[发明专利]一种液氧环境疲劳试验系统及液氧环境疲劳试验方法

说明书

本发明提供具有优良密封性、安全性高的液氧环境疲劳试验系统及使用该试验系统的方法。上述试验系统包括疲劳试验装置、液氧环境控制单元、液氧环境密封单元和液氧供给单元，疲劳试验装置包括机架、电液伺服控制器等，其中机架包括底座、多根支承杆、活塞、上横梁和下横梁，液氧环境控制单元包括液氧环境箱、升降机、液位传感器、压力传感器、供液电磁阀和泄放阀，液氧密封单元包括波纹管。在进行液氧环境疲劳试验时，由液氧环境箱、下横梁、活塞和波纹管共同形成密闭的液氧环境，液位传感器监控液氧液位，确保在稳定的液氧环境下进行试验，压力传感器监控液氧环境箱内的气压并将其压力维持在适当的范围内，通过波纹管实现液氧环境的动态密封。

技术领域

本发明涉及材料力学性能测试领域，具体涉及一种在液氧环境下进行疲劳性能测试的液氧环境疲劳试验系统，以及使用该液氧环境疲劳试验系统进行疲劳试验的液氧环境疲劳试验方法。

背景技术

液体火箭发动机具有比冲高、推力范围大、能反复启动等优点，现在已经成为航天发射的主流，目前我国大力发展的大推力火箭发动机就采用了液体推进剂，液氧是最主要的氧化剂。而火箭推进系统工作条件极为苛刻，因此有必要在液氧环境下对关键部件的材料进行力学性能测试，为部件的设计和维护提供基础依据。另外，液氧还广泛应用在航空、潜艇、医疗等行业。液态氧气更方便携带和储存，在高空、深海或医疗上为人类提供呼吸所需的富氧空气；纯氧用于炼钢、切割和焊接等。

然而，液氧本身具有一定的危险性。它不可燃但能够强烈助燃，与燃料混合后一旦受到静电、点火或者撞击，能迅速起火甚至发生爆炸，一些物质若长时间浸泡在液氧中也会发生爆炸；液氧在通常气压下沸点是-183℃，会对人员造成冻伤；液氧挥发会产生大量氧气，而常压下当氧的浓度超过40％时，有可能使人员发生氧中毒。

据统计，80％以上的工程结构破坏与疲劳有关。目前对材料在室温、高温和低温环境进行疲劳试验的试验系统已经较为完备，其中用于制造低温环境的介质通常选择液氮，蒸发产生的大量氮气只需及时消散不对人产生窒息伤害即可，所以现有技术仅考虑了环境装置对低温介质的盛装，尚未做到对低温环境的良好密封。但是选择液氧作为低温环境介质时，必须要考虑环境装置的密封性能，以防蒸发的大量氧气对试验人员造成氧中毒，以及使得试验空间的氧气浓度达到危险浓度范围从而引起火灾；而且由于液氧具有低温性和强氧化性，与液氧接触的材料必须能够在低温和常温下循环使用，并且不会发生化学反应；另外，在试验过程中，活塞和环境装置之间存在相对运动，而由于液氧作为低温介质的特殊性，现有的动态密封结构不再适用。

因此急需设计开发一套具有优良密封性、可以在液氧环境中测试材料疲劳性能的试验系统。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中存在的问题而完成的，其目的在于应对以航天等为行业背景、在液氧环境中工作的部件进行力学性能测试的需求，针对液氧作为低温环境介质的特殊性，提供一种具备良好的液氧密封性、能在液氧环境下进行疲劳试验的液氧环境疲劳试验系统。

本发明的液氧环境疲劳试验系统包括疲劳试验装置、液氧环境控制单元、液氧环境密封单元和液氧供给单元，

上述疲劳试验装置包括机架、电液伺服控制器、上夹具和下夹具，

其中，上述机架包括底座、多根支承杆、活塞、上横梁和下横梁，

上述多根支承杆垂直安装在水平设置的底座上，上述上横梁和上述下横梁安装在上述支承杆的上部，且上述下横梁位于上述上横梁的下方，

上述活塞安装于上横梁且从下横梁所具有的开孔中穿过，上述活塞受电液伺服控制器控制，并且通过设置在上述活塞下端的上夹具对试样施加规定频率的载荷；

上述液氧环境控制单元包括液氧环境箱、升降机、液位传感器、压力传感器、供液电磁阀和泄放阀，

其中，上述升降机用于调节上述液氧环境箱的高度，在工作状态下，上述升降机托举上述液氧环境箱，使得上述液氧环境箱的上部开口与上述下横梁的下表面之间气密密封；