[發明專利]一種基于DIC測試技術的超低溫力學試驗系統

在審

• 申請號: 201810076272.8
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108613878A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 杜珺;蘇蘊荃;吳兵;楊蓉;周江帆;倪徑達;徐國梁;白鷺;尹偉;毛麗娜;張輝;劉彥毛;劉硯濤;陳昊;孫剛
• 申請（專利權）人: 北京強度環境研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/18;G01B7/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于DIC測試技術的超低溫力學試驗系統，其包括靜力試驗裝置、三維數字圖像測試設備和測控系統，其采用先進的三維數字圖像技術實現全場實時非接觸測量，且測量范圍可調節。試驗過程使用液氮實現超低溫環境，并通過CCD相機垂直于平板試件及液氮液面的安裝方式避免了由于溫度梯度造成的氣流擾動對測量結果的影響；采用開放式的試驗裝置及加載系統消除了低溫環境下試件表面結霜影響測量的難題。

技術領域

本發明涉及一種基于DIC測試技術的超低溫力學試驗系統，屬于力學試驗領域。

背景技術

材料和結構在低溫環境下的力學性能測試是航天航空工業領域的一大技術難題。航天航空飛行器中的一些重要部件，如火箭貯箱、低溫管路等，在空天環境中可能處于真空、低溫及交變載荷耦合的惡劣環境狀態下。復雜的服役環境將導致結構部件的強度極限和承載能力降低，影響航天航空飛行器的服役安全性能。因此，發展適用于低溫環境的先進測量技術，表征材料和結構的低溫力學性能，對于航天航空飛行器的可靠性評定、壽命預測及安全設計具有重要意義。

變形測量是研究材料和結構力學性能的重要手段。目前，極端環境(超高、低溫)下的變形測量技術按測量方式可以分為傳統的接觸式測量技術和現代的非接觸式測量技術。由于極端環境的復雜性，接觸式測量技術在應用上往往會受到較大的限制。非接觸式測量技術通常基于光學原理，克服了接觸式測量無法獲得全場變形信息的缺點而成為目前極端環境下的主流變形測量技術。

目前國內外雖然已有一些利用光學非接觸測量技術對材料或結構在低溫環境下的力學性能進行了試驗研究，但大多僅限于零下幾十度溫度范圍內的試驗，關于如何實現試驗中所需的低溫或超低溫(-196℃)環境，如何消除試驗中由于溫差過大造成的氣流擾動，如何避免試件表面結霜等諸多問題依然沒有統一且有效的解決手段，因此十分有必要針對低溫環境下應用光學測量技術產生的具體問題進行深入研究，并建立一套完善的典型結構超低溫力學試驗系統，為準確測定材料和結構在超低溫環境下的力學性能奠定技術基礎。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對現有技術中的上述不足，本發明提出一種基于DIC測試技術的超低溫力學測試系統，其采用先進的三維數字圖像技術實現全場實時非接觸測量，且測量范圍可調節。試驗過程使用液氮實現超低溫環境，并通過CCD相機垂直于平板試件及液氮液面的安裝方式避免了由于溫度梯度造成的氣流擾動對測量結果的影響；采用開放式的試驗裝置及加載系統消除了低溫環境下試件表面結霜影響測量的難題。

(二)技術方案

一種基于DIC測試技術的超低溫力學試驗系統，包括靜力試驗裝置、三維數字圖像測試設備和測控系統；其特征在于，所述靜力試驗裝置包括液氮槽、液氮、四點彎支撐塊、擋板、平板試件、四點彎加載塊、壓桿、力傳感器、承力地軌、直立柱、承力梁、調節板、作動筒；所述三維數字圖像測試設備包括LED光源、雙目CCD相機；所述測控系統包括溫度測量系統、電阻應變測量系統、液壓自動協調加載與控制系統、數字圖像相關測量系統；

液氮槽通過連接螺栓固定在承力地軌上，液氮槽內部加工有盲孔，四點彎支撐塊通過螺栓固定在液氮槽的底板上，四點彎支撐塊的兩弧形支撐間距離為L1；平板試件水平放置于四點彎支撐塊的兩弧形支撐上，四點彎支撐塊的兩弧形支撐與平板試件的中心線距離相等；擋板通過螺栓固定在四點彎支撐塊上，以限制平板試件沿水平方向移動；平板試件上方設置四點彎加載塊，四點彎加載塊的兩個壓頭間距離為L2，L2＜L1，且與平板試件中心線的距離相等。

其中，在液氮槽的外周，由底部的承力地軌、兩側的直立柱、頂部的承力梁搭建成承力龍門架，力傳感器的一端通過壓桿與四點彎加載塊連接，其另一端依次連接壓桿、作動筒并通過調節板固定在承力龍門架上；所述力傳感器與液壓自動協調加載與控制系統協作。

其中，在平板試件上表面噴涂白色底漆，在所述白色底漆上噴涂黑色漆，以形成隨機散斑圖像。