一種極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，它由疲勞試驗(yàn)機(jī)、上、下轉(zhuǎn)換接頭、上、下試樣夾具、冷卻機(jī)、高溫爐、定位銷釘、裂紋觀測(cè)系統(tǒng)和試樣組成；上、下試樣夾具通過上、下轉(zhuǎn)換接頭安裝在疲勞試驗(yàn)機(jī)上，試樣與上、下試樣夾具連接，并通過定位銷釘穿過上、下試樣夾具和試樣的定位孔進(jìn)行定位；冷卻機(jī)通過進(jìn)、出水管與上、下轉(zhuǎn)換接頭相連；高溫爐將試樣中間的測(cè)試部位包在里面，通過電阻絲加熱實(shí)現(xiàn)極高溫環(huán)境；裂紋觀測(cè)系統(tǒng)通過顯微鏡由計(jì)算機(jī)記錄裂紋擴(kuò)展情況。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，用于極高溫環(huán)境下裂紋擴(kuò)展性能試驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果對(duì)于結(jié)構(gòu)損傷容限評(píng)定具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】一種極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，屬于試驗(yàn)測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]工程材料與結(jié)構(gòu)在使用過程中，都承受著交變載荷，會(huì)發(fā)生疲勞破壞，為保障其安全性，需要測(cè)試其疲勞性能，經(jīng)多年技術(shù)發(fā)展，業(yè)已形成完善的疲勞性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)；但是，工程材料與結(jié)構(gòu)特別是發(fā)動(dòng)機(jī)材料常常在極高溫環(huán)境下服役使用，因此，必須測(cè)定其極高溫環(huán)境下的裂紋擴(kuò)展性能，用于其極高溫環(huán)境下的損傷容限評(píng)估。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)裂紋擴(kuò)展性能測(cè)試，主要通過放大鏡劃線靠人工觀測(cè)和記錄，精度低而且難以用于極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展性能測(cè)試，而對(duì)于在1000°c以上的極高溫環(huán)境，目前尚缺乏有效的裂紋擴(kuò)展性能試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)。為此，本發(fā)明將常規(guī)疲勞試驗(yàn)機(jī)、轉(zhuǎn)換接頭、試樣夾具、冷卻機(jī)、高溫爐、裂紋觀測(cè)系統(tǒng)和試樣集成為極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，用于極高溫環(huán)境下裂紋擴(kuò)展性能試驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果對(duì)于結(jié)構(gòu)損傷容限評(píng)定具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]1、目的:本發(fā)明的目的是提供一種極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，以用于材料或結(jié)構(gòu)在極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試。
[0004]2、技術(shù)方案:本發(fā)明一種極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，由疲勞試驗(yàn)機(jī)、上、下轉(zhuǎn)換接頭、上、下試樣夾具、冷卻機(jī)、高溫爐、定位銷釘、裂紋觀測(cè)系統(tǒng)和試樣組成。它們之間的位置連接關(guān)系如下:上、下試樣夾具通過上、下轉(zhuǎn)換接頭安裝在疲勞試驗(yàn)機(jī)上，試樣與上、下試樣夾具連接，并通過定位銷釘穿過上、下試樣夾具和試樣的定位孔進(jìn)行定位；冷卻機(jī)通過進(jìn)、出水管與上、下轉(zhuǎn)換接頭相連；高溫爐將試樣中間的測(cè)試部位包在里面，通過電阻絲加熱實(shí)現(xiàn)極高溫環(huán)境；裂紋觀測(cè)系統(tǒng)通過顯微鏡由計(jì)算機(jī)記錄裂紋擴(kuò)展情況。其中，疲勞試驗(yàn)機(jī)、上、下轉(zhuǎn)換接頭、上、下試樣夾具、定位銷釘和試樣按串聯(lián)順序連接在一起:
[0005]疲勞試驗(yàn)機(jī)一上轉(zhuǎn)換接頭一冷卻機(jī)一上試樣夾具一定位銷釘一試樣一定位銷釘—下試樣夾具一冷卻機(jī)一下轉(zhuǎn)換接頭一疲勞試驗(yàn)機(jī)
[0006]所述的疲勞試驗(yàn)機(jī)為常規(guī)用低頻疲勞試驗(yàn)機(jī)，用以對(duì)試樣施加交變疲勞載荷，疲勞試驗(yàn)機(jī)的載荷范圍需大于試樣的試驗(yàn)載荷，可以是常規(guī)的MTS、INSTR0N等疲勞試驗(yàn)機(jī)或者自制疲勞試驗(yàn)機(jī)。
[0007]所述的試樣為各種不同材料和類型的裂紋擴(kuò)展試樣，該試樣為兩端各有5孔的矩形條狀件，裂紋擴(kuò)展試樣兩端的夾持端能夠與試樣夾具連接在一起，并施加交變疲勞載荷。試樣的尺寸和形狀可以參照《測(cè)量疲勞裂紋擴(kuò)展率的試驗(yàn)方法》(ASTM E647-2008: StandardTest Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates)中的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0008]所述的上、下兩個(gè)轉(zhuǎn)換接頭是多臺(tái)階軸狀件，用以連接疲勞試驗(yàn)機(jī)和試樣夾具，上、下轉(zhuǎn)換接頭上有冷卻孔，用于連接冷卻水管，需根據(jù)高/低溫環(huán)境箱的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)和制造，可以采用普通合金鋼材料制作。
[0009]所述的上、下試樣夾具是由圓柱及帶槽的5孔矩形件組合成一體，用以安裝夾持試樣，需根據(jù)試樣夾持端的形狀和尺寸設(shè)計(jì)和制造，能夠?qū)⒃嚇永喂虋A持并施加交變疲勞載荷。
[0010]所述的冷卻機(jī)通過進(jìn)、出水管與上、下試樣夾具相連，由水泵輸送純凈水循環(huán)，以對(duì)上、下試樣夾具制冷。
[0011]所述的高溫爐為電阻絲加熱爐，呈對(duì)開式圓筒狀，可以利電阻絲的加熱實(shí)現(xiàn)爐心的極高溫環(huán)境，控制電阻絲加熱功率可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同溫度范圍的調(diào)節(jié)，其溫度范圍要滿足試驗(yàn)要求。需要特別注意，高溫爐必須設(shè)置可透視的觀察窗口，以便裂紋觀測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)裂紋擴(kuò)展情況。
[0012]所述的裂紋測(cè)量系統(tǒng)是三軸隨動(dòng)的，配有高分辨率和放大倍數(shù)的顯微鏡，通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄裂紋擴(kuò)展情況(包括裂紋形貌的圖片信息和標(biāo)定的裂紋尺寸)，可以得到在給定的交變載荷下不同循環(huán)次數(shù)對(duì)應(yīng)的裂紋擴(kuò)展情況。
[0013]所述定位銷釘是常規(guī)用的帶有臺(tái)肩和通孔的圓軸件。
[0014]所有裝置根據(jù)試驗(yàn)要求連接和調(diào)試完畢后，便可根據(jù)具體試驗(yàn)要求完成極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試。該套系統(tǒng)有效解決了極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試問題。
[0015]3、優(yōu)點(diǎn)及功效:本發(fā)明的有益效果是可以完成材料或結(jié)構(gòu)在極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試，而且該系統(tǒng)具有操作方便和測(cè)量精度高的特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0017]圖1是用于極高溫疲勞試驗(yàn)的M(T)試樣示意圖。
[0018]圖2是上、下轉(zhuǎn)接接頭示意圖。
[0019]圖3是上、下試樣夾具示意圖。
[0020]圖4是定位銷釘示意圖。
[0021]圖5是用于進(jìn)行極高溫裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)的高溫爐示意圖。
[0022]圖6是冷卻機(jī)示意圖。
[0023]圖7是疲勞試驗(yàn)機(jī)示意圖。
[0024]圖8是極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖8中:1.疲勞試驗(yàn)機(jī)，2.上、下轉(zhuǎn)換接頭，3.上、下試樣夾具，4.定位銷釘，5.高溫爐,6.試樣，7.裂紋測(cè)量系統(tǒng)，8.冷卻機(jī)
【具體實(shí)施方式】
[0026]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1至圖8說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。本發(fā)明一種極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，由疲勞試驗(yàn)機(jī)1、上、下轉(zhuǎn)換接頭2、上、下試樣夾具3、定位銷釘4、高溫爐5、試樣6、裂紋觀測(cè)系統(tǒng)7和冷卻機(jī)8組成。在圖8中，上、下試樣夾具3與試樣6連接，并通過定位銷釘4穿過上、下試樣夾具3和試樣6的定位孔進(jìn)行定位，能夠保證試樣6均勻軸向加載；通過上、下轉(zhuǎn)接接頭2將疲勞試驗(yàn)機(jī)I和上、下試樣夾具3連接；冷卻機(jī)8通過進(jìn)、出水管分別與上、下轉(zhuǎn)換接頭2相連；通過用計(jì)算機(jī)控制的三軸隨動(dòng)裂紋測(cè)量系統(tǒng)7對(duì)試樣的裂紋擴(kuò)展過程進(jìn)行監(jiān)控和記錄。以上設(shè)備和裝置集成對(duì)接后，便組成了極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)。
[0027]在極高溫疲勞試驗(yàn)中，試樣的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，必須能夠保證均勻施加軸向交變載荷，圖1具體給出了一種用于極高溫疲勞試驗(yàn)的中心缺口板狀試樣，具體尺寸參數(shù)可參見圖1，在試樣兩端的夾持部位設(shè)計(jì)了定位孔，能夠起到軸向定位作用。上、下試樣夾具3的尺寸參數(shù)如圖3所示，有四個(gè)緊固螺栓的孔和一個(gè)定位孔。上、下轉(zhuǎn)接接頭2和定位銷釘4的具體尺寸參數(shù)如圖2和圖4所示。冷卻機(jī)如圖7所示，通過進(jìn)、出水管與上下試樣夾具相連，由水泵輸送純凈水循環(huán)，以對(duì)試樣夾具制冷。疲勞試驗(yàn)機(jī)如圖7所示，可以使用商用的MTS、INSTR0N等疲勞試驗(yàn)機(jī)或者自制疲勞試驗(yàn)機(jī)。將試樣6與上、下試樣夾具3通過定位銷釘4連接定位并用緊固螺栓夾緊后，再通過上、下轉(zhuǎn)接接頭2將試樣夾具3與配備有高溫爐5的疲勞試驗(yàn)機(jī)I相連。將冷卻機(jī)8上的冷卻水管與上、下轉(zhuǎn)換接頭2上的冷卻孔相連以對(duì)試樣夾具制冷。需要特別注意，高溫爐上必須設(shè)置可透視的觀察窗口，以便裂紋測(cè)試系統(tǒng)7監(jiān)測(cè)裂紋擴(kuò)展情況。裂紋測(cè)量系統(tǒng)7監(jiān)測(cè)試樣6裂紋擴(kuò)展情況，裂紋測(cè)量系統(tǒng)7是三軸隨動(dòng)的，配有高分辨率和放大倍數(shù)的顯微鏡，通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄裂紋擴(kuò)展情況(包括裂紋形貌的圖片信息和標(biāo)定的裂紋尺寸)，可以得到在給定的交變載荷下不同循環(huán)次數(shù)對(duì)應(yīng)的裂紋擴(kuò)展情況。所有裝置根據(jù)試驗(yàn)要求連接和調(diào)試完畢后，便可根據(jù)具體試驗(yàn)要求完成極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試。
[0028]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一的不同點(diǎn)在于試樣的設(shè)計(jì)，試樣可以是中心帶開孔或不帶開孔的板件，尺寸參數(shù)可以與【具體實(shí)施方式】一中的不同，極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)其它的設(shè)計(jì)思想和連接方式與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一的不同點(diǎn)在于試樣的設(shè)計(jì)，試樣可以棒形的或者其他結(jié)構(gòu)形式，極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)其它的設(shè)計(jì)思想和連接方式與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0030]圖5、圖6、圖7是用于進(jìn)行極高溫裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)的高溫爐、冷卻機(jī)和疲勞試驗(yàn)機(jī)示意圖。
【權(quán)利要求】
1.一種極高溫環(huán)境下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:它由疲勞試驗(yàn)機(jī)、上、下轉(zhuǎn)換接頭、上、下試樣夾具、冷卻機(jī)、高溫爐、定位銷釘、裂紋觀測(cè)系統(tǒng)和試樣組成；上、下試樣夾具通過上、下轉(zhuǎn)換接頭安裝在疲勞試驗(yàn)機(jī)上，試樣與上、下試樣夾具連接，并通過定位銷釘穿過上、下試樣夾具和試樣的定位孔進(jìn)行定位；冷卻機(jī)通過進(jìn)、出水管與上、下轉(zhuǎn)換接頭相連；高溫爐將試樣中間的測(cè)試部位包在里面，通過電阻絲加熱實(shí)現(xiàn)極高溫環(huán)境；裂紋觀測(cè)系統(tǒng)通過顯微鏡由計(jì)算機(jī)記錄裂紋擴(kuò)展情況；其中，疲勞試驗(yàn)機(jī)、上、下轉(zhuǎn)換接頭、上、下試樣夾具、定位銷釘和試樣按串聯(lián)順序連接在一起: 疲勞試驗(yàn)機(jī)一上轉(zhuǎn)換接頭一冷卻機(jī)一上試樣夾具一定位銷釘一試樣一定位銷釘一下試樣夾具一冷卻機(jī)一下轉(zhuǎn)換接頭一疲勞試驗(yàn)機(jī) 所述的疲勞試驗(yàn)機(jī)為低頻疲勞試驗(yàn)機(jī)，用以對(duì)試樣施加交變疲勞載荷，疲勞試驗(yàn)機(jī)的載荷范圍需大于試樣的試驗(yàn)載荷，是常規(guī)的疲勞試驗(yàn)機(jī)或者自制疲勞試驗(yàn)機(jī)； 所述的試樣為各種不同材料和類型的裂紋擴(kuò)展試樣，該試樣為兩端各有5孔的矩形條狀件，裂紋擴(kuò)展試樣兩端的夾持端能夠與試樣夾具連接在一起，并施加交變疲勞載荷；試樣的尺寸和形狀參照《測(cè)量疲勞裂紋擴(kuò)展率的試驗(yàn)方法》中的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)； 所述的上、下兩個(gè)轉(zhuǎn)換接頭是多臺(tái)階軸狀件，用以連接疲勞試驗(yàn)機(jī)和試樣夾具，上、下轉(zhuǎn)換接頭上有冷卻孔，用于連接冷卻水管，需根據(jù)高/低溫環(huán)境箱的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)和制造，采用普通合金鋼材料制作； 所述的上、下試樣夾具是由圓柱及帶槽的5孔矩形件組合成一體，用以安裝夾持試樣，需根據(jù)試樣夾持端的形狀和尺寸設(shè)計(jì)和制造，能夠?qū)⒃嚇永喂虋A持并施加交變疲勞載荷；所述的冷卻機(jī)通過進(jìn)、出水管與上、下試樣夾具相連，由水泵輸送純凈水循環(huán)，以對(duì)上、下試樣夾具制冷； 所述的高溫爐為電阻絲加熱爐，呈對(duì)開式圓筒狀，利電阻絲的加熱實(shí)現(xiàn)爐心的極高溫環(huán)境，控制電阻絲加熱功率實(shí)現(xiàn)對(duì)不同溫度范圍的調(diào)節(jié)，其溫度范圍要滿足試驗(yàn)要求；高溫爐必須設(shè)置可透視的觀察窗口，以便裂紋觀測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)裂紋擴(kuò)展情況； 所述的裂紋測(cè)量系統(tǒng)是三軸隨動(dòng)的，配有高分辨率和放大倍數(shù)的顯微鏡，通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄裂紋擴(kuò)展情況，包括裂紋形貌的圖片信息和標(biāo)定的裂紋尺寸，得到在給定的交變載荷下不同循環(huán)次數(shù)對(duì)應(yīng)的裂紋擴(kuò)展情況； 所述定位銷釘是帶有臺(tái)肩和通孔的圓軸件。
【文檔編號(hào)】G01N3/18GK104034600SQ201410213309
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】熊峻江, 馬閱軍, 付裕 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)