[發(fā)明專利]一種材料低溫力學性能測試裝置

在審

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• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN106996894A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設計）人: 張恒成;黃榮進;李來風;劉輝明;徐冬;韓葉茂;沈福至;李健;趙玉強;冷華倩;李少鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 郝瑞剛

技術領域

本發(fā)明涉及材料力學性能測試技術領域，尤其涉及一種材料低溫力學性能測試裝置。

背景技術

目前隨著我國氫能源、核聚變能、航空航天、應用超導、氣體工業(yè)以及一些大科學工程等領域的發(fā)展，涉及到低溫工程的項目越來越多。在工業(yè)和科研領域對低溫材料的需求越來越大，對低溫材料的性能數據要求越來越全面。材料在低溫環(huán)境下工作，其低溫物理性能通常不同于常溫性能。其中，材料力學性能是工程中材料或工件的一個重要性能指標。測試材料在低溫下的力學性能，對材料低溫性能研究和優(yōu)化改性具有重要的意義，對低溫構件的設計和安全使用也至關重要。而要實現最低溫度到4.2K的力學性能測試，必須具有可到4.2K溫度的冷源。目前國內材料低溫力學性能測試裝置均采用低溫液體(液氮77K或液氦4.2K)作為冷源；工作時將低溫液體容器中的低溫液體(液氮77K或液氦4.2K)輸入到真空夾層杜瓦中，低溫液體將低溫力學支架和待測樣品冷卻，再通過溫控器和低溫液體蒸發(fā)器配合使用控制低溫力學支架和待測樣品的溫度。隨后低溫液體變成氣體從出氣口中排出。因此，該測試裝置在工作中會消耗大量的液氮或液氦；每次進行77K以下溫區(qū)材料力學性能測試都得消耗大量的液氦，如，進行一次4.2K溫度環(huán)境拉伸性能測試需要消耗20升液氦，而4.2K壓縮、彎曲性能測試則因夾具復雜而消耗的液氦為30升以上。氦氣是地球上寶貴的不可再生資源，因此需要提供一種能降低液氮或液氦消耗材料低溫力學性能測試裝置。

發(fā)明內容

(一)要解決的技術問題

本發(fā)明要解決的技術問題是：現有的材料低溫力學性能測試裝置大量的使用液氮或液氦資源、成本高、操作復雜，造成氦氣資源的浪費。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種材料低溫力學性能測試裝置，包括萬能材料試驗機、制冷機、儲氣罐、試樣腔、真空泵、真空保溫桶和設于真空保溫桶內的防熱輻射桶，所述萬能材料試驗機包括底座和設于底座上的支撐架，所述真空保溫桶設于所述底座上，所述支撐架上設有用于與待測試樣剛性連接的力學支架，所述力學支架位于封閉的所述試樣腔內，且所述力學支架能夠上下移動；所述試樣腔的一端位于所述防熱輻射桶內，所述制冷機的冷頭伸入密閉防熱輻射桶內與試樣腔的外壁相連，所述儲氣罐的通過進氣管與試樣腔連通，所述真空泵的一端與儲氣罐連通，另一端與試樣腔連通。

優(yōu)選地，所述支撐架包括垂直設于所述底座上的平行設置的兩根支撐桿，所述支撐桿的下端與底座相連，兩根所述支撐桿之間還設有至少一個橫梁，所述橫梁的兩端分別于所述兩根所述支撐桿相連，所述力學支架與位于最下側的橫梁剛性連接，且所述橫梁能夠兩在個支撐桿之間上下滑動。

優(yōu)選地，所述橫梁的兩端設有滑槽，兩根所述支撐桿上對應設有與所述滑槽配合的滑軌。

優(yōu)選地，所述儲氣罐上設有壓力表。

優(yōu)選地，還包括力學傳感器、位移傳感器和設于試樣腔內的溫控器，所述力學和位移傳感器將待測試樣的力學信號和位移信號傳遞給萬能材料試驗機，所述溫控器用于檢測試樣腔內的溫度，并將檢測到的溫度信號傳遞給控制器，所述控制器用于控制試樣腔內的溫度。

優(yōu)選地，所述溫控器為環(huán)狀溫控器。

優(yōu)選地，所述制冷機設有多臺，多臺所述制冷機并聯(lián)。

優(yōu)選地，所述制冷機為G-M制冷機、脈沖管制冷機或斯特林制冷機。

優(yōu)選地，所述冷頭包括一級冷頭和二級冷頭，所述一級冷頭與防熱輻射桶上的金屬法蘭相連，所述二級冷頭通過導熱熱橋與所述試樣腔的外壁相連。

優(yōu)選地，所述真空泵為干泵。

(三)有益效果

本發(fā)明的上述技術方案具有如下優(yōu)點：本發(fā)明提供了一種材料低溫力學性能測試裝置，以制冷機作為冷源，試樣腔中的氦氣做為傳熱介質，本身不產生冷量，氦氣能夠循環(huán)利用，因此氦氣幾乎不會損失，避免了氦氣資源的大量浪費，并且在試樣腔與儲氣罐之間還設有真空泵，可通過真空泵將試樣腔內的氦氣回收到儲氣罐中，由于單純的使用制冷機不能夠將試樣腔內的溫度降低至4.2K，因此通過真空泵降低試樣腔內的壓強來進一步降低試樣腔內的溫度，以滿足溫度的需求。

附圖說明

本發(fā)明上述和/或附加方面的優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是本發(fā)明實施例所述低溫力學性能測試裝置處于測試狀態(tài)的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例所述的低溫力學性能測試裝置處于未測試時的結構示意圖。

其中圖1和圖2中附圖標記與部件名稱之間的對應關系為：