[發明專利]一種室溫疲勞試驗時試樣冷卻裝置

在審

• 申請號: 202010542598.2
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111665149A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 王學剛;段啟強;趙振凱;劉翰鐘;周相海;張哲峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N3/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發明公開了一種室溫疲勞試驗時試樣冷卻裝置，屬于材料力學性能試驗技術領域。該冷卻裝置包括空氣壓縮機、支撐部件和冷卻環三部分；所述空氣壓縮機用于提供冷卻源壓縮空氣，壓縮空氣經所述支撐部件輸送到冷卻環中，再經冷卻環上開設的排氣口噴射于疲勞試樣表面，從而實現對待測試樣的降溫。該裝置能夠有效地利用壓縮空氣對待測試樣進行均勻降溫，且試驗時不會對材料的組織性能產生影響，從而能夠大幅度的提高試驗頻率，進而加快試驗周期，降低試驗費用。

技術領域

本發明涉及材料力學性能試驗技術領域，具體涉及一種新型室溫疲勞試驗時試樣冷卻裝置。

背景技術

疲勞問題是材料在實際應用過程中必須面對的，由疲勞導致的構件失效破壞在所有構件失效破壞中約占80％。疲勞斷裂往往具有突發性、災難性的特點，因此材料的疲勞問題是擋在構件實際應用過程中的一個不可避免的大山，獲得準確的材料的疲勞數據是材料在實際應用之前必不可少的環節，因此能夠快速準確的測量出材料的疲勞性能就變得尤為重要。對于疲勞試驗來說,在滿足要求的情況下，試驗頻率越快，效率越快，試驗的周期越短，試驗成本越低，越有利于材料的推廣應用。

室溫疲勞試驗過程中在保證試樣不發熱和外加載荷準確的前提下頻率越快越好。大部分的材料對于疲勞試驗頻率加快不會導致試驗的發熱，這樣試驗過程中在材料不發熱的前提下就可以盡可能快的提高試驗頻率，對于電液伺服疲勞試驗機來說一般材料的試驗頻率為40～50Hz，費用為100～200元/小時，每組材料約需要試驗時間為300小時。但是有一些材料對于頻率引起的發熱非常敏感，材料一旦發熱就可能引起材料內部的組織變化從而導致試驗數據的無效。因此，為了保證試驗數據的準確性只能大幅度的降低試驗頻率，有的材料試驗頻率甚至會降低到2Hz，按照相同的試驗參數計算需要的時間成本和費用會增加20倍，大大加大了材料的開發難度。

傳統的冷卻方法是采用冷卻液制冷或者液氮制冷的方式進行冷卻。但是這些方法都有缺陷，冷卻液制冷要求試樣必須浸泡在冷卻液中，但是整個試驗過程中試驗機設備是一直在振動的，實驗過程中難免會由于振動導致冷卻液泄露，泄露的冷卻液會對疲勞試驗機的工作臺或者作動缸產生腐蝕破壞，嚴重的甚至可能會導致試驗機的損壞，維修成本從幾萬到幾十萬不等。液氮制冷是利用液氮汽化時會吸收熱量來帶走因為頻率產生的熱量，但是該冷卻方法有兩個缺陷：1)液氮汽化過程會迅速吸收周圍熱量，導致周圍的溫度迅速降低，而周圍空氣中的水分又會液化成小水珠而聚集在試樣表面，小水珠會對材料產生腐蝕從而導致試驗結果不準確；另外匯聚的小水珠順著試驗材料匯流到試驗機上會對試驗機夾具和工作臺產生腐蝕，也會加快試驗機的老化程度，從而增加試驗成本；2)對于疲勞試驗來說是一個長時間工作的過程，一個材料試樣在疲勞試驗的時候工作幾十個小時是非常正常的，液氮的成本非常高而且消耗非常快，在這個過程中一旦液氮消耗完又得不到及時補充的話試樣就會迅速發熱而導致實驗結果無效，也會增加試驗的費用。

為了提高材料進行疲勞試驗的準確性，加快發熱材料的疲勞試驗周期，為后續的構件使用提供可靠參考，有必要對現有的疲勞試驗裝置進行改進。

發明內容

本發明的目的在于提供一種室溫疲勞試驗時試樣冷卻裝置，該裝置能夠有效地利用壓縮空氣對待測試樣進行均勻降溫，且試驗時不會對材料的組織性能產生影響，從而能夠大幅度的提高試驗頻率，進而加快試驗周期，降低試驗費用。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種室溫疲勞試驗時試樣冷卻裝置，包括壓縮機、支撐部件和冷卻環三部分；所述壓縮機用于提供冷卻源壓縮空氣，壓縮空氣經所述支撐部件輸送到冷卻環中，再經冷卻環上開設的排風孔噴射于疲勞試樣表面，從而實現對待測試樣的降溫。

所述支撐部件為筒狀結構，一端設有安裝孔，用于與疲勞實驗機連接；所述支撐部件上靠近安裝孔一側的側壁上還設有進氣口，進氣口與支撐部件內的進氣管相連接，進氣管與所述冷卻環內部相連通。