字横梁，且能够在十字横梁内部进行上下往复运动，为待测试样10提供载荷动力源；所述作动器9上端设有载荷传感器和位移传感器，分别用于监控作动器9的载荷和位移。
所述多试样自动换样机构3包括一个刚性试样托盘和一个旋转连杆，所述旋转连杆固定在试样托盘上方，能够带动试样托盘沿水平方向转动。试样托盘圆周方向放置多个待测试样10，计算机控制***4与所述旋转连杆相连，计算机控制***4通过控制旋转连杆转动精确控制试样托盘旋转角度，进而实现作动器9与多个待测试样10相连接。
通过三点弯曲测试夹具5连接作动器9与待测试样10：三点弯曲测试夹具单支点加力杆11上端通过螺纹连接方式与作动器9下端相连，下端能对试样10施力；试样10置于双支点刚性支撑台12上，单支点加力杆11对试样加载时，通过低温微应变测试***13测量载荷与裂纹张开深度关系，并把数据实时传递至控制***4。
所述低温杜瓦6为中空腔体，多试样自动换样机构3的旋转连杆以动密封的形式穿过低温杜瓦6上端面，多试样自动换样机构3的刚性试样托盘放置于低温杜瓦6内部。
刚性支撑2连接低温杜瓦6和电液伺服疲劳试验机1十字横梁，为整个液氦温区材料三点弯曲多试样连续测试装置提供刚性框架。
所述液体注入输出管道7连接液氦罐和低温杜瓦6内部，实现液氦注入和回收。低温杜瓦6内部设有液氦液面计8，用于实时监控低温杜瓦6内部液氦液面高度。根据液氦液面计8监控数据，计算机控制***4对液体注入输出管道7进行控制：当低温杜瓦6内部液氦液面低于设定值，自动补液，直至达到设定值自动停止补液。
本发明的液氦温区材料三点弯曲多试样连续测试装置工作过程如下所述：
作动器9连接三点弯曲测试夹具5，可将电液伺服疲劳试验机1的力学载荷加载至试样10，试样10的载荷和位移信号分别传递至电液伺服疲劳试验机1上的载荷传感器和位移传感器，同时通过低温微应变测试***13测量载荷与裂纹张开深度关系，并把数据实时传递至计算机控制***4进行三点弯曲测试。单个测试完成后，由计算机控制***4命令多试样自动换样机构3智能换样，实现不间断连续测试。试验过程中，液氦液面计8实时监控低温杜瓦6内液体高度，确保试验全程待测试样10浸没在液氦中，测试环境不改变。
综上所述，本发明的液氦温区材料三点弯曲多试样连续测试装置以电液伺服疲劳试验机为基础，利用液氦作为冷却介质，实现低温(4.2K/-269℃)环境下三点弯曲力学性能的测量。本发明通过多试样自动换样机构与计算机控制***的配合使用，实现低温下多试样自动换样，不间断进行三点弯曲数据测试，使用效率高，节约液氦使用量，能大幅降低测试成本，且***运行平稳、准确，智能化程度高、结构可靠。
Claims (3)
1.一种液氦温区材料三点弯曲多试样连续测试装置，包括：低温三点弯曲测试夹具(5)、电液伺服疲劳试验机(1)、刚性支撑(2)、多试样自动换样机构(3)、计算机控制***(4)、低温杜瓦(6)和液体注入输出管道(7)；其特征在于：
电液伺服疲劳试验机(1)包括作动器(9)，作动器(9)上端设有载荷传感器和位移传感器；
所述多试样自动换样机构(3)包括一个试样托盘和一个旋转连杆，所述旋转连杆固定在试样托盘上方，能够带动试样托盘沿水平方向转动；试样托盘圆周方向放置多个待测试样(10)，计算机控制***(4)与所述旋转连杆相连，计算机控制***(4)通过控制旋转连杆转动精确控制试样托盘旋转角度，进而实现作动器(9)与多个待测试样(10)相连接；
所述低温杜瓦(6)为中空腔体，多试样自动换样机构(3)的旋转连杆以动密封的形式穿过低温杜瓦(6)上端面，多试样自动换样机构(3)的刚性试样托盘放置于低温杜瓦(6)内部；
刚性支撑(2)连接低温杜瓦(6)和电液伺服疲劳试验机(1)；
所述液体注入输出管道(7)连接液氦罐和低温杜瓦(6)内部；
通过三点弯曲测试夹具(5)连接作动器(9)与待测试样(10)：三点弯曲测试夹具单支点加力杆(11)上端通过螺纹连接方式与作动器(9)下端相连，双支点刚性支撑台(12)上放置试样(10)，单支点加力杆(11)对试样加载时，通过低温微应变测试***(13)测量载荷与裂纹张开深度关系，并把数据实时传递至计算机控制***(4)。
2.根据权利要求1所述的液氦温区材料三点弯曲多试样连续测试装置，其特征在于：低温杜瓦(6)内部设有液氦液面计(8)，根据液氦液面计(8)监控数据，计算机控制***(4)对液体注入输出管道(7)进行控制：当低温杜瓦(6)内部液氦液面低于设定值，自动补液，直至达到设定值自动停止补液。
3.根据权利要求1或2所述的液氦温区材料三点弯曲多试样连续测试装置，其特征在于：电液伺服疲劳试验机(1)还包括：十字横梁和刚性底座，所述十字横梁、刚性底座通过两根刚性立柱连接，形成电液伺服疲劳试验机(1)的刚性框架；所述作动器(9)贯穿十字横梁，且能够在十字横梁内部进行上下往复运动，为待测试样(10)提供载荷动力源。
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