[發明專利]激光加熱活塞熱疲勞試驗系統和試驗方法

在審

• 申請號: 201711461778.2
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN107941516A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 徐熠;劉旭;董晶瑾
• 申請（專利權）人: 中船動力研究院有限公司
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00;G01N3/60
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙)31317
• 代理人: 張寧展

1.一種激光加熱活塞熱疲勞試驗系統，包括激光加熱系統、強制冷卻系統、控制系統和測量系統，其特征在于：

所述的測量系統，包括試件臺(1-12)，在該試件臺(1-12)的正上方為安裝臺(1-11)，裝有紅外測溫儀(1-6)、CCD相機(1-8)，所述的紅外測溫儀(1-6)、CCD相機(1-8)的輸出端經信號線與顯示電腦(1-10)相連，在所述的試件臺(1-12)上放置活塞試件(1-15)；

所述的激光加熱系統包括激光器(1-7)，位于活塞試件(1-15)正上方；所述的激光器(1-7)由控制電腦(1-9)控制運行；

所述的控制系統包括控制電腦(1-9)、單片機(1-5)和激光器自帶PLC控制模塊；

所述的強制冷卻系統包括水冷系統與風冷系統；所述的水冷系統包括水池(1-1)、水泵、水管、冷卻水回路電磁閥(1-4)、溢流閥(1-13)、水箱(1-14)、固定及活動裝置構成水冷系統，通過水泵從水池(1-1)抽水至所述的水箱(1-14)，所述的水箱(1-14)經由冷卻水回路、冷卻水回路電磁閥(1-4)調節水壓，冷卻水經水管進入所述的活塞試件(1-15)內腔，有單片機(1-5)觸發冷卻水回路電磁閥(1-4)將冷卻水噴至活塞試件(1-15)的內腔頂面進行冷卻；

所述的風冷系統包括空氣壓縮機(1-2)、壓縮空氣管路電磁閥(1-3)、氣管、固定及活動裝置構成風冷系統，所述的壓縮空氣管路電磁閥(1-3)由單片機(1-5)控制通斷，所述的空氣壓縮機(1-2)輸出的壓縮空氣由氣管輸送到活塞試件(1-15)的頂面進行冷卻。

2.根據強烈要求1所述的激光加熱活塞熱疲勞試驗系統，其特征在于所述的活塞試件(1-15)包括安裝活塞的假缸體活塞工裝，用于對試件施加不同的約束方式，以模擬真實受力情況。

3.采用權利要求1所述的激光加熱活塞熱疲勞試驗系統對活塞的試驗方法，其特征在于該方法包括下列步驟：

1)加熱：根據柴油機啟動前缸套水溫設定啟動時活塞整體溫度為T_1,min，根據活塞頂面最高溫度設定為加熱過程結束溫度為T_1,max，由加熱過程所施加的激光功率計算得到加熱時間t1；

2)保溫：根據加熱時間t1設置保溫時間t2＝t1，以保持活塞溫度場穩定狀態，在保溫過程中，根據加熱、冷卻系統所能達到的功率疊加一定頻率的高周熱疲勞，并設定溫度波動幅值為T_h，min～T_h，max；

3)冷卻：通過風冷系統、水冷系統快速冷卻活塞，以模擬活塞從穩態工況至停機的過程，通過調整冷卻效果來控制冷卻時間t3的大小；

4)返回步驟1)，重復加熱-保溫-冷卻循環過程，總循環周期達到3000次自動停機，循環過程中，實時檢測活塞試件表面裂紋情況，檢測到長度大于10mm，寬度大于0.3mm裂紋時自動停機，并保存數據。