[發明專利]貼片通電加熱式高溫原位雙軸測試儀器及方法

在審

• 申請號: 201810078882.1
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108132188A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 張建海;趙宏偉;謝英杰;梁天唯;孫書博
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/04;G01N1/32;G01N1/28;G01D21/02
• 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

本發明涉及一種貼片通電加熱式高溫原位雙軸測試儀器及方法，屬于材料力學性能測試領域。雙軸加載測試單元對試件進行雙軸加載，檢測材料在復雜載荷作用下的力學性能；高溫加載單元利用八個貼片電流加熱體對十字形試件進行高溫加熱，為試件復雜載荷作用的力學性能測試提供高溫環境，模擬試件材料的服役工況；信號檢測單元包括拉壓力傳感器、高速相機、雙比色測溫儀等，用于高溫雙軸測試試驗過程中各種信號的檢測與處理；支撐單元在儀器中起到對儀器主體支撐固定的作用。優點在于：結構緊湊、一體化、大行程；臥式結構，外觀造型美觀大方，總體布局勻稱協調；各部分兼容性好，可提供2000℃及以上高溫雙軸加載測試，實用性強。

技術領域

本發明涉及材料原位力學性能測試領域，特別涉及材料在高溫雙軸載荷作用力學性能參數測試儀器與方法，尤指一種貼片通電加熱式高溫原位雙軸測試儀器及方法。用于對各種耐高溫材料進行高溫負載載荷力學性能測試，探究其在力熱耦合作用下的破壞失效機理，建立失效模型。

背景技術

隨著科技的不斷發展，人們對材料科學技術的要求也越來越嚴格。許多材料在實際服役條件下，不可避免地受到復雜載荷的作用，使材料的失效破壞機理變得復雜，有必要開發能夠實現復雜載荷加載的材料測試儀器。通過對材料施加雙軸復雜載荷，使試驗條件更加接近于材料的實際受力方式，從而獲得更加準確、可靠的試驗數據，對材料優化、裝備設計、可靠性評估等具有重要意義。

材料除了承受載荷的作用外，大部分材料還會承受電場、磁場、溫度場等特殊物理場的作用，如壓電材料、超導材料、高溫合金等。這些物理場中，以溫度場對材料性能的影響最為明顯，尤其傳統金屬材料的力學性能會隨著外界溫度場的不同發生明顯變化。在石油、化工、航空、航天以及國防等重要工業的發展過程中，高溫材料的應用非常重要且普遍，如發動機、葉片、渦輪等關鍵零部件都是在高溫條件下服役的。可見，研究并開發基于高溫物理場的材料性能測試裝置，根據高溫材料的使用特點對材料進行測試，對于研究不同溫度下材料的力學性能、評估材料在高溫條件下的變形和損傷機制具有重要意義。對材料在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貼片通電加熱式高溫原位雙軸測試儀器及方法，解決現有技術存在的上述問題，填補我國相關領域的技術空白。本發明是一種集雙軸加載測試單元、高溫加載單元、信號檢測單元、支撐單元四部分于一體的力學性能測試儀器。其中，雙軸加載測試單元對測試用試件進行雙軸加載，檢測材料在復雜載荷作用下的力學性能；高溫加載單元利用粘貼于試件四臂上下兩面八個貼片電流加熱體對十字形試件進行高溫加熱，為試件復雜載荷作用的力學性能測試提供高溫環境，模擬試件材料的服役工況；信號檢測單元包括拉壓力傳感器、高速相機、雙比色測溫儀等，用于高溫雙軸測試試驗過程中各種信號的檢測與處理；支撐單元在儀器中起到對儀器主體支撐固定的作用。本發明以各種耐高溫材料為研究對象，創新性提出的貼片通電加熱式高溫原位雙軸測試儀器及方法為耐高溫材料在高溫多種載荷作用下的力學參數測定提供支撐，對相關產業的發展、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：

貼片通電加熱式高溫原位雙軸測試儀器，包括雙軸加載測試單元、高溫加載單元、信號檢測單元、支撐單元四部分，其中，雙軸加載測試單元、高溫加載單元、信號檢測單元分別安裝在支撐單元上；所述雙軸加載測試單元由四個電動缸17提供四個方向的加載動力，電動缸17通過電動缸法蘭1固定在電動缸支座2上，加載過程中加載力由主軸方向上的拉壓力傳感器16進行測量；

所述高溫加載單元包括電流加熱模塊、真空密封模塊、水冷模塊，通過粘貼于十字形試件22四臂上下兩面的八個貼片電流加熱體26對十字形試件22進行高溫加載；真空密封模塊與雙軸加載單元之間通過波紋管5密封，保證儀器試驗過程中的真空度；水冷模塊包括主軸水冷模塊和真空腔體水冷模塊。