[实用新型]高温高频材料力学性能原位测试装置

说明书

本实用新型涉及一种高温高频材料力学性能原位测试装置，属于材料试验机及精密仪器技术领域。主要由静态拉/压‑低周疲劳加载模块、原位监测模块、温度加载与监测模块、静态弯曲加载模块、超声疲劳加载模块和超声疲劳与静态弯曲加载模块位置切换机构组成。利用换能器、变幅杆和探针等组件实现对试件的高频加载，利用高频伺服液压缸组件实现拉/压载荷和低频交变载荷的加载，利用卤素加热灯施加高温载荷，并通过原位监测模块采用非接触测量方式对试件的应变实时测量。本实用新型结构简单、布局紧凑，可以实现弯曲超声疲劳与拉伸载荷复合加载并与温度场耦合，能够较真实地模拟航空、航天等关键领域服役材料在高温高频交变载荷作用下的复杂工况。

技术领域

本实用新型涉及精密传感器与精密仪器领域，特别涉及一种高温高频材料力学性能原位测试装置。可实现对试件施加“拉伸-弯曲”复合载荷以及施加低频交变载荷，同时还可实现非对称拉压超声疲劳加载以及弯曲超声疲劳与拉伸载荷复合加载，且均可与温度场耦合加载，能够较为真实地模拟航空、航天和核工业等关键领域服役材料在高温高频交变载荷作用下的复杂工况。采用模块化设计并集成有可自动控制的温度加载与监测模块，结合原位监测模块可进一步研究材料在高温高频交变载荷作用下的变形损伤机理、微观组织变化与性能演变等规律。为接近服役条件下材料微观力学性能测试提供有效的手段和方法。

背景技术

随着技术进步以及国民经济的不断发展，人们对机械装备提出更为苛刻的使用寿命、安全性能以及提高经济效益等方面的要求。工程实际中，航空、航天和核工业等关键领域服役材料在高温高频交变载荷作用下，常会导致航天器和其他机械结构的断裂破坏。

目前，国内外开发研制的一系列高温高频材料力学性能装置，尤其是已经产业化的商业高温疲劳试验机，主要还是以传统的伺服液压试验机为主，但是，其频率往往只能达到50~300Hz。然而，随着疲劳科学研究的不断发展，相关领域研究已不满足于10⁷次以下的低周疲劳和高周疲劳寿命试验，在进行超高周疲劳寿命试验时，传统试验机要耗时数月甚至数年，但是基于压电磁致伸缩原理的超声疲劳试验方法（工作频率一般在15~40KHz，典型的工作频率为20KHz）则只需要十几分钟至几小时，有效地缩短试验周期，应用前景十分广泛。

针对航空发动机单晶高温合金、锆基非晶合金、高熵合金等典型结构材料服役条件下疲劳失效的主导因素的研究受到国内外学术界和工程界的广泛关注，尤其是用于研究力-热耦合疲劳失效机制与显微结构演化之间关系的材料力学性能测试装置的设计还不是很多，并且一般无法将原位观测技术与其他在位测试技术集成，如中国专利（CN 202256076U），利用圆柱形延长杆延伸至高温箱内，采用对称式拉压超声疲劳试验系统设计，并且由于高温箱对试样的温度加载比较均匀，因此该装置只能做恒温或慢速变温试验，很难开展快速变温、温度疲劳及预载荷下高频疲劳等试验。再如中国实用新型（CN 203365257 U），基于感应加热的加热原理实现高温加载，并利用红外测温仪对整个试件温度场分布进行在位监测，虽然该试验系统可以实现快速升温及温度闭环控制，但是仍然无法实现试验过程的原位观测及温度疲劳加载、变温度梯度加载等接近复杂服役工况的试验研究。

因此，设计开发用于高温高频材料力学性能原位测试装置也已成为研究航空、航天领域关键服役材料初始疲劳裂纹萌生、扩展、分布规律与载荷作用的相关性、疲劳寿命预测以及材料微观组织形貌与宏观疲劳裂纹关系研究等重要课题的发展趋势。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高温高频材料力学性能原位测试装置，解决了现有技术无法实现试验过程的原位观测及温度疲劳加载、预载荷下高频疲劳等接近复杂服役工况的试验研究等问题。本实用新型模拟航空、航天和核工业等关键领域服役材料在高温高频交变载荷作用下的材料性能测试，可以实现温度疲劳加载与原位监测、耦合超声拉伸（弯曲）疲劳载荷以及预载荷下高频疲劳等试验研究，可进一步研究材料在高温高频交变载荷作用下的微观力学性能。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：