液氦溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲多試樣連續(xù)測(cè)試裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于材料力學(xué)性能測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種液氦溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲多試樣連續(xù)測(cè)試裝置。本發(fā)明裝置包括三點(diǎn)彎曲測(cè)試夾具、電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)、剛性支撐、多試樣自動(dòng)換樣機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、低溫杜瓦和液體注入輸出管道。本發(fā)明的裝置解決了現(xiàn)有液氦溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲測(cè)試裝置一次裝樣僅能測(cè)試單個(gè)試樣、消耗液氦量較大的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的裝置通過(guò)多試樣自動(dòng)換樣機(jī)構(gòu)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的配合使用，實(shí)現(xiàn)低溫下多試樣自動(dòng)換樣，一次裝樣可連續(xù)測(cè)試多個(gè)試樣，不間斷進(jìn)行三點(diǎn)彎曲數(shù)據(jù)測(cè)試，使用效率高，節(jié)約液氦使用量，能大幅降低測(cè)試成本，且系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、準(zhǔn)確，智能化程度高、結(jié)構(gòu)可靠。
【專利說(shuō)明】液氦溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲多試樣連續(xù)測(cè)試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料力學(xué)性能測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種液氦溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲力學(xué)性能多試樣連續(xù)測(cè)試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)受控核聚變、航空航天、超導(dǎo)技術(shù)等領(lǐng)域的發(fā)展，涉及到材料在極低溫環(huán)境中服役的大量工程項(xiàng)目越來(lái)越多，其中超導(dǎo)技術(shù)作為未來(lái)核聚變工程領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，對(duì)低溫材料的需求量越來(lái)越大。同時(shí)對(duì)于已大量使用的金屬材料，需要測(cè)試其低溫性能，完善材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)，以擴(kuò)展其使用范圍。
[0003]三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置，廣泛地應(yīng)用于材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度、抗折強(qiáng)度、應(yīng)力應(yīng)變、蠕變等特征性能的測(cè)試中。材料的這些性能數(shù)據(jù)，對(duì)于判斷其組織結(jié)構(gòu)變化、評(píng)價(jià)其使用性能，十分重要。材料在低溫環(huán)境中工作時(shí)，其力學(xué)性能較室溫下有較大變化，材料在低溫下的三點(diǎn)彎曲性能是涉及低溫工程項(xiàng)目實(shí)施中不可或缺的參考數(shù)據(jù)。
[0004]目前材料在室溫下三點(diǎn)彎曲測(cè)試已有較為廣泛的研究，并且適用于該性能測(cè)試的各種設(shè)備已經(jīng)批量生產(chǎn)。對(duì)于極低溫(4.2K/-269°C )下材料的三點(diǎn)彎曲測(cè)試，一次裝樣僅能測(cè)試單個(gè)試樣，效率較低，消耗液氦量較大，測(cè)試成本高昂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題為:現(xiàn)有液氦溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲測(cè)試裝置，一次裝樣僅能測(cè)試單個(gè)試樣，效率較低，消耗液氦量較大，測(cè)試成本高昂。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述:
[0007]—種液氦溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲多試樣連續(xù)測(cè)試裝置，包括:低溫三點(diǎn)彎曲測(cè)試夾具、電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)、剛性支撐、多試樣自動(dòng)換樣機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、低溫杜瓦和液體注入輸出管道；
[0008]低溫三點(diǎn)彎曲夾具包括雙支點(diǎn)樣品剛性支撐臺(tái)、單支點(diǎn)加力桿、低溫微應(yīng)變測(cè)試裝置。
[0009]電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)包括作動(dòng)器，作動(dòng)器上端設(shè)有載荷傳感器和位移傳感器；
[0010]所述多試樣自動(dòng)換樣機(jī)構(gòu)包括一個(gè)試樣托盤和一個(gè)旋轉(zhuǎn)連桿，所述旋轉(zhuǎn)連桿固定在試樣托盤上方，能夠帶動(dòng)試樣托盤沿水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)；試樣托盤圓周方向放置多個(gè)待測(cè)試樣，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與所述旋轉(zhuǎn)連桿相連，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)精確控制試樣托盤旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作動(dòng)器與多個(gè)待測(cè)試樣相連接；
[0011]所述低溫杜瓦為中空腔體，多試樣自動(dòng)換樣機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)連桿以動(dòng)密封的形式穿過(guò)低溫杜瓦上端面，多試樣自動(dòng)換樣機(jī)構(gòu)的剛性試樣托盤放置于低溫杜瓦內(nèi)部；
[0012]剛性支撐連接低溫杜瓦和電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)；
[0013]所述液體注入輸出管道連接液氦罐和低溫杜瓦內(nèi)部；
[0014]通過(guò)三點(diǎn)彎曲測(cè)試夾具連接作動(dòng)器與待測(cè)試樣:三點(diǎn)彎曲測(cè)試夾具單支點(diǎn)加力桿上端通過(guò)螺紋連接方式與作動(dòng)器下端相連，下端能對(duì)試樣施力；試樣置于雙支點(diǎn)剛性支撐臺(tái)上，單支點(diǎn)加力桿對(duì)試樣加載時(shí)，通過(guò)低溫微應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量載荷與裂紋張開深度關(guān)系，并把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。
[0015]作為優(yōu)選方案，
[0016]低溫杜瓦內(nèi)部設(shè)有液氦液面計(jì)，根據(jù)液氦液面計(jì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)液體注入輸出管道進(jìn)行控制:當(dāng)?shù)蜏囟磐邇?nèi)部液氦液面低于設(shè)定值，自動(dòng)補(bǔ)液，直至達(dá)到設(shè)定值自動(dòng)停止補(bǔ)液。
[0017]此外，電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)還可以包括:十字橫梁和剛性底座，所述十字橫梁、剛性底座通過(guò)兩根剛性立柱連接，形成電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)的剛性框架；所述作動(dòng)器貫穿十字橫梁，且能夠在十字橫梁內(nèi)部進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，為待測(cè)樣品提供載荷動(dòng)力源。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:
[0019](I)本發(fā)明的液氦溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲多試樣連續(xù)測(cè)試裝置，可以測(cè)試材料在液氦溫區(qū)(4.2K/-269°C )下的三點(diǎn)彎曲力學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)多試樣自動(dòng)換樣，一次裝樣可連續(xù)測(cè)試多個(gè)試樣，消耗液氦量極低、使用效率高，具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值；
[0020](2)本發(fā)明的液氦溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲多試樣連續(xù)測(cè)試裝置，通過(guò)多試樣自動(dòng)換樣機(jī)構(gòu)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的配合使用，運(yùn)行平穩(wěn)、準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)可靠、智能化程度高；
[0021](3)本發(fā)明的三點(diǎn)彎曲測(cè)試夾具，可以在液氦下工作，并通過(guò)低溫微應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量試樣裂紋深度與所受載荷的關(guān)系。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明的液氦溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲多試樣連續(xù)測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中，1-電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)；2_剛性支撐；3_多試樣自動(dòng)換樣機(jī)構(gòu)；4-計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；5_三點(diǎn)彎曲測(cè)試夾具；6_低溫杜瓦；7_液體注入輸出管道；8_液氦液面計(jì)；9-作動(dòng)器；10_待測(cè)試樣；11_單支點(diǎn)加力桿；12_雙支點(diǎn)剛性支撐臺(tái)；13_低溫微應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的液氦溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲多試樣連續(xù)測(cè)試裝置進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明的液氦溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲多試樣連續(xù)測(cè)試裝置包括:低溫三點(diǎn)彎曲測(cè)試夾具5、電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)1、剛性支撐2、多試樣自動(dòng)換樣機(jī)構(gòu)3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4、低溫杜瓦6、液體注入輸出管道7和液氦液面計(jì)8。
[0026]電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)I包括:十字橫梁、剛性底座和作動(dòng)器9。所述十字橫梁、剛性底座通過(guò)兩根剛性立柱連接，形成電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)I的剛性框架；所述作動(dòng)器9貫穿十字橫梁，且能夠在十字橫梁內(nèi)部進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，為待測(cè)試樣10提供載荷動(dòng)力源；所述作動(dòng)器9上端設(shè)有載荷傳感器和位移傳感器，分別用于監(jiān)控作動(dòng)器9的載荷和位移。
[0027]所述多試樣自動(dòng)換樣機(jī)構(gòu)3包括一個(gè)剛性試樣托盤和一個(gè)旋轉(zhuǎn)連桿，所述旋轉(zhuǎn)連桿固定在試樣托盤上方，能夠帶動(dòng)試樣托盤沿水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)。試樣托盤圓周方向放置多個(gè)待測(cè)試樣10，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4與所述旋轉(zhuǎn)連桿相連，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)精確控制試樣托盤旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作動(dòng)器9與多個(gè)待測(cè)試樣10相連接。
[0028]通過(guò)三點(diǎn)彎曲測(cè)試夾具5連接作動(dòng)器9與待測(cè)試樣10:三點(diǎn)彎曲測(cè)試夾具單支點(diǎn)加力桿11上端通過(guò)螺紋連接方式與作動(dòng)器9下端相連，下端能對(duì)試樣10施力；試樣10置于雙支點(diǎn)剛性支撐臺(tái)12上，單支點(diǎn)加力桿11對(duì)試樣加載時(shí)，通過(guò)低溫微應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)13測(cè)量載荷與裂紋張開深度關(guān)系，并把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞至控制系統(tǒng)4。
[0029]所述低溫杜瓦6為中空腔體，多試樣自動(dòng)換樣機(jī)構(gòu)3的旋轉(zhuǎn)連桿以動(dòng)密封的形式穿過(guò)低溫杜瓦6上端面，多試樣自動(dòng)換樣機(jī)構(gòu)3的剛性試樣托盤放置于低溫杜瓦6內(nèi)部。
[0030]剛性支撐2連接低溫杜瓦6和電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)I十字橫梁，為整個(gè)液氦溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲多試樣連續(xù)測(cè)試裝置提供剛性框架。
[0031 ] 所述液體注入輸出管道7連接液氦罐和低溫杜瓦6內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)液氦注入和回收。低溫杜瓦6內(nèi)部設(shè)有液氦液面計(jì)8，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控低溫杜瓦6內(nèi)部液氦液面高度。根據(jù)液氦液面計(jì)8監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4對(duì)液體注入輸出管道7進(jìn)行控制:當(dāng)?shù)蜏囟磐?內(nèi)部液氦液面低于設(shè)定值，自動(dòng)補(bǔ)液，直至達(dá)到設(shè)定值自動(dòng)停止補(bǔ)液。
[0032]本發(fā)明的液氦溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲多試樣連續(xù)測(cè)試裝置工作過(guò)程如下所述:
[0033]作動(dòng)器9連接三點(diǎn)彎曲測(cè)試夾具5，可將電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)I的力學(xué)載荷加載至試樣10,試樣10的載荷和位移信號(hào)分別傳遞至電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)I上的載荷傳感器和位移傳感器，同時(shí)通過(guò)低溫微應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)13測(cè)量載荷與裂紋張開深度關(guān)系，并把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4進(jìn)行三點(diǎn)彎曲測(cè)試。單個(gè)測(cè)試完成后，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4命令多試樣自動(dòng)換樣機(jī)構(gòu)3智能換樣，實(shí)現(xiàn)不間斷連續(xù)測(cè)試。試驗(yàn)過(guò)程中，液氦液面計(jì)8實(shí)時(shí)監(jiān)控低溫杜瓦6內(nèi)液體高度，確保試驗(yàn)全程待測(cè)試樣10浸沒在液氦中，測(cè)試環(huán)境不改變。
[0034]綜上所述，本發(fā)明的液氦溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲多試樣連續(xù)測(cè)試裝置以電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)為基礎(chǔ)，利用液氦作為冷卻介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)低溫(4.2K/-269°C )環(huán)境下三點(diǎn)彎曲力學(xué)性能的測(cè)量。本發(fā)明通過(guò)多試樣自動(dòng)換樣機(jī)構(gòu)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的配合使用，實(shí)現(xiàn)低溫下多試樣自動(dòng)換樣，不間斷進(jìn)行三點(diǎn)彎曲數(shù)據(jù)測(cè)試，使用效率高，節(jié)約液氦使用量，能大幅降低測(cè)試成本，且系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、準(zhǔn)確，智能化程度高、結(jié)構(gòu)可靠。
【權(quán)利要求】
1.一種液氦溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲多試樣連續(xù)測(cè)試裝置，包括:低溫三點(diǎn)彎曲測(cè)試夾具(5)、電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)(1)、剛性支撐(2)、多試樣自動(dòng)換樣機(jī)構(gòu)(3)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4)、低溫杜瓦(6)和液體注入輸出管道(7);其特征在于: 電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)(1)包括作動(dòng)器(9)，作動(dòng)器(9)上端設(shè)有載荷傳感器和位移傳感器； 所述多試樣自動(dòng)換樣機(jī)構(gòu)(3)包括一個(gè)試樣托盤和一個(gè)旋轉(zhuǎn)連桿，所述旋轉(zhuǎn)連桿固定在試樣托盤上方，能夠帶動(dòng)試樣托盤沿水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)；試樣托盤圓周方向放置多個(gè)待測(cè)試樣(10)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4)與所述旋轉(zhuǎn)連桿相連，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4)通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)精確控制試樣托盤旋轉(zhuǎn)角度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作動(dòng)器(9)與多個(gè)待測(cè)試樣(10)相連接； 所述低溫杜瓦(6)為中空腔體，多試樣自動(dòng)換樣機(jī)構(gòu)(3)的旋轉(zhuǎn)連桿以動(dòng)密封的形式穿過(guò)低溫杜瓦(6)上端面，多試樣自動(dòng)換樣機(jī)構(gòu)(3)的剛性試樣托盤放置于低溫杜瓦(6)內(nèi)部； 剛性支撐⑵連接低溫杜瓦(6)和電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)⑴； 所述液體注入輸出管道(7)連接液氦罐和低溫杜瓦(6)內(nèi)部； 通過(guò)三點(diǎn)彎曲測(cè)試夾具(5)連接作動(dòng)器(9)與待測(cè)試樣(10):三點(diǎn)彎曲測(cè)試夾具單支點(diǎn)加力桿(11)上端通過(guò)螺紋連接方式與作動(dòng)器(9)下端相連，雙支點(diǎn)剛性支撐臺(tái)(12)上放置試樣(10)，單支點(diǎn)加力桿(11)對(duì)試樣加載時(shí)，通過(guò)低溫微應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)(13)測(cè)量載荷與裂紋張開深度關(guān)系，并把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液氦溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲多試樣連續(xù)測(cè)試裝置，其特征在于:低溫杜瓦(6)內(nèi)部設(shè)有液氦液面計(jì)(8)，根據(jù)液氦液面計(jì)(8)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4)對(duì)液體注入輸出管道(7)進(jìn)行控制:當(dāng)?shù)蜏囟磐?6)內(nèi)部液氦液面低于設(shè)定值，自動(dòng)補(bǔ)液，直至達(dá)到設(shè)定值自動(dòng)停止補(bǔ)液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液氦溫區(qū)材料三點(diǎn)彎曲多試樣連續(xù)測(cè)試裝置，其特征在于:電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)(I)還包括:十字橫梁和剛性底座，所述十字橫梁、剛性底座通過(guò)兩根剛性立柱連接，形成電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)⑴的剛性框架；所述作動(dòng)器(9)貫穿十字橫梁，且能夠在十字橫梁內(nèi)部進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，為待測(cè)試樣(10)提供載荷動(dòng)力源。
【文檔編號(hào)】G01N3/20GK103900914SQ201210574612
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】李鵬遠(yuǎn), 韓石磊, 楊淑娟, 潘傳杰, 侯炳林, 張博, 王敏 申請(qǐng)人:核工業(yè)西南物理研究院, 中國(guó)國(guó)際核聚變能源計(jì)劃執(zhí)行中心