超低温环境下进行光学应变场测量的试片拉伸试验系统技术方案

本发明专利技术属于结构低温静力试验技术领域，具体涉及一种超低温环境下进行光学应变场测量的试片拉伸试验系统。液氮槽固定在承力地轨上，在液氮槽的侧面承力板上连接固定法兰，固定法兰与第一个试片夹头连接，再依次连接拉伸试片和第二个试片夹头，第二个试片夹头与转接工装连接；滑轮支架固支连接在液氮槽的固定承力底板上，定滑轮安装在滑轮支架上；在液氮槽的外部，搭建承力龙门架，龙门架包括承力梁、直立柱、底座；力传感器依次与连接拉杆、作动筒连接形成拉力载荷施加系统，钢丝绳一端与转接工装进行连接，通过定滑轮转向，钢丝绳的另一端与拉力载荷施加系统的力传感器连接；作动筒通过调节板与承力梁连接；液氮槽的上方设置有CCD照相机和LED光源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于结构低温静力试验
，具体涉及一种超低温环境下进行光学应变场测量的试片拉伸试验系统。
技术介绍
新一代运载火箭采用液氢、液氧作为推进剂介质，液氢液氧低温环境使得贮箱飞行过程中承受着高低温的交变恶劣环境，然而贮箱所采用的不同焊接工艺直接影响到贮箱在低温环境下的极限承载能力，需要准确获取焊接接头不同区域的力学性能参数，为贮箱的结构设计提供更全面可靠的试验数据和设计依据。目前火箭贮箱的焊接工艺已经由熔焊发展到了搅拌摩擦焊，焊接技术的革新以及焊接结构的大量使用，对焊接结构低温力学性能试验技术提出更高的要求，因此，如何准确获取更为详细、全面的关键力学性能参数，针对贮箱的焊接接头进行低温环境下力学性能的测试研究显得极为重要。国内外针对焊接结构低温试验测试技术进行了大量研究，如美国阿波罗计划中，成功采用了Ti-5Al-2.5Sn制造液氢贮箱等压力容器和导管结构，根据压力容器的实际服役条件，对Ti-5Al-2.5Sn材料进行了大量的力学性能研究工作。国内七〇三所检测分析中心在80年代为某型号研制，针对该部件材料及焊接接头开展了常温、液氮、液氢温度介质条件下的强度、塑性、冲击韧性、表面裂纹断裂韧性、疲劳性能、蠕变性能、热疲劳以及热膨胀、导热系数等力学、物理性能测试研究。然而，上述研究是将焊接接头视为一个整体进行分析，并没有将其进行区域细化，更没有获取焊接接头不同区域性的力学性能参数。
技术实现思路
<br>本专利技术的目的在于提供一种超低温环境下进行光学应变场测量的试片拉伸试验系统，以克服现有技术存在的上述不足。本专利技术所采取的技术方案为：一种超低温环境下进行光学应变场测量的试片拉伸试验系统，包括液氮槽、固定法兰、试片夹头、拉伸试片、转接工装、滑轮支架、定滑轮、钢丝绳、力传感器、连接拉杆、作动筒、调节板、承力梁、直立柱、底座、承力地轨、CCD照相机、LED光源、ARAMIS光学测量系统、温度测量系统、电阻应变片测量系统、液压自动协调加载与控制系统；液氮槽固定在承力地轨上，在液氮槽的侧面承力板上连接固定法兰，固定法兰与第一个试片夹头连接，再依次连接拉伸试片和第二个试片夹头，第二个试片夹头与转接工装连接；滑轮支架固支连接在液氮槽的固定承力底板上，定滑轮安装在滑轮支架上；在液氮槽的外部，搭建承力龙门架，龙门架包括承力梁、直立柱、底座；力传感器依次与连接拉杆、作动筒连接形成拉力载荷施加系统，钢丝绳一端与转接工装进行连接，通过定滑轮转向，钢丝绳的另一端与拉力载荷施加系统的力传感器连接；作动筒通过调节板与承力梁连接；液氮槽的上方设置有CCD照相机和LED光源；在拉伸试片的上表面喷涂黑白相间自喷漆，通过CCD照相机采集的图像数据通过电缆传输到ARAMIS光学测量系统；在拉伸试片上粘贴热电偶，通过连接电缆将采集的温度数据传输给温度测量系统；在拉伸试片上粘贴电阻应变片，通过连接电缆将采集的应变数据传输给电阻应变片测量系统；力传感器、作动筒通过连接电缆接入到液压自动协调加载与控制系统，对拉伸试片施加载荷。所述ARAMIS光学测量系统采用基于数字散斑相关方法的ARAMIS测量系统。所述温度测量系统采用德维创数据采集系统，设备型号为DS-NET。所述电阻应变片测量系统采用LXI数据采集系统。所述液压自动协调加载与控制系统采用FCS多通道自动协调加载控制系统。所述液氮槽通过连接螺栓固定在承力地轨上。所述固定法兰与第一个试片夹头通过M16的螺纹连接。所述第二个试片夹头与转接工装进行螺纹连接。所述轮支架固支连接在液氮槽的固定承力底板上。本专利技术所取得的有益效果为：本专利技术所述的超低温环境下进行光学应变场测量的试片拉伸试验系统充分利用光学测量手段的优势，具有非接触、全场测量、多尺度等特点，试验过程中不仅能够实现液氮环境下拉伸试片的拉伸载荷施加，同时满足CCD照相机的图像数据采集要求，可以完全避免拉伸试片表面在低温环境下结霜问题，对液氮环境下试片拉伸过程中的变形进行测试，若拉伸试片为焊接试片，则可获得焊接试片不同区域，包括焊缝区、熔合区和母材区的应变场分布，不同区域的强度极限，不同区域的延伸率，整体/局部应力应变关系等力学性能，深入分析了不同焊接试片的结构变形。不仅成功实践了贮箱焊接结构件的低温光测技术的工程应用，为实现贮箱椭球箱底焊接工艺升级换代，大幅提高我国运载火箭贮箱焊接质量，提供数据支撑和重要依据。采用本专利技术顺利完成了铝合金母材试片和焊接试片在液氮环境中的低温拉伸试验，采用先进的光学测量获得了焊接试片不同区域和关键部位的应变场分布、分析了液氮环境下试片拉伸过程中不同区域的应力应变关系和延伸率，对焊接试片在超低温环境中的力学性能有了更深认识，整个试验过程中，系统运行稳定，满足试验要求，并达到了试验考核目的，获得圆满成功，证实了这种静力试验系统和光学测量测试方法的科学性和有效性，并为后续型号静力试验的实施和开展奠定了牢固的试验技术储备。附图说明图1为本专利技术所述超低温环境下进行光学应变场测量的试片拉伸试验系统结构示意图；图中：1、液氮槽；2、固定法兰；3、试片夹头；4、拉伸试片；5、转接工装；6、滑轮支架；7、定滑轮；8、钢丝绳；9、力传感器；10、连接拉杆；11、作动筒；12、调节板；13、承力梁；14、直立柱；15、底座；16、承力地轨；17、CCD照相机；18、LED光源；19；ARAMIS光学测量系统；20、温度测量系统；21、电阻应变片测量系统；22、液压自动协调加载与控制系统。具体实施方式如图1所示，本专利技术所述超低温环境下进行光学应变场测量的试片拉伸试验系统包括：液氮槽1、固定法兰2、试片夹头3、拉伸试片4、转接工装5、滑轮支架6、定滑轮7、钢丝绳8、力传感器9、连接拉杆10、作动筒11、调节板12、承力梁13、直立柱14、底座15、承力地轨16、CCD照相机17、LED光源18、ARAMIS光学测量系统19、温度测量系统20、电阻应变片测量系统21、液压自动协调加载与控制系统22；液氮槽1通过连接螺栓固定在承力地轨16上，在液氮槽1的侧面承力板上连接固定法兰2，固定法兰2与第一个试片夹头3通过M16的螺纹连接，再依次连接拉伸试片4和第二个试片夹头3，第二个试片夹头3与转接工装5进行螺纹连接。滑轮支架6通过螺栓固支连接在液氮槽1的固定承力底板上，定滑轮7安装在滑轮支架6上。在液氮槽1的外部，搭建承力龙门架，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超低温环境下进行光学应变场测量的试片拉伸试验系统，其特征在于：包括液氮槽(1)、固定法兰(2)、试片夹头(3)、拉伸试片(4)、转接工装(5)、滑轮支架(6)、定滑轮(7)、钢丝绳(8)、力传感器(9)、连接拉杆(10)、作动筒(11)、调节板(12)、承力梁(13)、直立柱(14)、底座(15)、承力地轨(16)、CCD照相机(17)、LED光源(18)、ARAMIS光学测量系统(19)、温度测量系统(20)、电阻应变片测量系统(21)、液压自动协调加载与控制系统(22)；液氮槽(1)固定在承力地轨(16)上，在液氮槽(1)的侧面承力板上连接固定法兰(2)，固定法兰(2)与第一个试片夹头(3)连接，再依次连接拉伸试片(4)和第二个试片夹头(3)，第二个试片夹头(3)与转接工装(5)连接；滑轮支架(6)固支连接在液氮槽(1)的固定承力底板上，定滑轮(7)安装在滑轮支架(6)上；在液氮槽(1)的外部，搭建承力龙门架，龙门架包括承力梁(13)、直立柱(14)、底座(15)；力传感器(9)依次与连接拉杆(10)、作动筒(11)连接形成拉力载荷施加系统，钢丝绳(8)一端与转接工装(5)进行连接，通过定滑轮(7)转向，钢丝绳(8)的另一端与拉力载荷施加系统的力传感器(9)连接；作动筒(11)通过调节板(12)与承力梁(13)连接；液氮槽(1)的上方设置有CCD照相机(17)和LED光源(18)；在拉伸试片(4)的上表面喷涂黑白相间自喷漆，通过CCD照相机(17)采集的图像数据通过电缆传输到ARAMIS光学测量系统(19)；在拉伸试片(4)上粘贴热电偶，通过连接电缆将采集的温度数据传输给温度测量系统(20)；在拉伸试片(4)上粘贴电阻应变片，通过连接电缆将采集的应变数据传输给电阻应变片测量系统(21)；力传感器(9)、作动筒(11)通过连接电缆接入到液压自动协调加载与控制系统(22)，对拉伸试片(4)施加载荷。...

【技术特征摘要】
1.一种超低温环境下进行光学应变场测量的试片拉伸试验系统，其特征在
于：包括液氮槽(1)、固定法兰(2)、试片夹头(3)、拉伸试片(4)、转
接工装(5)、滑轮支架(6)、定滑轮(7)、钢丝绳(8)、力传感器(9)、
连接拉杆(10)、作动筒(11)、调节板(12)、承力梁(13)、直立柱(14)、
底座(15)、承力地轨(16)、CCD照相机(17)、LED光源(18)、ARAMIS
光学测量系统(19)、温度测量系统(20)、电阻应变片测量系统(21)、液
压自动协调加载与控制系统(22)；
液氮槽(1)固定在承力地轨(16)上，在液氮槽(1)的侧面承力板上连
接固定法兰(2)，固定法兰(2)与第一个试片夹头(3)连接，再依次连接拉
伸试片(4)和第二个试片夹头(3)，第二个试片夹头(3)与转接工装(5)
连接；滑轮支架(6)固支连接在液氮槽(1)的固定承力底板上，定滑轮(7)
安装在滑轮支架(6)上；在液氮槽(1)的外部，搭建承力龙门架，龙门架包
括承力梁(13)、直立柱(14)、底座(15)；力传感器(9)依次与连接拉杆
(10)、作动筒(11)连接形成拉力载荷施加系统，钢丝绳(8)一端与转接工
装(5)进行连接，通过定滑轮(7)转向，钢丝绳(8)的另一端与拉力载荷施
加系统的力传感器(9)连接；作动筒(11)通过调节板(12)与承力梁(13)
连接；液氮槽(1)的上方设置有CCD照相机(17)和LED光源(18)；
在拉伸试片(4)的上表面喷涂黑白相间自喷漆，通过CCD照相机(17)
采集的图像数据通过电缆传输到ARAMIS光学测量系统(19)；在拉伸试片(4)
上粘贴热电偶，通过连接电缆将采集的温度数据传输给温度测量系统(20)；
在拉伸试...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴兵，杨蓉，周江帆，王鸿博，郭冰，倪径达，张凯，张健，王涛，
申请(专利权)人：北京强度环境研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11