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CN106198195A - 一种用于高/低温疲劳性能测试的环境模拟装置 - Google Patents

一种用于高/低温疲劳性能测试的环境模拟装置 Download PDF

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CN106198195A
CN106198195A CN201610873554.1A CN201610873554A CN106198195A CN 106198195 A CN106198195 A CN 106198195A CN 201610873554 A CN201610873554 A CN 201610873554A CN 106198195 A CN106198195 A CN 106198195A
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temperature
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熊峻江
刘牧东
翟建明
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Beihang University
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    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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Abstract

一种用于高/低温疲劳性能测试的环境模拟装置，由耐高温的多台阶圆轴转换接头、温控冷水机、耐高温的五孔槽型夹具、定位销钉与螺栓、环境箱和液氮罐等组成。它们之间的连接关系如下：耐高温的多台阶圆轴转换接头通过进、出水管与温控冷水机相连接，耐高温的五孔槽型夹具一端安装在转换接头上，另一端通过定位销钉对试样定位，并通过带螺纹螺栓与试样固定连接，环境箱将耐高温的五孔槽型夹具及其夹持的试样密封包裹，液氮罐与环境箱相连接。本发明的环境模拟装置通过各子系统间的合理而精巧配合和连接，可简便、实用、精确地实现了疲劳性能试验的高/低温环境模拟，为高/低温疲劳性能测试提供技术支持和手段。

Description

一种用于高/低温疲劳性能测试的环境模拟装置
技术领域
本发明涉及一种用于高/低温疲劳性能测试的环境模拟装置，属于试验测试技术领域。
背景技术
工程材料或结构在使用过程中，会承受交变载荷而产生疲劳裂纹，当损伤累积超过容许限度时发生破坏，对材料或结构的安全性造成影响。工程材料与结构也常常在寒冷或酷热的环境下使用，高/低温环境会对材料的疲劳性能造成影响，因此，为了保障安全性，需要测定高/低温环境下的疲劳性能。高/低温疲劳性能测试技术的难点在于环境模拟，目前，国内外对满足高/低温疲劳性能测试需求的环境模拟技术尚不成熟，为此，发明了一种用于高/低温疲劳性能测试的环境模拟装置，由耐高温的多台阶圆轴转换接头、温控冷水机、耐高温的五孔槽型夹具、定位销钉与螺栓、环境箱和液氮罐等组成，可简便、实用、精确地实现了疲劳性能试验环境的模拟，为高/低温疲劳性能测试提供技术支持和手段。
发明内容
1、目的：本发明的目的在于提供一种用于高/低温疲劳性能测试的环境模拟装置，用于高/低温环境下的疲劳性能测试。
2、技术方案：本发明一种用于高/低温疲劳性能测试的环境模拟装置，由耐高温的多台阶圆轴转换接头、温控冷水机、耐高温的五孔槽型夹具、定位销钉与螺栓、环境箱和液氮罐等组成。它们之间的连接关系如下：耐高温的多台阶圆轴转换接头通过进、出水管与温控冷水机相连接，以实现高温环境下转换接头的冷却；耐高温的五孔槽型夹具一端安装在耐高温的多台阶圆轴转换接头上，另一端通过定位销钉与定位孔对试样定位，并通过带螺纹螺栓与试样固定连接；环境箱将耐高温的五孔槽型夹具及其夹持的试样密封包裹，实现高/低温环境的密闭和保温；液氮罐与环境箱相连接，通过向环境箱内输送液氮降温，实现低温环境。
所述的温控冷水机通过塑料导管连接耐高温的多台阶圆轴转换接头，形成进、出水循环，实现制冷，其冷却方式简单、冷却效率高。
所述的耐高温的多台阶圆轴转换接头穿过环境箱的顶部或底部开口后，一端通过螺纹与疲劳试验机固定连接，另一端再通过螺纹与五孔槽型夹具固定连接，这样，试验夹具和试样就置于环境箱内部，且转换接头穿过环境箱的开口小，便于密封和保温，试样装卸简便。选取耐高温抗变形的优质合金钢制造转换接头，转换接头上加工有冷却孔，通过导管与温控冷水机相连，利用进、出水循环，实现降温，可阻隔高温扩散至试验机接头，有效避免高温对试验机传感器的影响，保证试验载荷施加精度。
所述的耐高温的五孔槽型夹具的中央孔为定位孔，通过带台肩的圆轴状定位销钉穿过定位孔，对试样进行定位，保证试样安装的同轴度；其余四个螺纹孔上下、左右对称分布在定位孔的四周，通过螺栓夹持试样，如此方式的夹持稳固，夹持力均匀，保证试验载荷施加的精度。此外，耐高温的五孔槽型夹具仅通过螺栓与螺纹孔固定试样，无需螺母等配件，在试样装卸时，更简便，提高了试验测试效率。
所述的环境箱是金属箱体结构，其四周壁体内均布有细密而均匀的纤维棉保温层，箱门边缘装有耐高温、抗老化的硅橡胶，便于其关闭时密封和保温。环境箱还配有高速电加热器、压缩机、蒸发器、电磁控制阀、温度控制器和优质合金电阻测温传感器等。高速电加热器用于加热和升温，电磁控制阀用于调节液氮的输入量，压缩机用于压缩液氮进入蒸发器，蒸发器用于使液氮汽化和降温，壁体内的优质合金电阻传感器用于测定箱体环境温度，温度控制器用于控制加热器的输出功率或控制电磁控制阀的液氮输入量，实现指定高/低温环境。温度控制器基于PID理论协调控制，具备温度自动修正功能，控制精确高效，可降低加热成本、提高液氮的利用率。此外，箱门上设有耐高温的特种玻璃窗口，窗口内侧胶合导电薄膜以实现低温环境下的自动除霜，可以清晰有效地观测高/低温疲劳试验中的疲劳现象。
所述的液氮罐是按需配置的自增压式低温容器，调节压力上升至0.05MPa时，打开排液阀，即可通过自增压系统实现连续输液。
3、优点及功效：本发明的环境模拟装置通过各子系统间的合理而精巧配合和连接，可简便、实用、精确地实现了疲劳性能试验环境的模拟，为高/低温疲劳性能测试提供技术支持和手段。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明进一步说明：
图1是温控冷水机示意图；
图2是耐高温的多台阶轴状转换接头示意图；
图3是耐高温的五孔带槽试样夹具示意图；
图4是定位销钉示意图；
图5是疲劳试样示意图；
图6是用于高/低温疲劳性能测试的环境模拟装置示意图。
图6中：部件1为温控冷水机，部件2为耐高温的多台阶圆轴转换接头，部件3为耐高温的五孔槽型夹具，部件4为定位销钉，部件5为疲劳试样，部件6为环境箱，部件7为环境箱壁体纤维棉保温层，部件8为环境箱温度控制器，部件9为液氮罐。
具体实施方式
结合图1至图6说明本发明的具体实施方式：
本发明为一种用于高/低温疲劳性能测试的环境模拟装置，由耐高温的多台阶圆轴转换接头、温控冷水机、耐高温的五孔槽型夹具、定位销钉与螺栓、环境箱和液氮罐等组成。在图6中，耐高温的多台阶圆轴转换接头2通过进、出水管与温控冷水机1相连接，以实现高温环境下转换接头的冷却；耐高温的五孔槽型夹具3一端安装在耐高温的多台阶圆轴转换接头2上，另一端通过定位销钉4与定位孔对试样定位，并通过带螺纹螺栓与试样5固定连接；环境箱6将耐高温的五孔槽型夹具3及其夹持的试样5密封包裹，实现高/低温环境的密闭和保温；液氮罐9与环境箱6相连接，通过向环境箱内输送液氮降温，实现低温环境。
温控冷水机如图1所示，通过塑料导管连接耐高温的多台阶圆轴转换接头，形成进、出水循环，实现制冷。耐高温的多台阶圆轴转换接头如图2所示，转换接头穿过环境箱的顶部或底部开口后，一端通过螺纹与疲劳试验机固定连接，另一端再通过螺纹与五孔槽型夹具固定连接，转换接头上加工有冷却孔，通过导管与温控冷水机相连，利用进、出水循环，实现降温。耐高温的五孔带槽试样夹具如图3所示，其中央孔为定位孔，通过带台肩的圆轴状定位销钉穿过定位孔，对试样进行定位，其余四个螺纹孔上下、左右对称分布在定位孔的四周，通过螺栓夹持试样。定位销钉如图4所示，为一个带台肩的圆轴件。疲劳试样如图5所示，为中心缺口板状试样。所有部件按照图6示出的位置关系进行配合、连接和调试后，便可进行高/低温疲劳性能测试。

Claims (1)

1.一种用于高/低温疲劳性能测试的环境模拟装置，其特征在于：由耐高温的多台阶圆轴转换接头、温控冷水机、耐高温的五孔槽型夹具、定位销钉与螺栓、环境箱和液氮罐等组成。它们之间的连接关系如下：耐高温的多台阶圆轴转换接头通过进、出水管与温控冷水机相连接，实现高温转换接头的冷却；耐高温的五孔槽型夹具一端安装在耐高温的多台阶圆轴转换接头上，另一端通过定位销钉与定位孔对试样定位，并通过带螺纹螺栓与试样固定连接；环境箱将耐高温的五孔槽型夹具及其夹持的试样密封包裹，实现高/低温环境的密闭和保温；液氮罐与环境箱相连接，通过向环境箱内输送液氮降温，实现低温环境。
所述的温控冷水机通过塑料导管连接耐高温的多台阶圆轴转换接头，形成进、出水循环，实现制冷，其冷却方式简单、冷却效率高。
所述的耐高温的多台阶圆轴转换接头穿过环境箱的顶部或底部开口后，一端通过螺纹与疲劳试验机固定连接，另一端再通过螺纹与五孔槽型夹具固定连接，这样，试验夹具和试样就置于环境箱内部，且转换接头穿过环境箱的开口小，便于密封和保温，试样装卸简便。选取耐高温抗变形的优质合金钢制造转换接头，转换接头上加工有冷却孔，通过导管与温控冷水机相连，利用进、出水循环，实现降温，可阻隔高温扩散至试验机接头，有效避免高温对试验机传感器的影响，保证试验载荷施加精度。
所述的耐高温的五孔槽型夹具的中央孔为定位孔，通过带台肩的圆轴状定位销钉穿过定位孔，对试样进行定位，保证试样安装的同轴度；其余四个螺纹孔上下、左右对称分布在定位孔的四周，通过螺栓夹持试样，如此方式的夹持稳固，夹持力均匀，保证试验载荷施加的精度。此外，耐高温的五孔槽型夹具仅通过螺栓与螺纹孔固定试样，无需螺母等配件，在试样装卸时，更简便，提高了试验测试效率。
所述的环境箱是金属箱体结构，其四周壁体内均布有细密而均匀的纤维棉保温层，箱门边缘装有耐高温、抗老化的硅橡胶，便于其关闭时密封和保温。环境箱配有高速电加热器、压缩机、蒸发器、电磁控制阀、温度控制器和优质合金电阻测温传感器等。高速电加热器用于加热和升温，电磁控制阀用于调节液氮的输入量，压缩机用于压缩液氮进入蒸发器，蒸发器用于使液氮汽化和降温，壁体内的优质合金电阻传感器用于测定箱体环境温度，温度控制器用于控制加热器的输出功率，或控制电磁控制阀的液氮输入量，实现指定高/低温环境。温度控制器基于PID理论协调控制，具备温度自动修正功能，控制精确高效，可降低加热成本、提高液氮的利用率。此外，箱门上设有耐高温的特种玻璃窗口，窗口内侧胶合导电薄膜以实现低温环境下的自动除霜，可以清晰有效地观测高/低温疲劳试验中的疲劳现象。
所述的液氮罐是按需配置的自增压式低温容器，调节压力上升至0.05MPa时，打开排液阀，即可通过自增压系统实现连续输液。
本发明的环境模拟装置通过各子系统间的合理而精巧配合和连接，实现了疲劳试验环境的密闭和保温，可以简便、实用、精确模拟高/低温环境，为高/低温疲劳性能测试提供技术支持和手段。
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