本發(fā)明涉及一種材料的加載與測試系統(tǒng)，具體的說是熱沖擊-力耦合加載與測試系統(tǒng)。

背景技術：

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，高溫智能復合材料（如超高溫陶瓷，鐵電陶瓷燈）已經(jīng)廣泛應用于電子、航空、航天、信息和核工業(yè)等領域，諸如制動器、微定位器、存儲器、水聽器、加速度傳感器等機敏器件中，并在應用開發(fā)研究等方面取得了長足進展。這類材料的主要特點是：在高溫環(huán)境下長期服役，在高溫熱沖擊環(huán)境下表現(xiàn)良好智能性（如熱沖擊下材料的放電性能等）, 高溫下可具有良好的導電、導熱、抗腐蝕性等物理性質(zhì)及保持高的抗氧化性和斷裂強度等。

而在對這些高溫智能復合材料的實驗研究中，試驗儀器至關重要。室溫下高溫智能復合材料的力學性能如彎曲強度、楊氏模量，物理參數(shù)如電導率、熱導率、比熱容等用現(xiàn)有的技術可以測得，但高溫熱沖擊下測量材料的參數(shù)就十分困難了。首先要在力學加載系統(tǒng)中得到一個穩(wěn)定的高溫熱沖擊環(huán)境，然后要有能在高溫下精確測量其溫度、變形等多場性能的傳感裝置等。本測試系統(tǒng)正是針對以上極為棘手的問題而開展研制的。該測試系統(tǒng)的主要特點是可以同時提供變速率熱沖擊、力學加載系統(tǒng)（拉、壓、彎）等多場耦合復雜環(huán)境下的高溫智能復合材料力學性能的測量?；诖藴y試系統(tǒng)的測試結果，有望揭示多場下若干高溫智能復合材料的基本變形模式，熱-力耦合本構關系等，同時，為基于此類高溫智能復合材料的結構研發(fā)、設計提供基礎性實驗數(shù)據(jù)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種熱沖擊-力耦合加載與測試系統(tǒng)，以獲得極端變速率高溫熱沖擊環(huán)境下材料的力學性能。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：熱沖擊-力耦合加載與測試系統(tǒng)，包括高溫熱沖擊加載與控制單元、機械力學加載與控制單元和PC端，PC端分別與高溫熱沖擊加載與控制單元和機械力學加載與控制單元連接，

機械力學加載與控制單元包括電子萬能試驗機和力學測量模塊，力學測量模塊分別與電子萬能試驗機和PC端連接，

高溫熱沖擊加載與控制單元包括快速升溫爐、溫度傳感器和溫控模塊，快速升溫爐安裝在電子萬能試驗機內(nèi)，快速升溫爐內(nèi)布置有多組大功率石英燈用于對本系統(tǒng)進行加熱，溫度傳感器安裝在快速升溫爐內(nèi)，溫控模塊分別連接溫度傳感器和PC端。

進一步，電子萬能試驗機采用無極變速的位移加載方式，電子萬能試驗機采用門式預應力結構。

進一步，力學測量模塊包括高精度載荷傳感器和位移傳感器，高精度載荷傳感器用于測量載荷，位移傳感器用于測量夾頭間的位移。

進一步，快速升溫爐包括爐殼，爐殼上部和下部分別設置有上爐蓋和下爐蓋，爐殼內(nèi)部周圍布置有陶瓷纖維板，上爐蓋和下爐蓋上分別通過十字槽盤頭螺釘固定有鹵素加熱管，爐殼左側安裝有高溫爐內(nèi)外折頁，高溫爐內(nèi)外折頁內(nèi)部安裝有左、右兩個電極保護罩，電極固定在電極瓷座上并安裝在左、右保護罩內(nèi)，爐殼右側安裝有把手，把手通過兩個把手架固定在爐殼上，手上下兩側分別安裝有搭扣，搭扣用于鎖緊爐體，試驗樣品通過上高溫拉桿與上連桿連接，所述上連桿另一端固定在爐體上部，試驗樣品通過下高溫拉桿與下連桿連接，所述下連桿另一端固定在爐體下部。

進一步，溫控模塊包括K型熱電偶、人機界面HMI和中央運算器， K型熱電偶與試樣連接，用于測量試樣的溫度和控制爐體的溫度，中央運算器分別與K型熱電偶和人機界面HMI連接。

優(yōu)選的，溫度傳感器為比色測溫儀。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明采用大功率石英燈加熱法加熱樣品，速度快、效率高并且均勻度高，實現(xiàn)了高溫智能材料在超高溫熱沖擊（200℃/s, 最高1200℃）環(huán)境下的力學特性測試；

實現(xiàn)了多場環(huán)境下的拉、壓、彎等多功能力學加載以及加載過程的控制(0-200KN)；

實現(xiàn)了多場環(huán)境下的傳感和非接觸測量、多變量的信號補償技術、數(shù)據(jù)的實時采集和處理；

對于高溫爐環(huán)境中的試樣和相關輔助器件采用熱導率高的導熱材料以傳導和輻照相結合形式實現(xiàn)高溫熱沖擊的動態(tài)加載，可大批量重復實驗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的快速升溫爐體的正視圖;

圖3位本發(fā)明的試樣固定示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。

附圖1為本發(fā)明的熱沖擊-力耦合加載與測試系統(tǒng)的結構示意圖，包括高溫熱沖擊加載與控制單元、機械力學加載與控制單元和PC端，PC端分別與高溫熱沖擊加載與控制單元和機械力學加載與控制單元連接，機械力學加載與控制單元包括電子萬能試驗機104和力學測量模塊，力學測量模塊分別與電子萬能試驗機104和PC端連接，高溫熱沖擊加載與控制單元包括快速升溫爐103、比色測溫儀101和溫控模塊，快速升溫爐103安裝在電子萬能試驗機104內(nèi)，快速升溫爐103內(nèi)布置有多組大功率石英燈用于對本系統(tǒng)進行加熱，比色測溫儀101安裝在快速升溫爐103內(nèi)，溫控模塊分別連接溫度傳感101器和PC端。

其中，電子萬能試驗機采用無極變速的位移加載方式，加載速度大幅范圍內(nèi)可控以提供不同的加載需求，采用門式預應力結構，配備以高溫、抗熱沖擊夾具實現(xiàn)對測試樣品拉伸、壓縮、彎曲多種變形模式。

力學測量模塊包括高精度載荷傳感器和位移傳感器，高精度載荷傳感器用于測量載荷，位移傳感器用于測量夾頭間的位移，并采用非線性CCD與高溫電阻引伸計相結合方法獲得熱沖擊環(huán)境下試件表面的局部應變行為。

附圖2為本系統(tǒng)的快速升溫爐的正視圖，快速升溫爐包括爐殼201，爐殼上部和下部分別設置有上爐蓋202和下爐蓋203，爐殼內(nèi)部周圍布置有陶瓷纖維板204，上爐蓋202和下爐蓋上203分別通過十字槽盤頭螺釘205固定有鹵素加熱管206，爐殼左側安裝有高溫爐內(nèi)外折頁207，高溫爐內(nèi)外折頁207內(nèi)部安裝有左、右兩個電極保護罩209，電極210固定在電極瓷座211上并安裝在左、右保護罩209內(nèi)，爐殼右側安裝有把手212，把手212通過兩個把手架213固定在爐殼上，把手212上下兩側還分別安裝有搭扣214，搭扣214用于鎖緊爐體，試驗樣品215通過上高溫拉桿216與上連桿217連接，所述上連桿217另一端固定在爐體上部，試驗樣品215通過下高溫拉桿218與下連桿219連接，所述下連桿219另一端固定在爐體下部。

溫控模塊包括K型熱電偶220、人機界面HMI和中央運算器， K型熱電偶220與試樣連接，用于測量試樣的溫度和控制爐體的溫度，中央運算器分別與K型熱電偶220和人機界面HMI連接。

本發(fā)明適合研究極端熱沖擊-力學加載多環(huán)境場下各物理和力學參量的表征系統(tǒng)以及相關的高精度、抗干擾測量技術。由于采用比色計進行高溫熱沖擊下瞬態(tài)溫度檢測，采樣頻率和測量精度分別可達120Hz 和 0.5K；采用高精度載荷傳感器和位移傳感器分別測量載荷和夾頭間的位移；采用非線性CCD與高溫電阻引伸計相結合方法獲得熱沖擊環(huán)境下試件表面的局部應變行為；溫度范圍可實現(xiàn)室溫～1200℃、快速熱沖擊（200℃/s）的多溫區(qū)范圍的溫度的可調(diào)與可控，配置有專用計算機接口進行溫度及控制數(shù)據(jù)傳遞。

最后應說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本申請所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本申請型的保護范圍之中。