[發明專利]超高溫原位雙軸拉伸壓縮疲勞測試平臺

在審

• 申請號: 201711104345.1
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN107703003A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 趙宏偉;謝英杰;張建海;王云藝;國磊;趙丹
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/32
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司22100
• 代理人: 王怡敏

技術領域

本發明涉及材料原位力學性能測試領域，特別涉及一種耐高溫材料在超高溫環境復雜載荷作用材料力學性能參數測試方法與裝置，尤指一種超高溫原位雙軸拉伸壓縮疲勞測試平臺。

背景技術

隨著我國科學技術的迅速發展，材料的性能要求越來越苛刻，尤其在航空航天、國防安全、核能等領域，如航天器返回艙、航天飛機高壓噴管、高超音速導彈天線罩等需承受2000℃以上的超高溫環境，這就要求上述零部件材料具有足夠的耐高溫性能。傳統的材料已不能滿足需求，防熱復合材料、高溫陶瓷等耐高溫材料應運而生，其具有輕質、耐高溫、隔熱、強度高、抗疲勞等特殊性能，是熱防護系統設計的關鍵性材料，被廣泛應用制成各種超高速飛行裝置和導彈的發動機喉管喉襯、隔熱環、高壓噴管、渦輪機引擎等功能部件。

耐高溫材料的力學性能參數(諸如彈性模量、硬度、極限強度等)會隨著溫度的改變發生非線性變化，世界各國對用于防熱保護的耐高溫材料的研究極度重視。早在上世紀九十年代，美國、俄羅斯、日本、法國等國就把復合材料的研究列入先進材料研究計劃，許多國家都建立了相關超高溫研究機構，對材料在超高溫環境下的力學性能進行系統的研究。耐高溫材料的力學性能指標評價技術的欠缺制約著我國耐高溫材料的發展。同時，美國、俄羅斯等國對我國實行技術封鎖，超高溫環境下耐高溫材料力學性能測試技術和裝置進口受限，極大地阻礙了我國耐高溫材料力學指標評價體系的建立，我國迫切需要對高溫環境下耐高溫材料力學性能進行研究。

鑒于耐高溫材料大多數長期工作于超高溫環境中，在設計耐高溫材料及應用進行結構設計時，必須對符合材料及零部件進行系統的試驗分析，充分掌握高溫環境下耐高溫材料在靜載荷、動載荷、以及其他復雜載荷作用下的各種性能指標數據，建立耐高溫材料結構的失效模型，探索失效機理，為耐高溫材料的設計應用提供理論依據，保證耐高溫材料應用的可靠性。對耐高溫材料在極端高溫環境中復雜載荷作用下的力學性能參數進行測定，獲得耐高溫材料在超高溫、復雜載荷作用下的失效模式和機理，為航空航天、國防建設的發展提供理論支撐。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超高溫原位雙軸拉伸壓縮疲勞測試平臺，用于對耐高溫材料在超高溫環境復雜載荷應力作用下的力學性能參數進行測定，解決現有技術存在的上述問題。力學性能測試裝置是檢測材料力學性能的重要手段，是材料發展，科技進步的保障。本發明集驅動、加載、檢測、力熱耦合環境下雙軸拉伸/壓縮/疲勞力學性能測試以及原位觀測于一體的多功能精密測試平臺，進一步開展超高溫雙軸復雜載荷加載材料力學性能實驗研究，加快我國對用于防熱保護的耐高溫材料的研究。本發明設計了一種對開式中頻感應加熱爐，使十字形板狀試件與測試平臺前后觀測窗口平行放置，方便利用雙比色紅外測溫儀對試件中心位置的溫度測量以及利用數字散斑(或高速相機)對測試試件進行應變測量、試驗過程實時原位觀測等。本發明結構布局屬于立式結構，整體裝配于平臺支撐塊，固定在氣浮隔震臺上，立式結構布局以及平臺前后開設觀測窗口，方便試驗過程的操作、溫度測量、應變測量、實時原位觀測等。本發明以耐高溫材料為研究對象，提出的超高溫環境原位雙軸拉伸壓縮疲勞測試平臺為耐高溫材料在極端高溫環境復雜載荷作用下的力學性能參數測定，獲取耐高溫材料在超高溫、復雜載荷作用下的失效模式與機理提供支撐，對相關產業的開發和產業化、填補我國相關領域的技術空白具有重要意義。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

超高溫原位雙軸拉伸壓縮疲勞測試平臺，包括雙軸載荷加載單元、超高溫環境加載單元、信號檢測控制單元，所述雙軸載荷加載單元是：電動缸2通過電動缸前法蘭16、法蘭連接架3固定安裝在平臺支撐塊15上，電動缸輸出軸與一級力傳感器32、二級力傳感器33螺紋連接，二級力傳感器33與夾具體之間裝有隔熱板25，并通過螺栓連接起來，構成載荷驅動模塊；平面相對四個方向布置的四個載荷驅動模塊和十字形試件46裝配組成雙軸載荷加載單元；

所述超高溫環境加載單元包括對開式中頻感應加熱爐和真空密封腔兩部分，所述對開式中頻感應加熱爐通過前感應線圈固定立條20-1、后感應線圈固定立條20-2固定在真空密封腔的前屏蔽層35-1、后屏蔽層35-2內壁上，通過前感應線圈7-1、后感應線圈7-2對十字形試件46中心部分在真空環境或惰性氣體環境下進行超高溫加熱。