[发明专利]一种高温弹性模量的超声波测试方法及装置

说明书

本发明公开了一种高温弹性模量的超声波测试方法及装置，该装置包括：用于放置试样的加热炉、用于为加热炉抽真空的真空泵、用于声波发射和接收的换能器、用于为换能器降温的水冷却器、用于为加热炉提供惰性气体的高压氩气瓶和加热温控系统；所述试样为棒状，试样的上段整体在加热炉中，下段伸出炉外，炉外部分紧贴换能器；所述试样上段中部外表面设有一个用于放置测温热电偶的小槽，热电偶测得的温度信号发送给炉外的加热温控系统；所述真空泵通过导管连接加热炉；所述高压氩气瓶通过导管连接加热炉。本发明给出了一种新的高温弹性模量的超声波测试方法。

技术领域

本发明涉及物理性能测试技术，尤其涉及一种高温弹性模量的超声波测试方法及装置。

背景技术

先进结构材料与功能材料的发展日新月异，而各种性能表征与评价技术则是其更新换代的基本保证。其中，弹性模量是材料的重要核心力学性能之一，主要反映了其抵抗变形的能力，是保障结构部件刚度性能的重要参数，对于材料设计与安全使用至关重要。弹性模量也称为杨氏模量，由英国物理学家托马斯·杨在1807年提出弹性模量的定义。定义一条长度为L、截面积为S的金属丝在力F的作用下延伸长；外力F与截面积S的比值称为应力，其物理意义是单位横截面积所受到的力；受力后试样的伸长量与初始长度的比值称为应变，其物理意义是单位长度所对应的伸长量。根据胡克定律，在材料的弹性限度内，正应力与正应变的比值称为材料的弹性模量。弹性模量是一个材料常数，可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标；其值越大，说明材料的刚度也越大，在一定应力作用下，发生弹性变形的形变量就越小，即越不容易变形。弹性模量是反映材料抵抗弹性变形能力的一个物理量，相当于普通弹簧中的刚度。

随着材料领域的快速发展，使其能够在各种特殊条件下安全服役并发挥作用越来越重要。材料处于外部环境的特殊条件下，如高温及超高温、高压、真空及腐蚀环境等，其弹性模量E、体积模量G、剪切模量K、泊松比μ等常用物理参数都会有所改变。因此，高温等特殊环境下的物性参数的测定尤为重要。

国内外常见的材料弹性模量的评价方法按照原理的不同可分为静态法法和动态法两种。静态法：当试样为棒状物体或金属丝且仅受轴向外力作用后伸长或缩短时，依据胡克定律，在其弹性范围内，弹性体的应力与应变成正比，其比值即为材料弹性模量。动态法：利用脉冲激励器来激励具有矩形截面的梁试样，测量样品的弯曲或扭转频率。激励引起样品的自由振动，通过试样信号接收器获得振动信号，进而利用弯曲振动的基频算出试样的弹性模量。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种高温弹性模量的超声波测试方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高温弹性模量的超声波测试装置，包括：

用于放置试样的加热炉、用于为加热炉抽真空的真空泵、用于声波发射和接收的换能器、用于为换能器降温的水冷却器、用于为加热炉提供惰性气体的高压氩气瓶和加热温控系统；

所述试样为棒状，由上下两段圆柱体组成，上段为测量段，上段直径D1小于下段直径D2，试样上下两段衔接处形成一个肩部，试样的上段整体在加热炉中，下段伸出炉外，炉外部分紧贴换能器；

所述试样上段中部外表面设有一个用于放置测温热电偶的小槽，热电偶测得的温度信号发送给炉外的加热温控系统；

所述真空泵通过导管连接加热炉；所述高压氩气瓶通过导管连接加热炉。

按上述方案，所述试样上段直径D1的范围为：0.4D2≤D1≤0.6D2。

按上述方案，所述试样上段高度为H1，下段高度为H2，5H1H212H1。

按上述方案，所述加热炉的壳体为耐高温透明玻璃外壳。

按上述方案，所述加热炉四周均匀布置了四个等尺寸的加热体。