CN110044721A - 高精度超高温力学性能测试*** - Google Patents

高精度超高温力学性能测试*** Download PDF

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Abstract

本公开涉及测试***领域，尤其涉及一种高精度超高温力学性能测试***，用于检测待测试件的力学性能。该测试***包括力学测试装置、加热装置和夹持装置，其中：加热装置安装在力学测试装置上，加热装置具有用于容纳待测试件的加热腔；夹持装置包括连接件与夹持件，连接件安装在力学测试装置上并位于加热腔的外部，夹持件与连接件连接并位于加热腔的外部，夹持件用于夹持待测试件；力学测试装置能够通过夹持装置向待测试件施加载荷。该测试***能够降低试验的成本，并缩短试验的周期。

Description

高精度超高温力学性能测试***
技术领域
本公开涉及测试***领域，尤其涉及一种高精度超高温力学性能测试***。
背景技术
近年来，随着我国航空技术的快速发展，航空发动机中的涡轮叶片也在不断改进。陶瓷基复合材料作为新一代航空发动机涡轮叶片的首选材料，需要在超高温环境中对其展开力学性能试验。在试验过程中，陶瓷基复合材料的待测试件通常采用燕尾型结构，夹具夹持于待测试件的两端，并通过试验机对待测试件施加载荷，以进行力学性能试验。
现有技术中，通常将夹具通常置于加热炉中，使得夹具所承受的温度较高。因此，夹具通常采用耐温性较好的SiC(碳化硅)陶瓷制作，但材料成本高，且试验结束后夹具的散热时间较长，进而导致试验的周期较长。
所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种高精度超高温力学性能测试***，能够降低试验的成本，并缩短试验的周期。
为实现上述发明目的，本公开采用如下技术方案：
根据本公开的一个方面，提供一种高精度超高温力学性能测试***，用于检测待测试件的力学性能，该测试***包括：
力学测试装置；
加热装置，安装在所述力学测试装置上，所述加热装置具有用于容纳待测试件的加热腔；
夹持装置，包括连接件与夹持件，所述连接件安装在所述力学测试装置上并位于所述加热腔的外部，所述夹持件与所述连接件连接并位于所述加热腔的外部，且所述夹持件用于夹持所述待测试件；
其中，所述力学测试装置能够通过所述夹持装置向所述待测试件施加载荷。
在本公开的一种示例性实施例中，所述连接件和所述夹持件均采用金属材料制作而成。
在本公开的一种示例性实施例中，所述夹持件包括相对设置的第一夹持部和第二夹持部以及连接所述第一夹持部和所述第二夹持部的连接部，所述第一夹持部和所述第二夹持部之间的距离自靠近所述连接部的一端至远离所述连接部的一端逐渐减小。
在本公开的一种示例性实施例中，所所述夹持件还包括：
相对设置的第一限位部和第二限位部，所述第一限位部、所述第一夹持部、所述第二限位部及所述第二夹持部依次首尾相连，并形成夹持腔；
其中，所述第一限位部和所述第二限位部中的至少一者与所述第一夹持部和第二夹持部可拆卸。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第一限位部和第二限位部均包括：
固定板，所述固定板的两端分别与所述第一夹持部和所述第二夹持部连接；
凸起，设于所述固定板，在所述待测试件卡合于所述夹持腔时，所述凸起能够与所述待测试件接触。
在本公开的一种示例性实施例中，所述加热装置包括：
支撑件，安装在所述力学测试装置；
炉体，所述炉体包括第一部和第二部，所述第一部与所述支撑件连接，所述第二部可拆卸连接于所述第一部，且所述第二部和所述第一部围成所述加热腔；
加热件，设于所述炉体，用于加热所述炉体。
在本公开的一种示例性实施例中，所述支撑件的一端可拆卸地连接于所述第一部，另一端滑动连接于所述力学测试装置。
在本公开的一种示例性实施例中，所述加热腔为圆柱形。
在本公开的一种示例性实施例中，所述加热件为电磁感应线圈。
在本公开的一种示例性实施例中，所述加热装置还包括石墨圈，所述石墨圈设于所述电磁感应线圈的内部。
本公开提供的高精度超高温力学性能测试***，在试验时，利用夹持装置夹持住待测试件，并使待测试件位于加热装置的加热腔内；力学测试装置与夹持装置相连，并通过夹持装置向待测试件施加载荷，而加热装置用来给待测试件提供高温环境；由此，可对待测试件进行高温下力学性能的测试试验。其中，本申请中夹持装置的连接件及夹持件均位于加热腔之外，相比于现有技术中将夹持装置置于加热炉内部的方案，连接件和夹持件不再需要承受高温环境，因此，该连接件和夹持件不再需要采用成本较高的SiC(碳化硅)陶瓷制作，而可采用其他成本较低且散热性较好的材料制作。另外，在试验结束后，连接件和夹持件也能在较短的时间内散热，进而缩短了试验的周期。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施方式高精度超高温力学性能测试***的示意图。
图2为本公开实施方式高精度超高温力学性能测试***的局部示意图。
图3为本公开实施方式夹持装置夹持待测试件的示意图。
图4为本公开实施方式加热装置的示意图。
图中：1、力学测试装置；2、加热装置；20、支撑件；21、炉体；210、第一部；211、第二部；212、加热腔；22、加热件；23、石墨圈；3、待测试件；4、连接件；5、夹持件；50、第一夹持部；51、第二夹持部；52、连接部；53、夹持腔；54、第一限位部；540、固定板；541、凸起；55、第二限位部。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
用语“一个”、“一”、“该”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
本公开提供一种高精度超高温力学性能测试***，用于检测待测试件3的力学性能，如图1所示，该测试***包括力学测试装置1、加热装置2和夹持装置，其中：夹持装置可包括连接件4及与连接件4连接的夹持件5，连接件4安装在力学测试装置1上，夹持件5用于夹持待测试件3；加热装置2安装在力学测试装置1上，用来给待测试件3提供高温环境，且加热装置2具有用于容纳待测试件3的加热腔212，在试验时待测试件3位于加热腔212内；力学测试装置1能够通过夹持装置向待测试件3施加载荷。由此，可对待测试件3进行高温下力学性能的测试试验。
由于夹持装置中的连接件4及夹持件5均位于加热腔之外，相比于现有技术中将夹持装置置于加热炉内部的方案，连接件4和夹持件5不再需要承受高温环境，所以连接件4和夹持件5不再需要采用成本较高的SiC(碳化硅)陶瓷制作，而可采用其他成本较低且散热性较好的材料制作。另外，在试验结束后，连接件4和夹持件5也能在较短的时间内散热，进而缩短了试验的周期。
下面结合附图对本公开实施方式提供的高精度超高温力学性能测试***进行详细说明：
如图1所示，力学测试装置1可用来对待测试件3进行拉伸、压缩或弯曲等力学性能试验，以研究待测试件3的相关性能。待测试件3的材料可以为塑料、钢材或复合材料等，此处不再一一列举。
举例而言，力学测试装置1可以为拉力试验机，该拉力试验机可包括基座、移动部、支撑部和驱动部等，其中：移动部可与基座相对设置，支撑部连接于基座和移动部之间，并形成一空间，该空间可用来放置待测试件3及其他辅助部件；驱动部可设于支撑部，用来驱动移动部沿支撑部靠近或远离基座，以压缩或拉伸设于力学测试装置1上的待测试件3。
当然，力学测试装置1还可包括用来弯曲或是剪切待测试件3的其他功能部件，此处不再详细描述。
如图1所示，加热装置2可安装在力学测试装置1上，用来给待测试件3提供高温环境。加热装置2可包括支撑件20、炉体21和加热件22。其中：
支撑件20用来连接力学测试装置1与炉体21，以实现炉体21的固定。支撑件20的一端可拆卸地连接于炉体21，连接的方式可以是卡合或是螺纹连接，此处不作特殊要求。支撑件20的另一端可滑动连接于力学测试装置1，以方便加热装置2的移动。举例而言，支撑件20与力学测试装置1滑动连接的一端可具有贴合于上述支撑部的套管，该套管可沿支撑部滑动，以实现支撑件20与力学测试装置1的滑动连接。
炉体21可包括第一部210和第二部211，当然，炉体21也可由三个或更多个部分拼接而成，此处不作特殊限定。第一部210可以和支撑件20的一端可拆卸地连接，当然，也可以是第二部211与支撑件20的一端可拆卸地连接，此处不作特殊限定。
如图2所示，第一部210和第二部211均可设有凹槽，第一部210上的凹槽和第二部211上的凹槽围成容纳待测试件3的加热腔212。该凹槽可以为立方体或是半圆柱体，所以，加热腔212的形状可为方形或圆柱形。优选地，加热腔212的形状为圆柱形，一方面可方便加工，进而降低炉体21的制造成本；另一方面，避免了应力集中，进而有利于延长炉体21的使用寿命。第一部210和第二部211均可采用石棉制造，以提高加热腔212的保温效果，进而保证容纳于加热腔212之中的待测试件3的高温环境，提高试验的效果。
加热件22用于加热炉体21并为加热腔212中待测试件3提供温度场。
举例而言，加热件22可以为电磁感应线圈，可将电磁感应线圈设于加热腔212中，在试验时，再将待测试件3套设于加热腔212之内。该电磁感应线圈接通交变电流后，即可产生热量，从而加热炉体21并为待测试件3提供温度场，以实现对待测试件3的加热。
当然，也可将炉体21设于加热件22之内，加热件22加热炉体21，炉体21受热后再将热量传递给加热腔212之中的待测试件3。需要注意的是，此时，炉体21的第一部210和第二部211的材质不能再用石棉，而需改用导热性较好的材料制造，以方便将热量传递给待测试件3。
如图4所示，本公开实施方式的加热装置2还可包括石墨圈23，石墨圈23可设于电磁感应线圈的内部，用于提高温度场的均匀性，以提高加热腔212中待测试件3的受热均匀性。
如图1和图2所示，夹持装置可包括连接件4及与连接件4连接的夹持件5，且连接件4和夹持件5均位于加热腔212之外。其中：
连接件4可安装在力学测试装置1上，用来连接力学测试装置1和夹持件5。如前所述，力学测试装置1可包括基座和移动部，则连接件4的数量可以为两个，一个连接件4与上述基座连接，另一个连接件4与上述移动部连接，连接的方式可以是螺纹连接或卡接等，此处不作特殊限定。举例而言，连接件4可以为圆杆等结构，此处不再一一列举。
如图2和图3所示，夹持件5用于夹持待测试件3，且夹持件5的数量为两个，两个夹持件5相对设置，并一一对应地连接于两个连接件4，夹持件5和连接件4的连接方式可以是螺纹连接、焊接或卡接，此处不作特殊限定。
本公开实施方式的夹持件5可包括第一夹持部50、第二夹持部51和连接部52，第一夹持部50和第二夹持部51相对设置，且第一夹持部50和第二夹持部51均和连接部52连接。
举例而言，第一夹持部50、第二夹持部51和连接部52均可具有弧形外边缘，当然，第一夹持部50、第二夹持部51和连接部52的外边缘也可为平面形或其他，此处不作特殊限定。
本公开实施方式的夹持件5还可包括第一限位部54和第二限位部55，第一限位部54和第二限位部55相对设置，且第一限位部54、第二限位部55、第一夹持部50和第二夹持部51依次首尾相连，并形成夹持腔53。
其中，第一限位部54的一端可连接于第一夹持部50，另一端可连接于第二夹持部51，连接的方式可以为螺纹连接等，此处不作特殊限定。第二限位部55的固定方式可和第一限位部54相同，此处不再赘述。而且，第一限位部54和第二限位部55至少一者与第一夹持部50和第二夹持部51可拆卸，以保证待测试件3能从夹持腔53的一侧卡合于夹持腔53。优选地，第一限位部54和第二限位部55均可拆卸，以方便试验的操作。
需要注意的是，夹持腔53的尺寸和待测试件3的尺寸相对应。如图4所示，因为航空工业中用来制作发动机涡轮叶片的陶瓷基复合材料的待测试件3通常是两端尺寸大、中间尺寸小，所以夹持腔53的尺寸自靠近连接部52的一端至远离连接部52的一端逐渐减小，也就是说，第一夹持部50和第二夹持部51之间的距离自靠近连接部52的一端至远离连接部52的一端逐渐减小，以使待测试件3的能卡合于夹持腔53中。在试验的准备过程中，首先将待测试件3卡合在第一夹持部50和第二夹持部51之间，并固定第一限位部54和第二限位部55，以使待测试件3能紧固地卡合在夹持腔53中。
当然，待测试件3的两端尺寸也可以和其中间尺寸相同，则夹持件5的形状不再如上文所述。举例而言，可在两端尺寸和中间尺寸相同的待测试件3的两端位置开设安装孔，而夹持件5可具有与该安装孔配合的卡接部，通过该卡接部也可实现待测试件3的夹持，此处不再详细描述。
举例而言，第一限位部54和第二限位部55均可包括固定板540和凸起541，其中：
固定板540可以为弧形板，该弧形板可以与上述的具有弧形外边缘的第一夹持部50和第二夹持部51相贴合，并连接于第一夹持部50和第二夹持部51之间。当然，固定板540也可以为平板，此时，第一夹持部50和第二夹持部51具有平面部，该平面部和平板状的固定板540相贴合，以实现固定板540与第一夹持部50及第二夹持部51的连接。
凸起541可设于固定板540靠近连接部52的一侧，在待测试件3卡合于夹持腔53时，凸起541能够接触并顶抵待测试件3，以使待测试件3能更紧地卡合在夹持腔53。
因为夹持装置的连接件4及夹持件5均位于加热腔212之外，不再需要承受高温环境，所以连接件4和夹持件5可采用成本较低且散热性较好的金属材料制作，相比于现有技术中采用的SiC(碳化硅)陶瓷，能够降低试验的成本。
举例而言，该金属材料可以为高温合金，采用该高温合金制成的用来夹持高温待测试件3的夹持件5不会受热变形，也能避免因SiC陶瓷不可预见的制备缺陷而造成夹持件5可靠性差的问题。另外，在试验结束后，采用高温合金制造的连接件4和夹持件5也能在较短的时间内散热，进而缩短了试验的周期。
本公开实施方式的高精度超高温力学性能测试***还可包括控制器，该控制器和上述力学测试装置1的驱动部及加热装置2连接，以控制力学测试装置1对待测试件3施加的载荷的大小和方向，以及加热装置2对待测试件3的加热速率和加热温度。该控制器的工作过程可借助预定程序或相关软件进行，此处不再详细描述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种高精度超高温力学性能测试***，用于检测待测试件的力学性能，其特征在于，所述测试***包括：
力学测试装置；
加热装置，安装在所述力学测试装置上，所述加热装置具有用于容纳待测试件的加热腔；
夹持装置，包括连接件与夹持件，所述连接件安装在所述力学测试装置上并位于所述加热腔的外部，所述夹持件与所述连接件连接并位于所述加热腔的外部，且所述夹持件用于夹持所述待测试件；
其中，所述力学测试装置能够通过所述夹持装置向所述待测试件施加载荷。
2.根据权利要求1所述的测试***，其特征在于，所述连接件和所述夹持件均采用金属材料制作而成。
3.根据权利要求2所述的测试***，其特征在于，所述夹持件包括相对设置的第一夹持部和第二夹持部以及连接所述第一夹持部和所述第二夹持部的连接部，所述第一夹持部和所述第二夹持部之间的距离自靠近所述连接部的一端至远离所述连接部的一端逐渐减小。
4.根据权利要求3所述的测试***，其特征在于，所述夹持件还包括：
相对设置的第一限位部和第二限位部，所述第一限位部、所述第一夹持部、所述第二限位部及所述第二夹持部依次首尾相连，并形成夹持腔；
其中，所述第一限位部和所述第二限位部中的至少一者与所述第一夹持部和第二夹持部可拆卸。
5.根据权利要求4所述的测试***，其特征在于，所述第一限位部和第二限位部均包括：
固定板，所述固定板的两端分别与所述第一夹持部和所述第二夹持部连接；
凸起，设于所述固定板，在所述待测试件卡合于所述夹持腔时，所述凸起能够与所述待测试件接触。
6.根据权利要求1所述的测试***，其特征在于，所述加热装置包括：
支撑件，安装在所述力学测试装置；
炉体，所述炉体包括第一部和第二部，所述第一部与所述支撑件连接，所述第二部可拆卸连接于所述第一部，且所述第二部和所述第一部围成所述加热腔；
加热件，设于所述炉体，用于加热所述炉体。
7.根据权利要求6所述的测试***，其特征在于，所述支撑件的一端可拆卸地连接于所述第一部，另一端滑动连接于所述力学测试装置。
8.根据权利要求6所述的测试***，其特征在于，所述加热腔为圆柱形。
9.根据权利要求6所述的测试***，其特征在于，所述加热件为电磁感应线圈。
10.根据权利要求9所述的测试***，其特征在于，所述加热装置还包括石墨圈，所述石墨圈设于所述电磁感应线圈的内部。
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