[发明专利]一种模拟材料在复杂应力环境下的受力状态的装置

说明书

本发明公开了材料力学领域中的一种模拟材料在复杂应力环境下的受力状态的装置。包括工作台，工作台上放置有电机，工作台上设有固定板，固定板外包裹有加热装置，电机和固定板之间依次连接有径向推拉装置和限位自锁装置和锁止件；还包括圆盘和由电机驱动的转轴，转轴的轴向方向根据距离电机的从远到近依次设有转臂和锚臂，且转臂与锚臂相互错开，转臂接触有转轨，转轨位于圆盘内圈，圆盘内圈还设有与锚臂滑动适配的槽块，限位自锁装置包括左向倾斜板和右向倾斜板，右向倾斜板与锁止件固定连接，左向倾斜板与右向倾斜板之间连接有简谐装置。本装置利用加热装置和简谐装置的共同作用下，从而测量或评估材料在苛刻环境下的耐腐蚀、抗氧化性能。

技术领域

本发明属于材料力学领域，具体是一种模拟材料在复杂应力环境下的受力状态的装置。

背景技术

通常情况下，在实验室对标准材料进行性能测试，主要是给试件施加周期性的载荷，例如，旋转弯曲、悬臂弯曲、轴向推拉以及扭转循环，材料在承受复杂应力的情况下也承受着例如腐蚀、氧化等的考验，如何模拟该类复杂应力环境，从而测量或评估材料在苛刻环境下的耐腐蚀、抗氧化等或其他性能。将通过此类测试获得的数据绘制到图表上，得出每类应力与导致失效的周期重复次数之间的关系，这种关系曲线称为S-N曲线(沃特曲线)。实验人员可以从S-N曲线中得出在特定周期下材料可以承受的应力水平。同时，还可以得到疲劳极限、寿命曲线等信息。

截止目前为止，国内外对性能测试的研究可归纳为三类：一是利用原位拉伸测试仪器实现的较低频率加载的低周性能测试；二是利用液压驱动技术实现的对块体材料的大行程性能测试，但其加载频率有限；三是CCD下基于压电驱动技术的微尺度构件的高频性能测试。上述方法因结构较大、相应频率不足、存在机械惯性以及放大倍率不足等因素，限制了测试人员对疲劳损伤机制的深入研究，且上述装置几乎不涉及不规则的波动力对材料的影响。

由于材料及其制品的疲劳失效往往归因于复杂的应力状态和温度环境，且大部分材料受力是处于波动状态且不断变化的，因此，设计一种模拟复杂波动环境下对材料进行性能测试的装置十分必要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种模拟复杂波动环境下，对材料进行性能测试的装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，

一种模拟材料在复杂应力环境下的受力状态的装置，包括工作台，工作台上放置有电机，工作台上设有固定板，固定板外包裹有加热装置，加热装置与固定板的重合处设有耐热密封垫，加热装置内设有红外辐射加热管，所述电机和固定板之间依次连接有径向推拉装置、限位自锁装置和用于固定材料的锁止件；

还包括圆盘和由电机驱动的转轴，圆盘与工作台转动连接，转轴的轴向方向根据距离电机的从远到近依次设有转臂和锚臂，且转臂与锚臂相互错开，转臂接触有转轨，转轨位于圆盘内圈，圆盘内圈还设有与锚臂滑动适配的槽块，所述槽块的数量至少为2，且槽块围绕圆盘的圆心形成圆形矩阵；

所述限位自锁装置包括左向倾斜板和第一翘板，左向倾斜板与径向推拉装置固定连接，所述第一翘板底部开有弧形槽，弧形槽内适配有与第一翘板形状相同的第二翘板，第二翘板固定连接有右向倾斜板，右向倾斜板与锁止件固定连接，左向倾斜板与右向倾斜板之间连接有简谐装置；所述第一翘板和第二翘板都与工作台转动连接。

名词解释：锚臂，形状像船锚一样的转动臂。

本发明技术原理如下：

当启动电机时，电机带动转轴旋转，此时与转轴同轴连接的转臂和锚臂开始带动圆盘间隙式转动，因为转臂与锚臂相互错开，所以当转臂与转轨接触时，转臂在转轨中滑动，此时圆盘保持静止，直至锚臂与槽块重新接触。

当转臂与圆盘中的槽块相互接触时，转臂与槽块处于摩擦连接状态，此时转臂依靠与槽块之间产生的摩擦力带动圆盘旋转，此时圆盘转动。圆盘转动后依次带动径向推拉装置和左向倾斜板运动，此时至少产生三种运动情况。