液氦溫區(qū)材料三點彎曲多試樣連續(xù)測試裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于材料力學性能測試【技術領域】，具體涉及一種液氦溫區(qū)材料三點彎曲多試樣連續(xù)測試裝置。本發(fā)明裝置包括三點彎曲測試夾具、電液伺服疲勞試驗機、剛性支撐、多試樣自動換樣機構、計算機控制系統(tǒng)、低溫杜瓦和液體注入輸出管道。本發(fā)明的裝置解決了現有液氦溫區(qū)材料三點彎曲測試裝置一次裝樣僅能測試單個試樣、消耗液氦量較大的技術問題。本發(fā)明的裝置通過多試樣自動換樣機構與計算機控制系統(tǒng)的配合使用，實現低溫下多試樣自動換樣，一次裝樣可連續(xù)測試多個試樣，不間斷進行三點彎曲數據測試，使用效率高，節(jié)約液氦使用量，能大幅降低測試成本，且系統(tǒng)運行平穩(wěn)、準確，智能化程度高、結構可靠。
【專利說明】液氦溫區(qū)材料三點彎曲多試樣連續(xù)測試裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料力學性能測試【技術領域】，具體涉及一種液氦溫區(qū)材料三點彎曲力學性能多試樣連續(xù)測試裝置。
【背景技術】
[0002]隨著我國受控核聚變、航空航天、超導技術等領域的發(fā)展，涉及到材料在極低溫環(huán)境中服役的大量工程項目越來越多，其中超導技術作為未來核聚變工程領域的核心技術之一，對低溫材料的需求量越來越大。同時對于已大量使用的金屬材料，需要測試其低溫性能，完善材料性能數據庫，以擴展其使用范圍。
[0003]三點彎曲試驗裝置，廣泛地應用于材料的韌脆轉變溫度、抗折強度、應力應變、蠕變等特征性能的測試中。材料的這些性能數據，對于判斷其組織結構變化、評價其使用性能，十分重要。材料在低溫環(huán)境中工作時，其力學性能較室溫下有較大變化，材料在低溫下的三點彎曲性能是涉及低溫工程項目實施中不可或缺的參考數據。
[0004]目前材料在室溫下三點彎曲測試已有較為廣泛的研究，并且適用于該性能測試的各種設備已經批量生產。對于極低溫(4.2K/-269°C )下材料的三點彎曲測試，一次裝樣僅能測試單個試樣，效率較低，消耗液氦量較大，測試成本高昂。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明需要解決的技術問題為:現有液氦溫區(qū)材料三點彎曲測試裝置，一次裝樣僅能測試單個試樣，效率較低，消耗液氦量較大，測試成本高昂。
[0006]本發(fā)明的技術方案如下所述:
[0007]—種液氦溫區(qū)材料三點彎曲多試樣連續(xù)測試裝置，包括:低溫三點彎曲測試夾具、電液伺服疲勞試驗機、剛性支撐、多試樣自動換樣機構、計算機控制系統(tǒng)、低溫杜瓦和液體注入輸出管道；
[0008]低溫三點彎曲夾具包括雙支點樣品剛性支撐臺、單支點加力桿、低溫微應變測試裝置。
[0009]電液伺服疲勞試驗機包括作動器，作動器上端設有載荷傳感器和位移傳感器；
[0010]所述多試樣自動換樣機構包括一個試樣托盤和一個旋轉連桿，所述旋轉連桿固定在試樣托盤上方，能夠帶動試樣托盤沿水平方向轉動；試樣托盤圓周方向放置多個待測試樣，計算機控制系統(tǒng)與所述旋轉連桿相連，計算機控制系統(tǒng)通過控制旋轉連桿轉動精確控制試樣托盤旋轉角度，進而實現作動器與多個待測試樣相連接；
[0011]所述低溫杜瓦為中空腔體，多試樣自動換樣機構的旋轉連桿以動密封的形式穿過低溫杜瓦上端面，多試樣自動換樣機構的剛性試樣托盤放置于低溫杜瓦內部；
[0012]剛性支撐連接低溫杜瓦和電液伺服疲勞試驗機；
[0013]所述液體注入輸出管道連接液氦罐和低溫杜瓦內部；
[0014]通過三點彎曲測試夾具連接作動器與待測試樣:三點彎曲測試夾具單支點加力桿上端通過螺紋連接方式與作動器下端相連，下端能對試樣施力；試樣置于雙支點剛性支撐臺上，單支點加力桿對試樣加載時，通過低溫微應變測試系統(tǒng)測量載荷與裂紋張開深度關系，并把數據實時傳遞至計算機控制系統(tǒng)。
[0015]作為優(yōu)選方案，
[0016]低溫杜瓦內部設有液氦液面計，根據液氦液面計監(jiān)控數據，計算機控制系統(tǒng)對液體注入輸出管道進行控制:當低溫杜瓦內部液氦液面低于設定值，自動補液，直至達到設定值自動停止補液。
[0017]此外，電液伺服疲勞試驗機還可以包括:十字橫梁和剛性底座，所述十字橫梁、剛性底座通過兩根剛性立柱連接，形成電液伺服疲勞試驗機的剛性框架；所述作動器貫穿十字橫梁，且能夠在十字橫梁內部進行上下往復運動，為待測樣品提供載荷動力源。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:
[0019](I)本發(fā)明的液氦溫區(qū)材料三點彎曲多試樣連續(xù)測試裝置，可以測試材料在液氦溫區(qū)(4.2K/-269°C )下的三點彎曲力學性能，實現多試樣自動換樣，一次裝樣可連續(xù)測試多個試樣，消耗液氦量極低、使用效率高，具有較高經濟價值；
[0020](2)本發(fā)明的液氦溫區(qū)材料三點彎曲多試樣連續(xù)測試裝置，通過多試樣自動換樣機構與計算機控制系統(tǒng)的配合使用，運行平穩(wěn)、準確，結構可靠、智能化程度高；
[0021](3)本發(fā)明的三點彎曲測試夾具，可以在液氦下工作，并通過低溫微應變測試系統(tǒng)實時測量試樣裂紋深度與所受載荷的關系。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的液氦溫區(qū)材料三點彎曲多試樣連續(xù)測試裝置結構示意圖。
[0023]圖中，1-電液伺服疲勞試驗機；2_剛性支撐；3_多試樣自動換樣機構；4-計算機控制系統(tǒng)；5_三點彎曲測試夾具；6_低溫杜瓦；7_液體注入輸出管道；8_液氦液面計；9-作動器；10_待測試樣；11_單支點加力桿；12_雙支點剛性支撐臺；13_低溫微應變測試系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的液氦溫區(qū)材料三點彎曲多試樣連續(xù)測試裝置進行詳細說明。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明的液氦溫區(qū)材料三點彎曲多試樣連續(xù)測試裝置包括:低溫三點彎曲測試夾具5、電液伺服疲勞試驗機1、剛性支撐2、多試樣自動換樣機構3、計算機控制系統(tǒng)4、低溫杜瓦6、液體注入輸出管道7和液氦液面計8。
[0026]電液伺服疲勞試驗機I包括:十字橫梁、剛性底座和作動器9。所述十字橫梁、剛性底座通過兩根剛性立柱連接，形成電液伺服疲勞試驗機I的剛性框架；所述作動器9貫穿十字橫梁，且能夠在十字橫梁內部進行上下往復運動，為待測試樣10提供載荷動力源；所述作動器9上端設有載荷傳感器和位移傳感器，分別用于監(jiān)控作動器9的載荷和位移。
[0027]所述多試樣自動換樣機構3包括一個剛性試樣托盤和一個旋轉連桿，所述旋轉連桿固定在試樣托盤上方，能夠帶動試樣托盤沿水平方向轉動。試樣托盤圓周方向放置多個待測試樣10，計算機控制系統(tǒng)4與所述旋轉連桿相連，計算機控制系統(tǒng)4通過控制旋轉連桿轉動精確控制試樣托盤旋轉角度，進而實現作動器9與多個待測試樣10相連接。
[0028]通過三點彎曲測試夾具5連接作動器9與待測試樣10:三點彎曲測試夾具單支點加力桿11上端通過螺紋連接方式與作動器9下端相連，下端能對試樣10施力；試樣10置于雙支點剛性支撐臺12上，單支點加力桿11對試樣加載時，通過低溫微應變測試系統(tǒng)13測量載荷與裂紋張開深度關系，并把數據實時傳遞至控制系統(tǒng)4。
[0029]所述低溫杜瓦6為中空腔體，多試樣自動換樣機構3的旋轉連桿以動密封的形式穿過低溫杜瓦6上端面，多試樣自動換樣機構3的剛性試樣托盤放置于低溫杜瓦6內部。
[0030]剛性支撐2連接低溫杜瓦6和電液伺服疲勞試驗機I十字橫梁，為整個液氦溫區(qū)材料三點彎曲多試樣連續(xù)測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內部，實現液氦注入和回收。低溫杜瓦6內部設有液氦液面計8，用于實時監(jiān)控低溫杜瓦6內部液氦液面高度。根據液氦液面計8監(jiān)控數據，計算機控制系統(tǒng)4對液體注入輸出管道7進行控制:當低溫杜瓦6內部液氦液面低于設定值，自動補液，直至達到設定值自動停止補液。
[0032]本發(fā)明的液氦溫區(qū)材料三點彎曲多試樣連續(xù)測試裝置工作過程如下所述:
[0033]作動器9連接三點彎曲測試夾具5，可將電液伺服疲勞試驗機I的力學載荷加載至試樣10,試樣10的載荷和位移信號分別傳遞至電液伺服疲勞試驗機I上的載荷傳感器和位移傳感器，同時通過低溫微應變測試系統(tǒng)13測量載荷與裂紋張開深度關系，并把數據實時傳遞至計算機控制系統(tǒng)4進行三點彎曲測試。單個測試完成后，由計算機控制系統(tǒng)4命令多試樣自動換樣機構3智能換樣，實現不間斷連續(xù)測試。試驗過程中，液氦液面計8實時監(jiān)控低溫杜瓦6內液體高度，確保試驗全程待測試樣10浸沒在液氦中，測試環(huán)境不改變。
[0034]綜上所述，本發(fā)明的液氦溫區(qū)材料三點彎曲多試樣連續(xù)測試裝置以電液伺服疲勞試驗機為基礎，利用液氦作為冷卻介質，實現低溫(4.2K/-269°C )環(huán)境下三點彎曲力學性能的測量。本發(fā)明通過多試樣自動換樣機構與計算機控制系統(tǒng)的配合使用，實現低溫下多試樣自動換樣，不間斷進行三點彎曲數據測試，使用效率高，節(jié)約液氦使用量，能大幅降低測試成本，且系統(tǒng)運行平穩(wěn)、準確，智能化程度高、結構可靠。
【權利要求】
1.一種液氦溫區(qū)材料三點彎曲多試樣連續(xù)測試裝置，包括:低溫三點彎曲測試夾具(5)、電液伺服疲勞試驗機(1)、剛性支撐(2)、多試樣自動換樣機構(3)、計算機控制系統(tǒng)(4)、低溫杜瓦(6)和液體注入輸出管道(7);其特征在于: 電液伺服疲勞試驗機(1)包括作動器(9)，作動器(9)上端設有載荷傳感器和位移傳感器； 所述多試樣自動換樣機構(3)包括一個試樣托盤和一個旋轉連桿，所述旋轉連桿固定在試樣托盤上方，能夠帶動試樣托盤沿水平方向轉動；試樣托盤圓周方向放置多個待測試樣(10)，計算機控制系統(tǒng)(4)與所述旋轉連桿相連，計算機控制系統(tǒng)(4)通過控制旋轉連桿轉動精確控制試樣托盤旋轉角度，進而實現作動器(9)與多個待測試樣(10)相連接； 所述低溫杜瓦(6)為中空腔體，多試樣自動換樣機構(3)的旋轉連桿以動密封的形式穿過低溫杜瓦(6)上端面，多試樣自動換樣機構(3)的剛性試樣托盤放置于低溫杜瓦(6)內部； 剛性支撐⑵連接低溫杜瓦(6)和電液伺服疲勞試驗機⑴； 所述液體注入輸出管道(7)連接液氦罐和低溫杜瓦(6)內部； 通過三點彎曲測試夾具(5)連接作動器(9)與待測試樣(10):三點彎曲測試夾具單支點加力桿(11)上端通過螺紋連接方式與作動器(9)下端相連，雙支點剛性支撐臺(12)上放置試樣(10)，單支點加力桿(11)對試樣加載時，通過低溫微應變測試系統(tǒng)(13)測量載荷與裂紋張開深度關系，并把數據實時傳遞至計算機控制系統(tǒng)(4)。
2.根據權利要求1所述的液氦溫區(qū)材料三點彎曲多試樣連續(xù)測試裝置，其特征在于:低溫杜瓦(6)內部設有液氦液面計(8)，根據液氦液面計(8)監(jiān)控數據，計算機控制系統(tǒng)(4)對液體注入輸出管道(7)進行控制:當低溫杜瓦(6)內部液氦液面低于設定值，自動補液，直至達到設定值自動停止補液。
3.根據權利要求1或2所述的液氦溫區(qū)材料三點彎曲多試樣連續(xù)測試裝置，其特征在于:電液伺服疲勞試驗機(I)還包括:十字橫梁和剛性底座，所述十字橫梁、剛性底座通過兩根剛性立柱連接，形成電液伺服疲勞試驗機⑴的剛性框架；所述作動器(9)貫穿十字橫梁，且能夠在十字橫梁內部進行上下往復運動，為待測試樣(10)提供載荷動力源。
【文檔編號】G01N3/20GK103900914SQ201210574612
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月26日 優(yōu)先權日:2012年12月26日
【發(fā)明者】李鵬遠, 韓石磊, 楊淑娟, 潘傳杰, 侯炳林, 張博, 王敏 申請人:核工業(yè)西南物理研究院, 中國國際核聚變能源計劃執(zhí)行中心