公开了一种防热材料高温疲劳性能测试的方法及装置。其中，防热材料高温疲劳性能测试的方法包括：根据防热材料的尺寸以及服役温度，确定测试交流电流，并给防热材料施加测试交流电流；将防热材料置于电磁场内，在不同的磁场强度下将标距段加热至服役温度；针对任一磁场强度，获取标距段中心部位在测试过程中的温度历程数据以及变形值历程曲线，确定防热材料的高温疲劳性能。根据本发明专利技术，避免了采用复杂的高温加载夹头设计，且在磁场强度不变、电流不变条件下，标距段的温度和应力场分布均匀，此外，通过调节电流大小和磁场大小，可快速便捷地进行防热材料的高温疲劳性能测试。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分析及测量控制领域，尤其涉及一种防热材料高温疲劳测试的方法及 装置。
技术介绍
航空航天技术的不断发展使得高超声速飞行器成为现阶段各国发展的重点。突破 "热障"是发展高超声速飞行器必须首先突破的关键技术问题。为使高超声速飞行器具有 更好的气动外形，进而提高其可操作性能和机动性能，未来的高超声速飞行器要求建立以 非烧蚀或者低烧蚀防热结构和材料为主的热防护系统，达到减小因烧蚀退化引起的飞行器 气动性能下降，满足较长时间服役要求。同时基于飞行器热防护结构的维护和成本考虑，防 热材料朝着多次可重复使用方向发展，这对高温环境防/隔热材料的耐温极限、烧蚀、热冲 击，高温疲劳等性能提出了苛刻的要求。 在实际服役环境下，防热材料的温度和应力大小随着时间发生改变，因此防热材 料存在高温疲劳问题，高温疲劳性能准确表征防热材料在服役过程中的可重复使用性能。 高温力学性能试验相比常温静力试验复杂，高温疲劳性能试验则更为复杂，其难点在于高 温下疲劳测试力的加载装置。现有技术中，针对防热材料的高温疲劳性能测试存在以下几 个难点： 1.实验过程中通过辐射加热防热材料难以达到超高温条件（大于1800°C ); 2.超高温条件下的加载夹头一般采用水冷高温合金加载夹头，设计复杂，费用昂 贵，且仅针对特定外形的防热材料； 3.超高温条件下均匀应力场难以构造； 4.长时间高温疲劳测试对设备防热和能耗要求较高。 因此，现有技术中存在对温度和应力场均匀、成本低、且能在较短时间内和较小能 耗下完成防热材料高温疲劳性能测试的技术的需要。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种防热材料高温疲劳性能测试的方法及装置，能构造相 对均匀的温度和应力场，在较短时间和较小能耗条件下完成防热材料的高温疲劳性能测 试。 根据本专利技术的一个方面，提供了一种防热材料高温疲劳性能测试的方法，包括： S1、根据防热材料的尺寸以及服役温度，确定测试交流电流，并给所述防热材料施 加所述测试交流电流；所述防热材料具有导电性，包括：标距段，以及位于所述标距段两端 的端部；所述防热材料为对称结构，所述端部的截面积大于所述标距段的截面积；所述标 距段的长度大于所述端部的长度，所述长度是指所述防热材料沿轴向的尺寸； S2、给所述防热材料施加电磁场，在不同的磁场强度下将所述标距段加热至所述 服役温度； S3、针对任一磁场强度，获取所述标距段中心部位在测试过程中的温度历程数据 以及变形值历程曲线，确定所述防热材料的高温疲劳性能。 优选地，防热材料的轴向方向与所述电磁场的磁场方向垂直。 优选地，步骤Sl中，所述端部为：圆柱体结构，或球体结构，或横截面为多边形的 柱体结构，或横截面为多边形的椎体结构；所述标距段为：圆柱体结构，或长方体结构。 优选地，步骤Sl中，所述端部和标距段均为长方体结构； 所述端部的宽度与所述标距段的宽度相等，所述端部的高度大于所述标距段的高 度； 所述宽度是指所述防热材料沿所述磁场方向的尺寸，所述高度是指所述防热材料 沿垂直于所述磁场方向和所述防热材料的轴向方向的尺寸。 优选地，步骤Sl中，根据防热材料的尺寸以及服役温度，按照公式1确定所述测试 交流电流： 式中，T表示防热材料的服役温度，单位为：K ; P表示防热材料的电导率，单位为： S/m ; ε表示防热材料的发射率；B表示防热材料的宽度，单位为：m ;t表示标距段的最小高 度，单位为：m ;1表示测试交流电流，单位为：A ; 〇表示斯忒藩-玻尔兹曼常数，其大小为 5. 67X10 8,单位为：W(m2XK4)。 优选地，在步骤Sl之前，所述方法进一步包括：将所述防热材料固定在所述电磁 场内。 优选地，防热材料的两端通过夹具固定在所述电磁场内，所述防热材料一端的夹 具固定在所述电磁场内的某一位置，所述防热材料另一端的夹具与所述防热材料固定连接 并且可以沿着所述防热材料的轴向方向移动。 优选地，步骤S2中，由磁场发生器产生电磁场；若在磁场发生器产生的最大磁场 强度下所述防热材料仍无法加热至所述服役温度，则根据所述最大磁场强度调整所述测试 交流电流，并根据所述测试交流电流以及所述服役温度调整所述防热材料的尺寸。 优选地，在步骤Sl之前，所述方法进一步包括：若所述防热材料的服役环境为真 空环境，则在真空条件下进行高温疲劳性能测试。 优选地，步骤S2中，所述标距段的单位长度的电磁力F为： F=IxXBy 公式 2 所述标距段的最大应力σ _为： 式中，L表示标距段的长度，B表示防热材料的宽度，t表示标距段的最小高度，单 位为：m ;IX表示测试交流电流，单位为：A ;By表示磁场强度，单位为：T。 根据本专利技术的另一个方面，提供了一种防热材料高温疲劳性能测试的装置，包括： 测试舱体、固定单元、交流电源、磁场发生器、温度检测单元、变形检测单元，以及数据处理 单元，其中， 所述测试舱体，用于提供测试环境，并将测试环境与外界环境隔离开； 所述磁场发生器，用于在所述测试舱体内产生电磁场； 所述固定单元，用于将防热材料固定在测试舱体内的电磁场内； 所述交流电源，与防热材料的两个端部连接，用于给防热材料施加交流电；所述防 热材料具有导电性，包括：标距段，以及位于所述标距段两端的端部；所述防热材料为对称 结构，所述端部的截面积大于所述标距段的截面积；所述标距段的长度大于所述端部的长 度，所述长度是指所述防热材料沿轴向的尺寸； 温度检测单元，设置于所述测试舱体内，用于实时检测所述标距段中心部位在测 试过程中的温度数据，并传输给数据处理单元； 变形检测单元，设置于所述测试舱体内，用于实时检测所述标距段中心部位在测 试过程中的变形值数据，并传输给数据处理单元； 数据处理单元，用于接收所述温度数据和所述变形值数据，分析获取所述防热材 料的高温疲劳性能。 优选地，防热材料的轴向方向与所述电磁场的磁场方向垂直。 优选地，端部为：圆柱体结构，或球体结构，或横截面为多边形的柱体结构，或横截 面为多边形的椎体结构；所述标距段为：圆柱体结构，或长方体结构。 优选地，端部和标距段均为长方体结构； 所述端部的宽度与所述标距段的宽度相等，所述端部的高度大于所述标距段的高 度； 所述宽度是指所述防热材料沿所述磁场方向的尺寸，所述高度是指所述防热材料 沿垂直于所述磁场方向和所述防热材料的轴向方向的尺寸。 优选地，防热材料的尺寸与防热材料的服役温度以及测试交流电流的关系为： 式中，T表示防热材料的服役温度，单位为：K ; P表示防热材料的电导率，单位为： S/m ; ε表示防热材料的发射率；B表示防热材料的宽度，单位为：m ;t表示标距段的最小高 度，单位为：m ;1表示测试交流电流，单位为：A ; 〇表示斯忒藩-玻尔兹曼常数，其大小为 5. 67X10 8,单位为：W(m2XK4)。 优选地，固定单元包括分别与所述防热材料的两端固定连接的夹具，所述防热材 料一端的夹具固定在所述电磁场内的某一位置，所述防热材料另一端的夹具与所述防热材 料固定连接并且可以沿着所述防热材料的轴向方向移动。 优选地，测试舱体为真空环境。 优选地，温度检测单元为非接触双比色高温计，且与所述防热材料不接触。 优选地，变形检测单元为激光引伸计，且与所述防热材料本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种防热材料高温疲劳性能测试的方法，包括：S1、根据防热材料的尺寸以及服役温度，确定测试交流电流，并给所述防热材料施加所述测试交流电流；所述防热材料具有导电性，包括：标距段，以及位于所述标距段两端的端部；所述防热材料为对称结构，所述端部的截面积大于所述标距段的截面积；所述标距段的长度大于所述端部的长度，所述长度是指所述防热材料沿轴向的尺寸；S2、给所述防热材料施加电磁场，在不同的磁场强度下将所述标距段加热至所述服役温度；S3、针对任一磁场强度，获取所述标距段中心部位在测试过程中的温度历程数据以及变形值历程曲线，确定所述防热材料的高温疲劳性能。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：金华，彭祖军，孟松鹤，牛家宏，秦丽媛，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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