[发明专利]高温弯曲疲劳原位测试装置及方法

权利要求书

1.一种高温弯曲疲劳原位测试装置，其特征在于：包括电磁谐振加载模块（1）、高温加载模块（2）、原位监测模块（3）、液压加载模块（4）、试样夹持装置（5），所述电磁谐振加载模块（1）与底座（10303）刚性连接，实现对被测试样的疲劳加载；高温加载模块（2）整体固定在平台（10301）上，设置在砝码（10205）的正下方，实现对被测试样的高温加载；原位监测模块（3）与平台（10301）刚性连接，设置在高温加载模块（2）的观测孔（208）旁边，记录被测试样表面萌生裂纹的过程；液压加载模块（4）通过连接板一（407）与平台（10301）刚性连接，实现对被测试样的低频加载、静态弯曲预加载；试样夹持装置（5）包含三点弯曲试样夹持装置（501）及悬臂弯曲试样夹持装置（502）；三点弯曲试样夹持装置（501）整体固定在高温加载模块（2）内，实现对三点弯曲试样（50110）的定位夹紧；悬臂弯曲试样夹持装置（502）整体固定在高温加载模块（2）内，实现对悬臂弯曲试样（50204）的定位夹紧。

2.根据权利要求1所述的高温弯曲疲劳原位测试装置，其特征在于：所述的电磁谐振加载模块（1）是：升降机构（101）设置在支撑框架（103）内，与高频加载子模块（102）刚性连接，实现高频加载子模块（102）沿竖直方向的上升和下降；高频加载子模块（102）设置在试样夹持装置（5）的上方，实现对被测试样的高频疲劳加载，或者施加静态弯曲预载荷。

3.根据权利要求2所述的高温弯曲疲劳原位测试装置，其特征在于：所述的升降机构（101）动力源为三相异步电动机（10104），通过联轴器将运动传到二级减速器（10105）、再传到另一阶梯轴，带动涡轮蜗杆升降机（10101）中的涡轮转动，使蜗杆产生竖直方向的位移；蜗杆顶端圆盘通过螺钉与立柱（10103）下端圆盘刚性连接，从而带动与立柱（10103）刚性连接的横梁（10202）上下移动，实现高频加载子模块（102）沿竖直方向的上升与下降，进而实现对被测试样不同应力比下的高周疲劳加载。

4.根据权利要求1所述的高温弯曲疲劳原位测试装置，其特征在于：所述的高温加载模块（2）是：炉壳（204）上下各有外部导向凸台（205），耐火层（207）上下各设有内部导向凸台（209），以引导电磁弯曲压杆（10207）、液压弯曲压杆（411）伸入高温加载模块（2）内对被测试样进行力的加载，侧壁有观测孔（208），保温层（206）的上下设有导向通孔，使电磁弯曲压杆（10207）、液压弯曲压杆（411）通过。

5.根据权利要求1所述的高温弯曲疲劳原位测试装置，其特征在于：所述的三点弯曲试样夹持装置（501）通过三点弯曲底板（50103）与高温加载模块（2）的耐火层（207）刚性连接，整体固定在耐火层（207）上；悬臂弯曲试样夹持装置（502）具有与三点弯曲底板（50103）相同尺寸结构的悬臂弯曲底板（50206），互相替换使用。

6.一种高温弯曲疲劳原位测试方法，测试三点弯曲试样（50110），其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、三点弯曲试样（50110）的安装：将三点弯曲试样（50110）水平放置在固定V形块（50106）上，拧紧夹紧螺母（50101），使夹紧爪（50105）夹紧试样（50110）；拧紧夹紧螺栓（50111），使活动V形块（50108）夹紧三点弯曲试样（50110）；

步骤二、三点弯曲试样（50110）的高温加载：三点弯曲试样（50110）的高温加载由高温加载模块（2）实现，将三点弯曲试样夹持装置（501）通过三点弯曲底板（50103）与耐火层（207）的螺纹连接，整体固定在高温加载模块（2）上，温度控制器向电热体（212）通入大小不同的电压使其发热，通过热辐射的方式实现不同温度的高温加载；

步骤三、三点弯曲试样（50110）的静态弯曲载荷的加载：三点弯曲试样（50110）静态弯曲载荷的加载由液压加载模块（4）来实现，液压油推动活塞杆（408）单方向直线运动，活塞杆将动力传递给液压弯曲压杆（411）、液压弯曲压头（412），实现三点弯曲试样（50110）的静态弯曲加载；

步骤四、三点弯曲试样（50110）的高低周复合疲劳加载：三点弯曲试样（50110）的低频加载由液压加载模块（4）实现，高频加载由电磁谐振加载模块（1）实现；改变输入电液比例阀（405）的电信号频率，液压油控制活塞杆（408）进行往复直线运动，实现0.01~100Hz的疲劳加载；激振器（10201）、弓形环（10203）、支架（10204）、砝码（10205）、力传感器（10206）组成电磁激振系统，控制电磁激振系统按设定振幅和频率振动，共振后，砝码（10205）产生反复惯性力作用于三点弯曲试样（50110）上，实现100~4000Hz的疲劳加载；先对三点弯曲试样（50110）进行高频加载，再通过升降机构（101）将高频加载子模块（102）抬起，然后对三点弯曲试样（50110）进行低频加载，从而实现对三点弯曲试样（50110）的高低周复合疲劳加载；

步骤五、三点弯曲试样（50110）的原位监测：三点弯曲试样（50110）的原位监测由原位监测模块（3）实现，高速相机（302）在疲劳试验中记录材料表面萌生裂纹的过程，显微镜（303）观察材料在疲劳加载下所产生的表面裂纹的长度、宽度、形态特征。