[发明专利]一种耐超高温的疲劳试验夹持装置

说明书

本发明公开了一种适用于超高温疲劳试验的夹持装置，装置包括两个耐高温夹头、两个耐高温试件定位块、两个耐高温试件定位块、四个耐高温压板、四个耐高温螺栓和四个耐高温螺母。夹头利用楔形锁紧原理给试件传递轴向载荷，其内部具有一个冷却空气通道和两个冷却空气输出通道，在进行超高温试验时，夹持装置能实现主动降温，保证了疲劳试验机的安全。另外，定位块和呈阶梯分布，在压板及螺栓连接的配合下，定位块能防止含压缩载荷的疲劳试验发生屈曲破坏，保证了压缩试验的可靠性。本发明提供的夹持装置以相对较低的成本扩展了常规疲劳试验机在高温环境的工作能力，对高温疲劳试验技术的发展具有重要意义。

技术领域

本发明涉及疲劳试验技术领域，特指一种耐超高温的疲劳试验夹持装置。

背景技术

服役于超高温工作环境下的零部件通常承受复杂力/热循环载荷，如特种涡轮叶片、热防护层、核反应堆等。在复杂力/热载荷下，耐超高温零部件会产生多种类型的损伤，如疲劳损伤、蠕变损伤和氧化损伤，而且不同损伤之间具有耦合效应，所以高温环境下承力构件的结构可靠性设计工作非常复杂。在结构设计之前，需要针对标准试件开展贴合实际工况的超高温疲劳试验，用以探明材料在承受复杂力/热循环载荷时的损伤机制，进而指导实际结构在高温工况下的耐久性设计。

常规疲劳试验设备不具备高温试验能力，疲劳试验机与超高温度的试件接触会导致设备内部电子元件受损，造成重大的设备损失事故。因此，有必要设计一种技术方案来拓展常规疲劳试验设备的高温试验功能。技术方案至少要能实现两个目标：一是确保试件传递给疲劳试验机的温度不能超过容许范围；二是平稳地传递疲劳试验机施加的循环载荷。现存解决方案采用被动的自然环境冷却方式，在进行高温试验时，夹头温度升高快，疲劳试验机有损坏的危险。另外，现有的解决方案在传递压缩时可能会屈曲破坏，不能保证含压缩载荷疲劳试验的可靠性。

发明内容

针对在背景技术中描述关于现有技术的不足，本发明提供一种耐超高温的疲劳试验夹持装置。为使后面的描述不产生歧义，本发明所指超高温为温度范围在1000℃至1600℃的温度。

本发明采取如下技术方案：

一种适用于超高温疲劳试验的夹持装置，所有零部件皆由特种耐高温材料制成，整体结构可分为完全对称的两部分。装置包括两个耐高温夹头1、两个耐高温试件定位块2、两个耐高温试件定位块3、四个耐高温压板4、四个耐高温螺栓5和四个耐高温螺母6。

耐高温夹头1具有两级阶梯式圆柱外轮廓，两段特征区域用圆弧倒角过渡连接，半径较小的区域为被夹持区域1.2，工作时被疲劳试验机的液压夹头夹持；另一区域的底部包含一个由两个对称斜面组成的楔形槽，在工作时与狗骨状试件的侧面连接，利用楔形锁紧原理限制试件轴向自由度并传递轴向载荷。此外，耐高温夹头夹头1的被夹持区域的顶部开有螺纹深孔1.1，可用于连接冷却压缩空气系统的输出管道，输入的高速冷却空气能迅速冷却夹头1，深孔1.1底部区域开有两个垂直方向的贯穿孔1.3与1.4，用于输出高速冷却空气，夹头1上孔的直径由耦合温度场的有限元强度分析确定。

耐高温试件定位块2和耐高温试件定位块3结构类似，两者皆在厚度方向呈阶梯状，仅厚度不同，耐高温试件定位块2比耐高温试件定位块3略厚，试验过程中需要保证耐高温试件定位块3与耐高温夹头侧平面紧紧贴合，耐高温试件定位块2需要被耐高温压板4紧紧压住。耐高温侧面挡板有三个作用：第一是防止试件在楔形槽中窜动；第二是给试件接触面施加夹持力，增大夹持装置与试件接触面的受力面积，在同等夹持力的情况下，试件的夹持应力更小，防止脆性试件在被夹持区域发生失效。第三是降屈曲分析中试件的计算长度系数，防止试件在承受压缩载荷发生失稳破坏，保证含压缩载荷的疲劳试验的可靠性。

本发明结构简单，能以相对较少的成本拓展普通疲劳试验设备的高温试验能力，与现有结构相比，本发明具有如下收益：

1、耐高温夹头包含一个冷却介质输入通道和两个冷却输出通道，在高速空气冷却系统的配合下，可有效防止疲劳试验机夹持部位温度升高的问题，将试件传递给试验设备的温度控制在安全范围内。