[发明专利]一种拉伸载荷下材料体积膨胀特性的测量装置和测量方法

权利要求书

1.一种拉伸载荷下材料体积膨胀特性的测量装置，其特征是包括平台(1)，通过支撑柱(2)安装在拉伸试验机底座(3)上，测试腔(4)和参考腔(5)固定在平台(1)上，测试腔(4)内顶部自上而下依次固定安装座(25)、力传感器(8)、上夹具(10)，待拉伸材料试样(11)两端分别与上夹具(10)、下夹具(12)粘接，下夹具(12)同时和拉伸杆(13)上端、补偿杆(14)下端连接固定，拉伸杆(13)通过拉伸杆安装座(15)下穿出测试腔(4)，其下端和拉伸试验机动横梁(16)连接固定，其位移使用安装在横梁(16)上的位移传感器(17)测量；补偿杆(14)通过补偿杆安装座(18)上穿出测试腔(4)；螺旋测微器(19)通过螺旋测微器安装座(20)固定在测试腔(4)外部，螺旋测微器(19)上的螺杆(21)伸入测试腔(4)；参考腔(5)设有压力调节接口(22)；测试腔(4)与参考腔(5)分别设有第一气压接口(23)和第二气压接口(24)，第一气压接口(23)和第二气压接口(24)分别通过第一引压管(6)和第二引压管(7)与差压计(9)的正负测压端口连通。

2.如权利要求1所述的拉伸载荷下材料体积膨胀特性的测量装置，其特征是，螺杆(21)、拉伸杆(13)、补偿杆(14)均与各自的测试腔(4)开孔和附属密封圈形成动密封结构，确保移动过程中气密。

3.如权利要求1所述的拉伸载荷下材料体积膨胀特性的测量装置，其特征是，拉伸杆(13)和补偿杆(14)材料尺寸规格相同，在测试腔(4)内固定连接，拉伸过程中移动方向相反。

4.如权利要求1所述的拉伸载荷下材料体积膨胀特性的测量装置，其特征是，所述测量装置的测量过程包括背景曲线测定、总曲线测定、数据综合处理三个阶段；

其中背景曲线测定阶段，通过无试样条件下的标定与拉伸测试，获得表征拉伸过程中测量装置因素导致的体积改变数据与位移数据关系的背景曲线；

总曲线测定阶段，通过安装试样后的标定与拉伸测试，获得表征拉伸过程中总体积改变数据与位移数据关系的总曲线；

数据综合处理阶段，使用力曲线的拐点确定拉伸过程的起点位移，结合背景曲线和总曲线，获取体积膨胀特性曲线。

5.如权利要求1所述的拉伸载荷下材料体积膨胀特性的测量装置，其特征是测量装置的测量方法按照以下步骤进行：

第1步：对装置影响因素进行标定

测试腔(4)做好安装试样准备之后，密闭测试腔(4)和参考腔(5)，在螺旋测微器(19)的量程范围内多次改变螺杆(21)伸入测试腔(4)的长度，记录长度改变量和差压计(9)读数改变量，进而标定获得无试样条件下的腔内气体体积改变量和差压改变量之间的换算关系A₁；

第2步：对装置影响因素进行拉伸测试

按照测试参数开始拉伸直到下限位，同步记录拉伸过程中的位移数据和差压数据，将差压数据换算成体积改变量，绘制位移-体积改变量背景曲线C₁；

第3步：在测试腔(4)内安装待测材料试样(11)，密闭测试腔(4)；

第4步：安装试样后的标定

在螺旋测微器(19)的量程范围内多次改变螺杆(21)伸入测试腔(4)的长度，记录长度改变量和差压计(9)读数改变量，进而获得安装试样条件下的腔内气体体积改变量和差压改变量之间的换算关系A₂；

第5步：安装试样后的拉伸测试

调节螺杆(21)回到第4步之前的位置，开始拉伸测试，同步采集拉伸过程中的力、差压、位移数据；待测材料试样(11)拉断后，停止拉伸和数据采集；

第6步：使用第4步中获得的换算关系A₂，将第5步中的差压数据换算成体积改变量，绘制位移-总体积改变量曲线C₂；

第7步：比较曲线C₁和曲线C₂，结合力传感器(8)数据确定试样开始受力的位移，绘制材料在拉伸载荷下的体积膨胀特性曲线。