[发明专利]高温多载荷加载原位测试装置

说明书

本发明涉及一种高温多载荷加载原位测试装置，属于材料力学性能测试领域。包括高温加载模块、多载荷加载模块、原位观测模块、支撑模块，所述多载荷加载模块与高温加载模块耦合，在高温环境下对防热复合材在的多种载荷加载方式下力学性能进行测定。高温加载模块由加热炉实现最高2500℃的温度加载，与之耦合的多载荷加载模块由电动缸和液压缸提供加载动力，通过传动机构将动力传递给测试试件；原位观测模块由数字散斑和高速相机组成，实现试验过程实时动态原位观测。优点在于：结构紧凑，设计合理，载荷加载测试方法多样化，可实现防热复合材料在真空或惰性气体环境下多种载荷加载类型试验。为材料高温力学行为和服役提供了有效的测试手段。

技术领域

本发明涉及材料原位力学性能测试领域，特别涉及一种防热复合材料在高温环境多种载荷加载测试方式下力学性能测试方法与装置，尤指一种高温多载荷加载原位测试装置。用于对防热复合材料在高温环境各种载荷应力作用下的力学性能参数进行测定，探究防热复合材料在力热耦合作用下的破坏失效机理，建立失效模型。

背景技术

随着科学技术的迅速发展，材料的使用也趋向于多元化。同时，材料的使用条件日益苛刻，像航天飞行器热防护罩航空器零部件材料需要承受高温、高压、高热流等复杂的空间环境，需要特别的热防护材料设计。基于上述需求，防热复合材料应运而生，如碳/碳复合材料、碳/碳化硅复合材料等，以其耐高温、低密度、高比模、高比强、抗热震、耐腐蚀、摩擦性能好、吸振性好，热膨胀系数小等优异性能，能耐受3000℃及以上的高温环境，在抗烧蚀、耐摩擦、热防护结构、抗核辐射、高温热结构等领域得到了广泛的应用。

随着温度的变化，耐高温材料的力学性能会发生非线性变化，研究耐高温材料对掌握其在高温环境下的性能变化规律异常重要。世界各国对用于防热保护的耐高温材料的研究极度重视。许多国家上世纪就都建立了相关高温研究机构，对材料在高温环境下的力学性能进行系统的研究。耐高温材料的力学性能指标评价技术的欠缺制约着我国耐高温材料的发展，极大地阻碍了我国耐高温材料力学指标评价体系的建立，我国迫切需要对高温环境下耐高温材料力学性能进行研究。掌握耐高温材料在高温环境各种载荷作用下的性能指标数据，建立耐高温材料结构的失效模型，探索失效机理，为耐高温材料的设计应用提供理论依据，保证耐高温材料应用的可靠性。对耐高温材料在极端高温环境中复杂载荷作用下的力学性能参数进行测定，获得耐高温材料在高温、复杂载荷作用下的失效模式和机理，为我国当代航空航天、国防建设的发展提供理论支撑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温多载荷加载原位测试装置，解决了现有技术存在的上述问题，填补我国相关领域的技术空白。本发明集高温加载模块、多载荷加载模块、原位观测模块、支撑模块于一体，其中多载荷加载模块包括双轴拉伸压缩测试模块、单轴拉伸压缩测试模块、单轴扭转测试模块、单轴拉伸扭转测试模块等，各模块可与高温加载模块耦合，在高温环境下对防热复合材在的多种载荷加载方式下力学性能进行测定。本发明对加快我国对防热复合材料的研究具有推动作用。本发明以防热复合材料为研究对象，提出的高温多载荷加载原位测试装置为防热复合材料在高温多种载荷作用下的力学参数测定提供支撑，对相关产业的发展、填补我国相关领域的技术空白具有重要意义。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

高温多载荷加载原位测试装置，包括高温加载模块、多载荷加载模块、原位观测模块、支撑模块。高温加载模块通过密封腔支撑架12、密封腔支撑筒13固定在支撑模块上，与多载荷加载模块之间通过O型密封圈连接，保证试验过程中高温加载模块的密封性；多载荷加载模块与支撑模块之间法兰连接，将多载荷加载模块的加载力和自身重力等卸载在支撑模块上；原位观测模块固定在隔震台1上，透过高温加载模块的耐高温玻璃5对试验过程实时动态原位观测。

所述高温加载模块是：通过安装在装置中间的加热炉实现最高2500℃温度加载，加热炉通过感应线圈44对石墨发热体38感应加热，继而对放置在加热炉炉体内部的测试试件加热，通过控制感应线圈44的加热功率使测试试件达到指定温度；所述测试试件为十字形试件33或板形试件45；