[发明专利]一种陶瓷基复合材料构件热疲劳试验装置及试验方法

说明书

本发明涉及陶瓷基复合材料构件热疲劳试验领域，特别涉及一种陶瓷基复合材料构件热疲劳试验装置及试验方法。该装置包括：箱体、试验件安装平台、控制系统(14)以及上位机系统(15)。本发明采用配有镀金反射器的红外线加热灯管作为加热源，加热方向明确，加热效率高，试验件升温速率快；采用石英板作为安装平台，有效地保证了构件正确的温度梯度方向；设计了相对独立的加热部和冷却部，通过程序控制使得试验件在两者之间移动，实现了试验件温度的快升和速降；编制了专门的加温控制逻辑命令，实现了温度采集、反馈、自调整，准确控制了构件温度，有效提高了试验精度；拓宽了热疲劳试验方法，适用范围广泛。

技术领域

本发明涉及陶瓷基复合材料构件热疲劳试验领域，特别涉及一种陶瓷基复合材料构件热疲劳试验装置及试验方法。

背景技术

陶瓷基复合材料由于具备良好的耐高温、低密度、对裂纹不敏感等优异性能，是发动机最有潜力的热结构材料之一。发动机在启动、停车、突然加减速时，温度都会产生巨大变化，重复性的此类操作使得构件遭受热疲劳作用，对构件造成严重的损伤。因此，构件在装机考核前进行热疲劳试验非常重要。

通常热疲劳试验方法有电磁感应热疲劳试验和燃气加热热疲劳试验，电磁感应热疲劳试验通过感应线圈在金属构件表面产生涡电流，构件温度迅速上升，冷循环时涡电流中断同时在构件表面吹冷空气，构件快速降温；燃气加热热疲劳试验通过燃烧室形成燃气热流气氛，热循环时提高燃气热流温度，使得构件被热流包裹，冷循环时降低燃气热流温度同时辅以冷空气或喷水降温；温度反复变化即形成了热疲劳。但是现有的试验方法针对复杂型面陶瓷基复合材料构件热疲劳试验存在如下缺点：

1.电磁感应热疲劳试验装置通过感应线圈在金属件表面产生涡电流从而实现了构件快速升温，但陶瓷基复合材料是陶瓷材料，其不导电，无法产生涡电流，因此无法加热；

2.构件型面复杂，无安装边，燃气加热热疲劳试验装置中构件边框燃气密封比较困难，高温高压燃气容易泄漏，存在较大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供了一种陶瓷基复合材料构件热疲劳试验装置及试验方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本发明的技术方案是：

一种陶瓷基复合材料构件热疲劳试验装置，包括：

箱体，所述箱体设置有开关门，所述箱体包括加热部和冷却部，所述加热部与所述冷却部之间设置有门操作机构，所述加热部中设置有加热源，所述冷却部中设置有冷气喷嘴和排气导管，所述冷气喷嘴与冷却系统连接；

试验件安装平台，包括平台和支架，所述平台设置在所述箱体中，所述平台用于放置表面设置有热电偶的试验件，所述支架与直线位移机构连接，所述直线位移机构能够带动所述试验件安装平台在所述箱体的加热部与冷却部之间往返运动；

控制系统，包括PLC控制器，所述PLC控制器控制所述加热源、所述冷却系统、所述门操作机构以及所述直线位移机构；

上位机系统，所述上位机系统与所述控制系统连接，用于设备监控和数据采集。

可选地，所述加热部侧壁设置有隔热棉，顶部为透气隔板。

可选地，所述冷却系统包括空压机和干燥机，所述冷却系统产生的冷却气体，能够用于所述试验件的降温冷却、驱动所述直线位移机构以及所述门操作机构。

可选地，所述平台为石英板。

可选地，所述加热源为12根配置有镀金反射器的红外线加热灯管，每个所述加热灯管的功率为4.3kW。

可选地，所述控制系统还包括温度控制器以及电力调整器，所述PLC控制器通过将控制信号传给温度控制器，进而控制所述电力调节器，实现对所述加热灯管功率的调节。

可选地，所述上位机系统的控制软件为组态王。