CN112816339A - 一种基于dic技术的金属材料高温力学性能试验方法及装置 - Google Patents
一种基于dic技术的金属材料高温力学性能试验方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112816339A CN112816339A CN202011554310.XA CN202011554310A CN112816339A CN 112816339 A CN112816339 A CN 112816339A CN 202011554310 A CN202011554310 A CN 202011554310A CN 112816339 A CN112816339 A CN 112816339A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- test
- test piece
- heating furnace
- strain
- metal material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000007769 metal material Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000010998 test method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 192
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 91
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000012669 compression test Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 20
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 10
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 claims description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 7
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N methylidynetantalum Chemical group [Ta]#C NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003468 tantalcarbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
- G01N3/18—Performing tests at high or low temperatures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/02—Details
- G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/02—Details
- G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
- G01N3/068—Special adaptations of indicating or recording means with optical indicating or recording means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0001—Type of application of the stress
- G01N2203/0003—Steady
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0014—Type of force applied
- G01N2203/0016—Tensile or compressive
- G01N2203/0017—Tensile
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0014—Type of force applied
- G01N2203/0016—Tensile or compressive
- G01N2203/0019—Compressive
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0058—Kind of property studied
- G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
- G01N2203/0075—Strain-stress relations or elastic constants
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/022—Environment of the test
- G01N2203/0222—Temperature
- G01N2203/0226—High temperature; Heating means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
- G01N2203/0641—Indicating or recording means; Sensing means using optical, X-ray, ultraviolet, infrared or similar detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
- G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
- G01N2203/0676—Force, weight, load, energy, speed or acceleration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
- G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
- G01N2203/0682—Spatial dimension, e.g. length, area, angle
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于DIC技术的金属材料高温力学性能试验方法及装置，属于金属材料高温试验技术领域，解决了高温下大变形金属应变控制的拉或压试验难以实现，以及金属材料高温环境应力应变曲线与应变速率的关系难以准确获取的问题。一种基于DIC技术的金属材料高温力学性能试验方法，包括以下步骤：在试验件的测量区域喷涂黑色碳化粉末作为散斑计算点；将试验件装在拉伸机上且位于加热炉内；控制加热炉的加热温度达到目标温度值；调节摄像头的位置以拍摄试验件；设置试验参数并开始试验。本发明采用钨粉作为散斑对象，实现了高温下大变形金属拉/压试验过程中应变的实时控制和应力应变曲线与应变速率的关系的准确获取。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料高温试验技术领域，尤其涉及一种基于DIC技术的金属材料高温力学性能试验方法及装置。
背景技术
当前基于高温环境的金属材料成形已经成为一种常规的制造手段，如热冲压、挤压和锻造等。高温下的金属材料具有明显不同于常温的力学性能且不同成形手段和成形状态下的金属展现出不同的应力状态，成形材料在拉/压应力状态下发生塑性变形。材料在制备中产生的缺陷需要通过掌握其高温下的应力应变关系来进行预测。
在高温环境中进行单向拉伸或压缩试验是检测金属材料力学性能研究的有效手段，尤其是金属材料在高温下的力学性能受应变速率影响很大，是当前材料研制阶段重点考虑的要素。传统的应变控制方法采用位移或引申计控制存在一定的局限和偏差，无论是高温应变片还是引申计都难以适应300℃以上的试验，且量程有限，无法适应大应变量的材料。另外，传统的光测方法，一般都要求激光作为光源，光路复杂，测量结果易受外界振动的影响，且高温下的光波带宽与激光发出的光波带宽相互重叠，很难通过滤光对二者进行剥离，限制了传统光学测量方法的应用。
发明内容
鉴于上述分析，本发明旨在提供一种基于DIC技术的金属材料高温力学性能试验方法及装置，以解决高温下大变形金属应变控制的拉或压试验难以实现，以及金属材料高温环境应力应变曲线与应变速率的关系难以准确获取的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种基于DIC技术的金属材料高温力学性能试验方法，包括以下步骤：
步骤1：在试验件的测量区域均匀喷涂一层钨粉作为散斑计算点；
步骤2：将试验件装在拉伸机上且位于加热炉内；
步骤3：控制加热炉的加热温度达到目标温度值；
步骤4：调节摄像头的位置以拍摄试验件；
步骤5：设置试验参数并开始试验。
进一步地，步骤5中，拉伸试验时，拉伸机的直线驱动机构驱动拉伸机的移动横梁向上移动；压缩试验时，直线驱动机构驱动移动横梁向下移动；试验件在拉力或压力的作用下发生变形，压力传感器记录试验力值。
进一步地，步骤5中，摄像头拍摄试验过程中的散斑图像并传输至计算机，计算机对散斑进行计算求解试验件的应变随时间的变化规律。
进一步地，设定的试验参数包括应变速率；计算机将计算得到的应变随时间的变化规律与应变速率进行比较，控制直线驱动机构，以控制移动横梁的移动速度。
进一步地，还包括步骤6，拉伸机持续对试验件施加拉力或压力，直至试验件破坏，试验结束，进行试验数据整理；
具体包括以下步骤：
步骤6.1：关闭加热炉；
步骤6.2：计算目标温度值下试验件的应力与应变的关系；
步骤6.3：控制直线驱动机构回程并关闭电源。
进一步地，步骤6.2中，根据压力传感器采集的力值和试验件的尺寸计算得出试验件上应力随时间的变化规律；根据步骤2中的应变随时间的变化规律，推导出在目标温度值下试验件的应力与应变的关系。
一种基于DIC技术的金属材料高温力学性能试验装置，包括拉伸机、加热炉、摄像头和计算机；
加热炉和摄像头设置在拉伸机上，加热炉能够加热试验件，拉伸机能够对试验件施加拉力或压力，摄像头能够拍摄试验过程中试验件的变形，计算机能够根据摄像头拍摄的信息计算出试验件的应变。
进一步地，所述拉伸机包括工作台、导轨立柱和移动横梁；所述工作台和移动横梁通过导轨立柱连接。
进一步地，所述移动横梁下方设有压力传感器，所述压力传感器能够测量所述拉伸机对试验件施加的载荷大小。
进一步地，所述拉伸机还包括直线驱动机构，所述移动横梁能够在所述直线驱动机构的驱动下沿导轨立柱上下移动。
进一步地，所述拉伸机还包括转接杆，所述转接杆包括上转接杆和下转接杆，上转接杆安装在移动横梁上，下转接杆安装在工作台上，上转接杆和下转接杆同心设置，转接杆12能够固定试验件。
进一步地，所述加热炉为方形，加热炉包括左炉膛、右炉膛和后端框架，加热炉内设有加热碳棒。
进一步地，所述加热炉包括窗口，所述窗口为石英玻璃窗口。
进一步地，所述加热炉中间从上至下开有通孔，所述转接杆能够从所述通孔穿入加热炉。
进一步地，所述加热炉的左炉膛和右炉膛采用对开式设计，左炉膛和右炉膛与加热炉的后端框架铰接，使得左炉膛和右炉膛能够围绕后端框架的侧边旋转。
进一步地，所述拉伸机还包括第二支架。第二支架一端与导轨立柱连接，另一端与加热炉连接。
进一步地，所述拉伸机上还设有第一支架，第一支架一端与导轨立柱连接，另一端与摄像头支架杆连接。
本发明至少可实现如下有益效果之一：
(1)本发明的试验方法采用摄像头拍摄试验件上的散斑来测量试验件的应变，能够实现高温下金属材料的力学性能试验。
(2)本发明的试验装置采用方形炉，与圆形加热炉相比，方便设置观察窗口，便于摄像单元的拍摄，从而能够利用散斑来计算试验件的应变，能够适应高温(300℃)情况下的试验；且采用均匀内置碳棒的方形加热炉确保炉膛内温度准确均匀。
(3)本发明的试验方法采用钨粉作为散斑对象，具有工作温度高、持续时间长的优势；实现了高温下大变形金属拉/压试验过程中应变的实时控制和应力应变曲线与应变速率的关系的准确获取。
(4)本发明采用的带T型槽连接杆结构可适用于高温拉伸和压缩试验，装夹夹头和试验件过程操作方便，试验件装夹可在常温下进行；专用夹头可用于不同规格的板、棒材试验件，便于试验件的灵活设计。
(5)本发明的加热炉和摄像单元通过支架结构与拉伸机连接，使加热炉和摄像单元的相对位置即自主可调，又保证紧固后的多次试验相对位置一定，实验数据具有稳定性。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例的试验方法流程示意图；
图2为本发明实施例的试验装置的结构示意图；
图3为本发明实施例的试验装置另一个方向的示意图；
图4为本发明实施例的试验装置的剖视图；
图5为本发明实施例的摄像单元的结构示意图；
图6为本发明实施例的加热炉的结构示意图；
图7为本发明实施例的加热炉的主视图；
图8为图7的A-A剖视图；
图9为本发明实施例的试验件固定装置示意图(试验件为板材)；
图10为图9的B-B剖视图；
图11为本发明实施例的试验件固定装置示意图(试验件为圆柱形)；
图12为图11的C-C剖视图；
图13为本发明实施例的转接杆与第一夹头的连接示意图。
附图标记：
1-试验件，2-夹头压板，3-试件压板，4A-第一夹头，4B-第二夹头， 5-灯座，6-摄像头支架，7-摄像头支架杆，8-双头螺柱，9-压板，10-光源， 11-摄像头，12-转接杆，13-加热炉，14-拉伸机，15-第一支架，16-导轨立柱，17-第二支架，18-加热碳棒，19-移动横梁，20-工作台，21-窗口。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本发明的一个实施例，如图1至图13所示，公开了一种基于DIC (Digital ImageCorrelation数字图像相关方法)技术的金属材料高温力学性能试验方法，包括以下步骤：
步骤1：在试验件1的测量区域均匀喷涂一层黑色碳化粉末作为散斑计算点：
黑色碳化粉末可以采用碳化钽、石墨或钨粉等，在高温下不会被烘干，试验过程中摄像单元记录试验过程的每一帧画面，由于钨粉灰度值不变，因此通过拍摄试验画面，能够找到每个粉点在每一帧画面当中的位移变化量，从而求得每个阶段试验件的应变量。优选的，本发明实施例中，采用钨粉作为散斑对象。
实验前，首先使用散斑对象喷涂装置，在试验件的测量区域均匀喷涂散斑一层对象。
步骤2：将试验件1装在拉伸机14上且位于加热炉13内：
拉伸机14上设有转接杆12，转接杆12包括上转接杆和下转接杆，分别与试验件1的两端通过夹头连接。根据试验件1的形状，选用相应地夹头，将试验件1的两端分别与夹头固定连接。
启动拉伸机14，打开加热炉13炉门，调节拉伸机14上两个转接杆12 的相对位置，将带有试验件1的夹头装夹在转接杆12上且位于加热炉13 内。
步骤3：控制加热炉13的加热温度达到目标温度值：
加热炉13设有窗口21，以便于拍摄加热炉13内的试验件。关闭加热炉13炉门，打开加热炉13的电源，控制加热炉13的加热温度达到目标温度值。
步骤4：调节摄像头11的位置以拍摄试验件1：
本发明实施例中，使用摄像头11拍摄试验件1以测量试验件1的应变。调节摄像头11与加热炉13的相对位置，以使摄像头11拍摄清晰。
本发明实施例中，还设有光源10，光源10安装在灯座5内，调整灯座 5的角度以调节光源10的照射角度，使得光源10照射在加热炉内的试验件上。
步骤5：设置试验参数并开始试验：
在计算机上的控制程序中选择拉伸或压缩试验，并设定应变速率。然后点击控制程序中的开始选项，进行拉伸或压缩试验；同时，摄像头 11启动，开始记录试验图像。
拉伸试验时，拉伸机14上的直线驱动机构驱动拉伸机14的移动横梁 19向上移动，压缩试验时，拉伸机14上的直线驱动机构驱动移动横梁19 向下移动，上转接杆安装在移动横梁19上，从而使试验件承受拉力或压力。
试验件在拉力或压力的作用下发生变形，拉伸机14上的压力传感器记录下试验力值，摄像头11拍摄试验过程中的散斑图像并传输至计算机，计算机对散斑进行计算求解每个时间点上的应变量和变形速度，并与设定的应变速率进行比较，从而控制直线驱动机构，以控制转接杆12的移动速度，进而控制试验速度。
步骤6：试验结束后，进行数据整理：
拉伸机14持续对试验件1施加拉力或压力，直至试验件破坏，试验结束，进行试验数据整理。具体包括以下步骤：
步骤6.1：关闭加热炉13：
断开加热炉13的电源，待加热炉13冷却至常温后取下摄像头11，将夹头和试验件从转接杆12上卸下。
步骤6.2：计算目标温度值下试验件的应力与应变的关系：
利用压力传感器实时采集的力值和试验件的尺寸计算得出试验件上应力随时间的变化规律；根据步骤5中得出的应变随时间的变化规律，进而推导出在目标温度值下试验件的应力与应变的关系。
步骤6.3：控制直线驱动机构回程并关闭电源：
控制直线驱动机构回程并关闭电源，试验结束。
实施例2
本发明的一个实施例，如图2至图13所示，公开了一种基于DIC技术的金属材料高温力学性能试验装置，用于实施实施例1中的试验方法；试验装置包括拉伸机14、加热炉13和摄像单元。
拉伸机14用于对试验件提供拉/压力，同时为其他部件提供安装接口。拉伸机14包括工作台20、导轨立柱16和移动横梁19。工作台20和移动横梁19通过导轨立柱16连接，构成刚性框架，移动横梁19能够沿导轨立柱 16上下移动。
拉伸机14还包括转接杆12，转接杆12包括上转接杆和下转接杆，上转接杆安装在移动横梁19上，下转接杆安装在工作台20上，上转接杆和下转接杆同心设置，转接杆12用于固定试验件1。
进一步地，移动横梁19下部设有压力传感器，用于测量拉伸机14对试验件1施加的载荷大小。
进一步地，拉伸机14还设有直线驱动机构(如，液压缸，图中未示出)，直线驱动机构能够驱动移动横梁19沿导轨立柱16上下移动，从而通过转接杆12对试验件1施加拉力或压力。
加热炉13和摄像单元安装在拉伸机上，加热炉13用于对试验件1进行加热，摄像单元用于拍摄试验过程中的试验件1。
本发明实施例中，加热炉13采用方形设计，加热炉13的前方设有窗口21，便于摄像单元的拍摄，方便从加热炉13的外部观察并测量试验件的变形，从而使得本发明实施例能够利用散斑来计算试验件的应变，能够适应高温(300℃)情况下的试验。
本发明实施例中，窗口21为石英玻璃窗口，使得窗口在便于观察的同时能够承受加热炉13的高温。
进一步地，加热炉13包括左炉膛、右炉膛和后端框架，加热炉13内部均匀排列多个加热碳棒18，加热碳棒18通电能够发热，从而对试验件加热。加热炉13中间从上至下开有通孔，用于安装转接杆12。试验件1位于加热炉13内，上转接杆和下转接杆分布夹持试验件的两端，试验件1在加热炉13内被加热的同时，承受转接杆12施加的拉力或压力，从而能够测试试验件1在高温下的力学性能。
进一步地，加热炉13炉膛四周和上下面均布有保温隔热区，从而保证加热炉13的加热效果。
进一步地，为了方便安装试验件，加热炉13的左炉膛和右炉膛采用对开式设计，左炉膛和右炉膛与加热炉13的后端框架铰接，使得左炉膛和右炉膛能够围绕后端框架的侧边旋转，以打开或闭合加热炉13。
本发明实施例中，拉伸机还包括第二支架17。第二支架17一端与导轨立柱16连接，另一端与加热炉13连接。具体地，加热炉13的后端框架通过螺栓与第二支架17连接，松动螺母后可调整加热炉13角度，以保证加热炉13的通孔与拉伸机14的加载方向同心。
进一步地，拉伸机14上还设有第一支架15，第一支架15一端与导轨立柱16连接，另一端与摄像头支架杆7连接，从而固定摄像单元。
本发明实施例中，摄像单元包括摄像头11、摄像头支架杆7和摄像头支架6，摄像头支架6用于安装摄像头11，摄像头支架6通过摄像头支架杆 7与拉伸机14连接。
具体地，摄像头支架6包括水平板和多个竖直板，水平板与竖直板固定连接。多个竖直板相互平行排列，竖直板设有凹槽，用于放置摄像头 11。
进一步地，为了固定摄像头11，摄像头支架6还设有压板9。具体地，压板9设在摄像头11顶部，压板9与水平板通过双头螺柱8连接。摄像头11 位置调整完成后，压板9压在摄像头11上，并通过双头螺柱8将压板9与水平板固定，以固定摄像头11。
进一步地，摄像头11与相机、电源线和数据线连接，并和计算机相连，以将试验过程中采集的数据传输至计算机中。
进一步地，水平板上设有多个螺纹孔，水平板与摄像头支架杆7通过螺栓连接，通过调节与摄像头支架杆7连接所用的螺纹孔，从而能够调节摄像头支架6与加热炉13的位置关系。
进一步地，为了保证成像质量，水平板上位于摄像头11正下方的部位和压板9上设有灯座5，灯座5内设有光源10，优选地，光源10为LED灯，光源10朝向加热炉布置。通过调整灯座5的角度，确保灯座5内的光源10 通过窗口21直接照射在加热炉13内的试验件1上。
进一步地，转接杆12的一端与拉伸机14通过螺纹连接，其中，上转接杆与移动横梁19连接，下转接杆与工作台20连接。转接杆12的另一端用来固定试验件1。
具体地，转接杆12上设有T形凹槽，带有T形凸台的夹头安装在凹槽内并通过夹头压板2与转接杆12固定。安装时，首先将试验件的两端固定在夹头上，然后将夹头的T形凸台安装在转接杆12的T形凹槽内，再用夹头压板2将夹头与转接杆12固定。使用带T形凹槽的转接杆固定试验件，安装方便，且定位精确。
本发明实施例中，针对不同形状的试验件1，可设计不同形状的压头，从而使得转接杆12能够适应不同的试验件。
具体地，对于圆柱形试验件，夹头为第一夹头4A，第一夹头4A一端设有T形凸台，用于与转接杆12连接，另一端设有螺纹孔，试验件1的两端设有螺纹，试验件1与第一夹头4A通过螺纹连接。对于板材试验件，夹头为第二夹头4B，第二夹头4B的一端设有T形凸台，用于与转接杆12连接，另一端设有凹槽，板材试验件通过试件压板3压在第二夹头4B的凹槽内。
试验件1通过上转接杆和下转接杆固定在拉伸机14上，且通过加热炉13的通孔穿入加热炉13内。
进一步地，本发明实施例的试验装置还包括散斑对象喷涂装置，用于在试验件的测量区域均匀喷涂散斑对象。
试验时，在试验件的测量区域均匀喷涂一层黑色碳化粉末作为散斑对象，黑色碳化粉末可以采用碳化钽、石墨或钨粉等，在高温下不会被烘干，在实验过程中灰度值不变。优选的，本发明实施例中，采用钨粉作为散斑对象。
本发明实施例的试验装置还包括控制***，控制***包括计算机，实验前，先在计算机内输入设定的应变速率，计算机能够根据试验过程中摄像单元拍摄的画面，找到试验件上每个粉点在每一帧画面当中的位移变化量，从而求得每个阶段试验件的应变量。计算机将计算得到的瞬时应变量与输入的应变速率进行对比，进而调整液压缸的液压阀开口的大小，以控制导轨立柱16的移动速度，进而控制拉伸机14拉伸/压缩的速度来达到控制应变速率的目的。
试验时，试验件1的上下两端被分别夹持在上转接杆和下转接杆上，从而将试验件1固定在加热炉13内。然后通过加热炉13对试验件1进行加热，使试验件1达到设定的加热温度；之后启动直线驱动机构，在直线驱动机构的驱动下，转接杆12向设定的方向做直线运动，伴随着试验的进行，压力传感器实时测量转接杆12对试验件1施加的力值；在试验过程中，光源10和摄像单元被布置在加热炉13的窗口21前方，光源10向加热炉13 的内部提供照明，摄像单元则采集到试验件1中心区域的图像以对试验件 1的应变情况进行解析，通过对输入的应变速率反馈的试验件变形速度进行比较进而控制液压阀开口和转接杆位移速度。本发明可以实现对金属试验件在高温环境下基于光学DIC技术的力学性能有效测试。
综上所述，本发明实施例提供的一种基于DIC技术的金属材料高温力学性能试验方法及装置，与圆形加热炉相比，采用均匀内置碳棒的方形加热炉确保炉膛内温度准确均匀；采用钨粉作为散斑对象具有工作温度高、持续时间长的优势；实现了高温下大变形金属拉/压试验过程中应变的实时控制和应力应变曲线与应变速率的关系的准确获取；采用的带T 型槽连接杆结构可适用于高温拉伸和压缩试验，装夹夹头和试验件过程操作方便，试验件装夹可在常温下进行；专用夹头可用于不同规格的板、棒材试验件，便于试验件的灵活设计；加热炉和摄像单元通过支架结构与拉伸机连接，使加热炉和摄像单元相对位置即自主可调，又保证紧固后的多次试验相对位置一定，实验数据具有稳定性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于DIC技术的金属材料高温力学性能试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在试验件(1)的测量区域均匀喷涂一层黑色碳化粉末作为散斑计算点；
步骤2：将试验件(1)装在拉伸机(14)上且位于加热炉(13)内；
步骤3：控制加热炉(13)的加热温度达到目标温度值；
步骤4：调节摄像头(11)的位置以拍摄试验件(1)；
步骤5：设置试验参数并开始试验。
2.根据权利要求1所述的基于DIC技术的金属材料高温力学性能试验方法，其特征在于，步骤5中，拉伸试验时，拉伸机(14)的直线驱动机构驱动拉伸机(14)的移动横梁(19)向上移动；压缩试验时，直线驱动机构驱动移动横梁(19)向下移动；试验件(1)在拉力或压力的作用下发生变形，拉伸机(14)上的压力传感器记录试验力值。
3.根据权利要求2所述的基于DIC技术的金属材料高温力学性能试验方法，其特征在于，步骤5中，摄像头(11)拍摄试验过程中的散斑图像并传输至计算机，计算机对散斑进行计算求解试验件(1)的应变随时间的变化规律。
4.根据权利要求3所述的基于DIC技术的金属材料高温力学性能试验方法，其特征在于，步骤5中，设定的试验参数包括应变速率；计算机将计算得到的应变随时间的变化规律与应变速率进行比较，控制直线驱动机构，以控制移动横梁(19)的移动速度。
5.根据权利要求4所述的基于DIC技术的金属材料高温力学性能试验方法，其特征在于，还包括步骤6，拉伸机(14)持续对试验件(1)施加拉力或压力，直至试验件(1)破坏，试验结束，进行试验数据整理；
具体包括以下步骤：
步骤6.1：关闭加热炉(13)；
步骤6.2：计算目标温度值下试验件的应力与应变的关系；
步骤6.3：控制直线驱动机构回程并关闭电源。
6.根据权利要求5所述的基于DIC技术的金属材料高温力学性能试验方法，其特征在于，步骤6.2中，根据压力传感器采集的力值和试验件的尺寸计算得出试验件(1)上应力随时间的变化规律；根据步骤5中的应变随时间的变化规律，推导出在目标温度值下试验件(1)的应力与应变的关系。
7.一种基于DIC技术的金属材料高温力学性能试验装置，其特征在于，所述试验装置用于权利要求1-6所述的试验方法，所述试验装置包括拉伸机(14)、加热炉(13)、摄像头(11)和计算机；
加热炉(13)和摄像头(11)设置在拉伸机(14)上，加热炉(13)能够加热试验件(1)，拉伸机(14)能够对试验件(1)施加拉力或压力，摄像头(11)能够拍摄试验过程中试验件(1)的变形，计算机能够根据摄像头(11)拍摄的信息计算出试验件(1)的应变。
8.根据权利要求7所述的基于DIC技术的金属材料高温力学性能试验装置，其特征在于，所述拉伸机(14)包括工作台(20)、导轨立柱(16)和移动横梁(19)；所述工作台(20)和移动横梁(19)通过导轨立柱(16)连接。
9.根据权利要求8所述的基于DIC技术的金属材料高温力学性能试验装置，其特征在于，所述移动横梁(19)下方设有压力传感器，所述压力传感器能够测量所述拉伸机(14)对试验件(1)施加的载荷大小。
10.根据权利要求8或9所述的基于DIC技术的金属材料高温力学性能试验装置，其特征在于，所述拉伸机(14)还包括直线驱动机构，所述移动横梁(19)能够在所述直线驱动机构的驱动下沿导轨立柱(16)上下移动。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011554310.XA CN112816339A (zh) | 2020-12-24 | 2020-12-24 | 一种基于dic技术的金属材料高温力学性能试验方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011554310.XA CN112816339A (zh) | 2020-12-24 | 2020-12-24 | 一种基于dic技术的金属材料高温力学性能试验方法及装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112816339A true CN112816339A (zh) | 2021-05-18 |
Family
ID=75853843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011554310.XA Pending CN112816339A (zh) | 2020-12-24 | 2020-12-24 | 一种基于dic技术的金属材料高温力学性能试验方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112816339A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113640133A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-11-12 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种基于扩胀法的封口薄膜力学性能测试装置 |
| CN114518289A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-05-20 | 深圳三思纵横科技股份有限公司 | 一种利用视频采集进行变形应变控的控制方法 |
| CN117907098A (zh) * | 2023-07-12 | 2024-04-19 | 苏州氢翔航空科技有限公司 | 一种基于dic技术的高分子聚合物及其复合材料的松弛模量测试方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105136574A (zh) * | 2015-09-01 | 2015-12-09 | 上海大学 | 电磁式塑料材料高速动态拉伸机的试验***和方法 |
| CN105783761A (zh) * | 2016-05-03 | 2016-07-20 | 北京航空航天大学 | 一种高精度超高温视频引伸计及测量方法 |
| CN106769525A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-05-31 | 哈尔滨工业大学 | 高温真空环境下测试导体材料力学性能的***及测试方法 |
| CN108344644A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-07-31 | 西北工业大学 | 高温拉伸实验装置及其方法 |
| CN108593429A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-09-28 | 武汉钢铁有限公司 | 材料高速拉伸应力应变测试设备及方法 |
| CN109163982A (zh) * | 2018-09-06 | 2019-01-08 | 北京航星机器制造有限公司 | 一种热环境双向加载试验设备和试验方法 |
-
2020
- 2020-12-24 CN CN202011554310.XA patent/CN112816339A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105136574A (zh) * | 2015-09-01 | 2015-12-09 | 上海大学 | 电磁式塑料材料高速动态拉伸机的试验***和方法 |
| CN105783761A (zh) * | 2016-05-03 | 2016-07-20 | 北京航空航天大学 | 一种高精度超高温视频引伸计及测量方法 |
| CN106769525A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-05-31 | 哈尔滨工业大学 | 高温真空环境下测试导体材料力学性能的***及测试方法 |
| CN108344644A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-07-31 | 西北工业大学 | 高温拉伸实验装置及其方法 |
| CN108593429A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-09-28 | 武汉钢铁有限公司 | 材料高速拉伸应力应变测试设备及方法 |
| CN109163982A (zh) * | 2018-09-06 | 2019-01-08 | 北京航星机器制造有限公司 | 一种热环境双向加载试验设备和试验方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113640133A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-11-12 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种基于扩胀法的封口薄膜力学性能测试装置 |
| CN113640133B (zh) * | 2021-08-11 | 2024-05-07 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种基于扩胀法的封口薄膜力学性能测试装置 |
| CN114518289A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-05-20 | 深圳三思纵横科技股份有限公司 | 一种利用视频采集进行变形应变控的控制方法 |
| CN117907098A (zh) * | 2023-07-12 | 2024-04-19 | 苏州氢翔航空科技有限公司 | 一种基于dic技术的高分子聚合物及其复合材料的松弛模量测试方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112816339A (zh) | 一种基于dic技术的金属材料高温力学性能试验方法及装置 | |
| CN109163982B (zh) | 一种热环境双向加载试验设备和试验方法 | |
| WO2013071805A1 (zh) | 一种测量密封件高低温耐久性能的装置 | |
| CN113038712B (zh) | 一种led屏fpc反折设备 | |
| CN217605538U (zh) | 一种带拉载的四点弯曲夹具 | |
| CN112730093A (zh) | 一种基于散斑应变的高温拉或压试验装置及试验方法 | |
| CN107990842B (zh) | 一种自定位自动对焦的ccd圆柱外轮廓检测装置 | |
| CN109975130B (zh) | 一种连接强度检测及失效节点图像采集装置 | |
| CN106323976B (zh) | 自冲铆***具磨损在线检测装置 | |
| CN209745744U (zh) | 布氏硬度计标准机 | |
| CN110686982B (zh) | 适用于高温条件下的十字双拉综合测试平台及方法 | |
| CN105588767A (zh) | 超低温环境下进行光学应变场测量的试片拉伸试验*** | |
| CN207908277U (zh) | 一种实现样件均匀加热的高温拉伸实验装置 | |
| CN208420338U (zh) | 一种3d摄像头自动检测设备 | |
| CN207816550U (zh) | 一种自动按压检测设备 | |
| CN114839081A (zh) | 一种电动伺服动静双轴高低温疲劳试验机 | |
| CN112858258B (zh) | 光伏器件动态el测试设备及测试方法 | |
| CN113959866A (zh) | 一种剪切性能测试装置及测试方法 | |
| CN109283066A (zh) | 一种材料微观组织弯曲压缩性能动态高通量测量装置 | |
| CN219675880U (zh) | 一种通道式x射线成像检测装置 | |
| CN108036984B (zh) | 偏光显微镜用热塑性树脂薄膜样品制备装置及其使用方法 | |
| CN210037436U (zh) | 用于涂层材料原位拉伸观测***的原位拉伸设备 | |
| CN113203513A (zh) | 电梯鼓式制动器电磁力实时测试装置 | |
| CN114152519A (zh) | 一种具有非接触全场应变测量功能的小微样品单轴蠕变测试*** | |
| CN219201346U (zh) | 一种植物组织切片损伤动态监测装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |