[發明專利]一種模擬材料在流場環境中受到循環彎曲載荷的實驗裝置

有效

• 申請號: 201511017816.6
• 申請日: 2015-12-29
• 公開（公告）號: CN105547980B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 儲成林;蔣俊;金晶;李旋;白晶;郭超;薛烽;林萍華
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G01N3/36
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 朱亮淞

本發明公開了一種模擬材料在流場環境中受到循環彎曲載荷的實驗裝置，該裝置可用于模擬材料在流動腐蝕介質中的循環彎曲行為，實驗過程中流場的流量、實驗溫度可控，腐蝕介質可以變更，彎曲載荷大小、頻率可調，適用于流動腐蝕介質中，材料在循環彎曲載荷作用下的疲勞和腐蝕實驗。本發明實驗裝置結構簡單，成本低，操作方便，功能全面，可以得到科學的實驗結果。

技術領域

本發明涉及一種模擬材料在流場環境中受到循環彎曲載荷的實驗裝置，適用于模擬材料在流動腐蝕介質中受到循環彎曲載荷的行為，屬于材料防護的技術領域。

背景技術

真實模擬材料的實際工作環境，并評估、預測材料的行為是材料工作者普遍關注的一個重要問題。大部分材料實際的工作環境往往存在多場耦合作用，包括流場、溫度場以及應力場的共同作用，如骨科固定器件在體內固定過程中受到體液形成的流場和外在運動施加的循環彎曲應力場共同作用。在流場、循環彎曲載荷以及腐蝕介質共同作用下，材料尤其是可降解材料性能會加速下降，導致其過早失效，如何在體外真實地模擬這種行為，并且有效計算其腐蝕速率是科學評估材料性能的關鍵。

目前在材料腐蝕防護的模擬研究多是集中于單一的流場或者應力場的研究，少數關于多場耦合的研究主要是采用拉伸疲勞試驗機，模擬材料在單一軸向循環拉壓載荷作用下的疲勞行為。而與單一軸向拉伸循環載荷不同，在循環彎曲載荷作用下材料沿軸向的應力分布不均勻，使得材料軸向的腐蝕速度的不同，造成最終材料腐蝕行為或者失效部位不同。同時，實驗過程中得到的只有最終腐蝕數據，無法得知瞬時的腐蝕行為。因而，所獲得的數據其對實際工程的參考意義有限。

為此，亟需設計一種能真實模擬材料受到流場腐蝕介質和循環彎曲載荷共同作用的裝置，以科學地評估材料整體和瞬時的腐蝕行為。

發明內容

發明目的：本發明目的是設計一種用于模擬材料在流場環境中受到循環彎曲載荷作用的實驗裝置，該裝置真實模擬了材料在流動腐蝕介質中的循環彎曲行為，并且流場的流量、實驗溫度以及腐蝕介質可控，彎曲載荷大小、頻率可調，腐蝕速率可計算，適用于流場環境下、腐蝕介質中、材料在循環彎曲載荷作用下的腐蝕和疲勞實驗。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種模擬材料在流場環境中受到循環彎曲載荷的實驗裝置，包括可調速蠕動泵、儲液瓶、帶刻度U型管、循環彎曲載荷施加裝置、水浴鍋、硅膠軟管、PVC軟管，可調速蠕動泵控制流場流量；儲液瓶更換裝置內的腐蝕介質；帶刻度U型管收集并定量測量析出的反應氣體，用以測定腐蝕速率及評價劇烈水平；循環彎曲載荷施加裝置用以施加循環彎曲載荷，并且載荷的大小和頻率可調；水浴鍋用以調節流體的溫度。

所述可調速蠕動泵的內部貫穿設置有硅膠軟管，所述可調速蠕動泵的一端通過硅膠軟管和接管器與儲液瓶的一端連接，所述儲液的另一端與循環彎曲載荷施加裝置的一端連接，所述循環彎曲載荷施加裝置的另一端與PVC軟管連接，所述PVC軟管通過接管器和硅膠軟管與可調速蠕動泵另一端連接，構成腐蝕介質流場環境；所述儲液瓶設置在水浴鍋內，所述帶刻度U型管與儲液瓶連接設置。

所述循環彎曲載荷施加裝置包括空氣壓縮機、氣壓調節閥、時間繼電器、電磁閥、雙作用氣缸、試件、支架和容器，所述空氣壓縮機與氣壓調節閥連接，所述氣壓調節閥與電磁閥連接，所述電磁閥分別與各雙作用氣缸連接，各所述雙作用氣缸分別與支架支撐設置，各所述雙作用氣缸分別通過對應的氣缸活塞桿與試件循環彎曲載荷連接設置在容器內。

所述雙作用氣缸為四個，中間兩個所述雙作用氣缸所對應的氣缸活塞桿的運動方向一致，兩側兩個所述雙作用氣缸所對應的氣缸活塞桿的運動方向與中間兩個相反。

有益效果：本發明的有益效果如下：