[发明专利]高温拉伸实验装置及其方法

说明书

本申请公开一种高温拉伸实验装置及其方法，该装置包括：静态加载系统、试样夹持系统、试样加热系统、试样推送系统和图像采集处理系统；所述静态加载系统包括：万能试验机、加载横梁、力传感器、底座；试样夹持系统包括：下转接头、下夹具、上夹具、上转接头；试样加热系统包括：加热炉体、观察窗口、位于观察窗口外的石英玻璃、试样通道、加热元件、保护气通入孔、加热腔；所述试样推送系统包括：试样夹头、导轨、控制器；图像采集处理系统包括：平面镜、光源、摄像机、滤光镜和第二计算机。通过本申请能够实现对试样的快速加热升温和与试验机的夹持，同时能够捕捉试样在高温拉伸载荷下的变形与破坏过程。

技术领域

本发明涉及结构变形及力学实验技术领域，尤其涉及一种高温拉伸实验装置及其方法。

背景技术

近年来，随着国防需求的快速发展和人类对太空资源探索的增加，世界各大国在航天、航空技术上的竞争愈加白热化，先进高超声速飞行器以及航空发动机成为各国争相研究的方向和发展热点，也体现着一个国家的综合国力。由于对高超声速飞行器及航空发动机性能的要求越来越高，其结构往往面临着苛刻的服役温度环境。例如：对高超声速飞行器来说，在大气层中进行长时间高超声速飞行，气动加热会使飞行器局部(如机翼前缘、方向舵)达到1600℃甚至更高的温度；与之相比，航空发动机内部结构所处的环境也非常恶劣，当前先进航空发动机的涡轮进气口温度已高达1650℃。为了保证高温环境下结构的安全性，诸如陶瓷及陶瓷基复合材料、耐高温合金等具有防热承载一体化功能的热结构材料，已被广泛应用于高超声速飞行器和航空发动机高温部件。与传统结构材料不同的是，这类材料在使用过程中，其高温下的力学性能对结构的安全性影响很大。全面认识这些耐高温热结构材料在高温服役环境下的力学行为，不仅仅对深入理解力-热-化学耦合作用下材料的变形与破坏机理具有重要的科学意义，而且也是结构安全性设计的基本依据。

现有的高温拉伸实验方法采用对试样随炉加热，即加热前将试样与试验机加装好，在炉中随炉一起从室温加热到预定温度。存在的问题包括：对于从室温到高温，试样会受热膨胀伸长，需要不断调节上下夹头的位置；随炉加热，试样温度上升较慢；每次加载结束后需待夹具冷却好再加装新的试样，进行下一次实验，试样拆装困难，实验效率低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高温拉伸实验装置及其方法，以解决现有的高温拉伸实验采用对试样随炉加热，加热较慢，实验效率低的技术问题。

为了解决上述问题，根据本发明实施例提供一种高温拉伸实验装置，其包括：静态加载系统、试样夹持系统、试样加热系统、试样推送系统和图像采集处理系统；

所述静态加载系统包括：万能试验机、加载横梁、力传感器、底座，第一计算机；所述第一计算机和万能试验机通过数据线连接，力传感器位于加载横梁下方；

所述试样夹持系统包括：下转接头、下夹具、上夹具、上转接头；下夹具通过下转接头与底座连接，上夹具通过上转接头与力传感器相连，上夹具与下夹具之间为待测试的试样；

所述试样加热系统位于上转接头与下转接头之间，其包括：加热炉体、观察窗口、位于观察窗口外的石英玻璃、试样通道、加热元件、保护气通入孔、加热腔；加热炉体由保温材料填充，加热腔通过热电偶测温；所述上夹具和所述下夹具穿过所述加热炉体伸入通入加热腔，所述上夹具和所述下夹具与所述加热腔位于同一轴线上，所述试样位于加热腔中间；

所述试样推送系统包括：试样夹头、导轨、控制器；所述导轨和所述控制器通过数据线连接，所述导轨位于试样通道前方，试样夹头用于夹紧和松开所述试样，所述试样通过试样通道进入加热腔；

所述图像采集处理系统包括：用于改变光路的平面镜、光源、位于炉体侧面的摄像机、相机前方的滤光镜和控制摄像机采集的第二计算机；摄像机和第二计算机通过数据线连接，平面镜位于观察窗口的前方；

所述试样加热系统通过支架放置于静态加载系统中间，摄像机和光源通过三脚架放置并与试样在同一水平面。