[實用新型]一種氣動熱-力耦合環境下材料高溫力學性能測試設備

有效

• 申請號: 201721553710.2
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN207396193U
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 王美玲;孫冬柏;趙飛;王鳳平
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/06
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本實用新型提供一種氣動熱?力耦合環境下材料高溫力學性能測試設備，屬于材料高溫力學性能測試技術領域。該設備包括主機框架、力學加載系統和夾具水冷系統，主機框架采用雙立柱設計，力學加載系統的油缸機構下端穿過主機框架的上橫梁并以螺紋形式與其固定，力學加載系統的上拉桿、上夾具等連接在油缸機構下端，力學加載系統的其他部件依次與下橫梁連接。夾具水冷系統為力學加載系統中的樣品夾持機構降溫。該設備在傳統的電液伺服技術基礎上設計了能夠配合集束射流氣動?熱力耦合環境模擬試驗艙的力學主機，具有獨特結構設計并融合多項先進測試技術，可很好的實現集束射流氣動?熱力耦合環境下陶瓷材料的超高溫力學性能測試。

技術領域

本實用新型涉及一種氣動熱-力耦合環境下材料高溫力學性能測試設備，屬材料高溫力學性能測試分析特別是飛行器結構材料氣動熱-力耦合環境下的高溫力學性能測試分析。

背景技術

當飛行器在稠密大氣中作超音速飛行時，受激波與機體間高溫壓縮氣體的加熱和機體表面與空氣強烈摩擦的影響，飛行器蒙皮的溫度會隨飛行馬赫數(M)的提高而急劇上升，航空界把飛行器作高速飛行時所遭遇到的這種高溫情況稱之為“熱障”。

氣動加熱造成的“熱障”具有瞬態(短時)高溫的特征，這種瞬態高溫環境有別于穩態(長時)高溫的作用，會對飛行器結構材料性能產生重要的影響。在這一過程中，飛行器結構材料的機械強度不僅受到溫度、時間的影響，而且與升溫速率密切相關。因此，飛行器結構材料常規的穩態(長時)高溫力學性能不能體現其在“熱障”環境下的特征。

在飛行器的設計和研制過程中，為確認飛行器結構材料是否能經得起高速飛行時“熱障”所產生的熱沖擊及高溫熱應力的破環，必須對材料進行該環境下的熱強度分析。但是由于溫度和時間因素的共同參與，使“熱障”環境下材料的強度問題變得極其復雜。同時由于物質的慣性，瞬態高溫條件下，“瞬態”給予材料的能量來不及改變材料的承力系統，即分子的微觀結構和內聚力。這種情況下，雖然從量子力學的微觀分析可以獲得各種情況下材料機械強度的定性結果，但真正有用的數據卻要靠自己對材料的快速加熱機械測定才能求得。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種氣動熱-力耦合環境下材料高溫力學性能測試設備，通過配合已有集束射流氣動-熱力耦合環境模擬試驗艙的獨特加載主機設計，以實現飛行器結構材料近飛行過程下氣動熱-力耦合環境下材料高溫力學性能測試。

該設備包括主機框架、力學加載系統和夾具水冷系統。

主機框架包括上橫梁、下橫梁、左立柱、右立柱和立柱升降鎖緊機構，下橫梁通過環境模擬試驗艙底座下端預埋的鋼管穿過底座，定位并使力學加載軸中心位于環境模擬試驗艙高溫中心位置；左立柱和右立柱下端以螺紋形式固定于下橫梁上，左立柱和右立柱上端穿過上橫梁。上橫梁和下橫梁、左立柱和右立柱構成一個傳統的雙立柱門框框架結構，作為力學加載的主機支撐。為保證力學性能試驗結束后兼顧環境模擬試驗艙的其他測試功能，主機框架上橫梁采用可升降式設計，左立柱和右立柱上均配置立柱升降鎖緊機構。

力學加載系統包括油源、油缸機構、上拉桿、上夾具、上夾具過渡段、下夾具過渡段、下夾具、MTS對中機構、下拉桿、力值傳感器和連接部件，油源為油缸機構供油，油缸機構下端穿過上橫梁并以螺紋形式與上橫梁固定，上拉桿、上夾具、上夾具過渡段依次自上而下連接在油缸機構下端，連接部件、力值傳感器、下拉桿、MTS對中機構、下夾具、下夾具過渡段依次自下而上與下橫梁連接；上夾具、上夾具過渡段、下夾具、下夾具過渡段構成樣品夾持機構，測試樣品采用掛鉤式連接在上夾具過渡段和下夾具過渡段之間。

考慮到飛行器結構用陶瓷或碳碳復合材料試樣制備加工的難度，測試樣品盡可能小。力學加載系統中的樣品夾持機構采用五段式掛鉤設計，在上夾具、下夾具和測試樣品之間設計上夾具過渡段和下夾具過渡段，該過渡段根據試驗溫度的不同選擇不同溫抗的高溫結構材料，而且可以根據測試樣品的尺寸調節過渡段的長度和直徑，靈活方便。