一种热环境双向加载试验设备和试验方法技术

一种热环境双向加载试验设备和试验方法，属于材料在热环境和复杂加载下的力学性能测试技术领域。本发明专利技术的设备和方法用于对十字形试件进行光学散斑应变测量，包括机架、加热炉、四个拉伸装置、光源以及摄像头，拉伸装置的拉伸杆通过加热炉的壁孔伸入至加热炉的内部，从而使夹头位于加热炉的内部，致使试件在受到四个夹头的夹持下而处于加热炉内，当直线驱动机构驱动各拉伸杆直线运动，从而对试件进行拉伸，测力传感器设置在拉伸杆上，测量出试件所承受的拉力，可以实现对十字形试件在高温环境以及双向加载条件下力学性能的有效测试。

A Bidirectional Loading Test Equipment and Method for Thermal Environment

The invention relates to a bidirectional loading test device and a test method for thermal environment, belonging to the technical field of mechanical properties testing of materials under thermal environment and complex loading. The device and method of the present invention are used for measuring optical speckle strain of cross-shaped specimen, including frame, heating furnace, four stretching devices, light source and camera. The stretching rod of the stretching device extends into the inside of the heating furnace through the wall hole of the heating furnace, so that the chuck is located in the inside of the heating furnace, and the specimen is held in the heating furnace by four chucks. The linear driving mechanism drives the straight line movement of the stretching rods, so that the specimen can be stretched. The force sensor is set on the stretching rod to measure the tensile force of the specimen, which can effectively test the mechanical properties of the cross-shaped specimen under high temperature and bidirectional loading conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种热环境双向加载试验设备和试验方法
一种热环境双向加载试验设备和试验方法，尤其涉及一种基于光学散斑应变测量方法的热环境双向加载试验设备和试验方法，属于材料在热环境和复杂加载下的力学性能测试

技术介绍
现今的板料成形是经过多次轧制所得到的，这样的生产方式导致板料通常是各向异性的。在研究高温下各向异性板料力学性能时以往的办法是采用不同方向上的单向拉伸试验。但是靠单向拉伸得到的材料应力应变曲线与承受复杂载荷的实际材料性能有一定的差距。此外，板料成形很多是在高温下进行的，而高温下金属材料具有明显不同于常温的力学性能，因此在研究板料力学性能时往往需要加上热温环境这一条件。在这种情况下，在复杂加载的双向拉伸试验机上加上热温环境成为该技术的关键点。光学散斑应变方法与传统的应变片测量方法相比，具有精度高、能获取全场数据、操作简单和高温测试成本低等优点，是目前应变测量的普遍选择。综上所述，本专利技术的目的是提供一种可以在热环境下进行复杂加载的平面内双向拉伸设备及应变测量方法。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足之处，给出了一种可准确测定材料在高温环境和复杂加载条件下的力学性能的基于光学散斑应变测量技术的热环境双向加载试验设备和方法。本专利技术的技术解决方案是：一种热环境双向加载试验设备，用于对十字形试件进行光学散斑应变测量，包括：机架，其包括工作台，以所述工作台为中心、呈十字形分布的四个侧支架以及光学测量支架；加热炉，其设置于所述工作台上，所述加热炉的周向侧壁形成有四个壁孔，所述加热炉的顶壁设置有观察窗；四个拉伸装置，分别设置在四个侧支架上，所述拉伸装置包括拉伸杆、夹头、测力传感器以及直线驱动机构，其中，所述拉伸杆以可相对所述侧支架做直线运动的方式设置于所述侧支架，所述拉伸杆的一端设置有用于夹持所述试件的一个臂的夹头，所述拉伸杆通过所述壁孔伸入至所述加热炉的内部，从而使所述夹头位于所述加热炉的内部，致使所述试件受到四个夹头的夹持而处于加热炉内，所述直线驱动机构连接至所述拉伸杆，以驱动所述拉伸杆直线运动，所述测力传感器设置于所述拉伸杆上，用于测量所述拉伸杆向所述试件施加的拉力，四个拉伸杆的直线运动路径以所述加热炉为中心，呈十字形分布；光源，其通过所述光学测量支架设置于所述观察窗的上方，用于对所述加热炉的内部提供照明；摄像头，其通过所述光学测量支架设置于所述观察窗的上方，用于采集位于所述加热炉内的试件中心区域的图像。优选的是，所述的热环境双向加载试验设备，还包括：温度控制系统，其连接至所述加热炉，用于控制所述加热炉的加热温度；直线驱动机构控制系统，其连接至四个直线驱动机构，用于控制四个直线驱动机构工作；数据处理系统，其连接至所述温度控制系统、所述直线驱动机构控制系统以及四个测力传感器，用于根据所述温度控制系统的温度信号向所述直线驱动机构控制系统输出控制信号，以使所述四个直线驱动机构驱动四个拉伸杆向远离所述加热炉的方向做直线运动，以对所述试件进行拉伸，以及用于根据所述试件中心区域的图像和每个测力传感器测量到的相应拉伸杆的拉力值进行所述试件的应力应变分析。优选的是，所述的热环境双向加载试验设备中，所述拉伸装置还包括位移传感器，所述位移传感器设置于所述拉伸杆的直线运动路径上，用于测量所述拉伸杆的直线运动距离；所述数据处理系统用于接收为每个直线驱动机构预先设定的一个目标位移值，以及用于根据每个位移传感器实时测量的相应拉伸杆的直线运动距离向所述直线驱动机构控制系统输出控制信号，以使所述四个直线驱动机构同时且持续地驱动四个拉伸杆向远离所述加热炉的方向做直线运动，直至每个位移传感器实时测量的相应拉伸杆的直线运动距离达到相应的目标位移值。优选的是，所述的热环境双向加载试验设备中，所述直线驱动机构为液压缸，所述直线驱动机构控制系统为液压控制系统。优选的是，所述的热环境双向加载试验设备中，所述光学测量支架包括固定架和升降架，其中，所述固定架设置于所述工作台上，所述升降架以可升降的方式设置于所述固定架的上部，并受到所述固定架的支撑，位于所述加热炉的上方，所述升降架包括横梁，可滑动地设置在所述横梁上的滑动座以及设置在所述横梁的固定座，所述光源安装于所述滑动座上，所述摄像头安装在所述固定座上，一升降驱动机构设置于所述固定架，所述升降驱动机构连接至所述升降架，以驱动所述升降架升降，从而调节所述光源和所述摄像头的高度；所述加热炉的顶壁开设一开口，所述观察窗可拆卸地设置于所述开口上。优选的是，所述的热环境双向加载试验设备中，所述夹头包括夹持部以及设置于所述夹持部顶部的配重块，以使所述夹头的重心保持在所述拉伸杆的上方；所述夹头的顶部设置有吊钩；所述夹持部的下部形成有由一横向部分和纵向部分连通而成的T形卡槽，且所述纵向部分的侧向开口形成在所述夹持部的与所述拉伸杆相近的一个侧面，所述T形卡槽的底面开口形成在所述夹持部的底面，所述拉伸杆的一端呈T形，所述拉伸杆的一端经由所述底面开口以及所述侧向开口进入所述T形卡槽，卡制于所述T形卡槽内。优选的是，所述的热环境双向加载试验设备中，所述拉伸装置包括定位板和横向轴承，其中，所述定位板竖向设置，所述定位板的下端固定连接于所述侧支架和所述工作台，所述定位板开设有第四通孔，所述横向轴承固定于所述第四通孔的前侧，所述拉伸杆的另一端穿过所述横向轴承并受到所述横向轴承的支撑，延伸至所述定位板的后侧，所述拉伸杆的另一端连接至所述测力传感器。优选的是，所述的热环境双向加载试验设备中，所述拉伸装置包括导轨和安装座，所述导轨设置于所述侧支架上，所述安装座的下端可滑动地设置于所述导轨，所述测力传感器安装于所述安装座的前侧面，所述安装座连接至所述直线驱动机构，所述位移传感器为包括光栅尺和光栅读数头的光栅尺位移传感器，所述光栅尺设置于所述侧支架上，且与所述导轨平行设置，所述光栅读数头设置于所述安装座的下部，在所述拉伸杆做直线运动的情况下，所述安装座沿着所述导轨做直线运动，从而使所述光栅尺位移传感器测量出所述拉伸杆的直线运动距离。优选的是，所述的热环境双向加载试验设备中，所述加热炉为方形加热炉，具有四个侧壁，所述加热炉的每个侧壁与一个拉伸装置对应设置，所述加热炉的四个侧壁和底部均设置保温层，所述加热炉的每个侧壁设置有一个加热器，所述拉伸杆与每个壁孔之间的空隙用高温棉填充。一种热环境双向加载试验方法，采用所述的设备进行光学散斑应变测量，包括以下步骤：步骤一、在十字型试件的整个中心区域喷涂一层黑漆作为背景色，在黑漆之上喷涂多个白漆点，多个白漆点均匀分布以所述试件中心区域的中心为圆心的一个圆上；步骤二、将所述试件的四个臂分别装夹在四个夹头上；步骤三、控制所述加热炉的加热温度达到目标温度值；步骤四、调节摄像头和光源位置，保证观测清晰度与亮度达到最佳状态；步骤五、进行拉伸试验，试验过程中，控制所述四个直线驱动机构持续地驱动四个拉伸杆向远离所述加热炉的方向做直线运动，以对所述试件进行拉伸，利用每个测力传感器实时地采集相应拉伸杆的拉力值，同时利用所述摄像头每隔一定时间拍摄一张所述试件中心区域的图像作为试验图像；步骤六、试验结束后，进行数据分析，具体过程包括：利用每个测力传感器实时采集的相应拉伸杆的拉力值得出所述拉伸试验中拉力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热环境双向加载试验设备，其特征在于，用于对十字形试件进行光学散斑应变测量，包括：机架，其包括工作台，以所述工作台为中心、呈十字形分布的四个侧支架以及光学测量支架；加热炉，其设置于所述工作台上，所述加热炉的周向侧壁形成有四个壁孔，所述加热炉的顶壁设置有观察窗；四个拉伸装置，分别设置在四个侧支架上，所述拉伸装置包括拉伸杆、夹头、测力传感器以及直线驱动机构，其中，所述拉伸杆以可相对所述侧支架做直线运动的方式设置于所述侧支架，所述拉伸杆的一端设置有用于夹持所述试件的一个臂的夹头，所述拉伸杆通过所述壁孔伸入至所述加热炉的内部，从而使所述夹头位于所述加热炉的内部，致使所述试件受到四个夹头的夹持而处于加热炉内，所述直线驱动机构连接至所述拉伸杆，以驱动所述拉伸杆直线运动，所述测力传感器设置于所述拉伸杆上，用于测量所述拉伸杆向所述试件施加的拉力，四个拉伸杆的直线运动路径以所述加热炉为中心，呈十字形分布；光源，其通过所述光学测量支架设置于所述观察窗的上方，用于对所述加热炉的内部提供照明；摄像头，其通过所述光学测量支架设置于所述观察窗的上方，用于采集位于所述加热炉内的试件中心区域的图像。

【技术特征摘要】
1.一种热环境双向加载试验设备，其特征在于，用于对十字形试件进行光学散斑应变测量，包括：机架，其包括工作台，以所述工作台为中心、呈十字形分布的四个侧支架以及光学测量支架；加热炉，其设置于所述工作台上，所述加热炉的周向侧壁形成有四个壁孔，所述加热炉的顶壁设置有观察窗；四个拉伸装置，分别设置在四个侧支架上，所述拉伸装置包括拉伸杆、夹头、测力传感器以及直线驱动机构，其中，所述拉伸杆以可相对所述侧支架做直线运动的方式设置于所述侧支架，所述拉伸杆的一端设置有用于夹持所述试件的一个臂的夹头，所述拉伸杆通过所述壁孔伸入至所述加热炉的内部，从而使所述夹头位于所述加热炉的内部，致使所述试件受到四个夹头的夹持而处于加热炉内，所述直线驱动机构连接至所述拉伸杆，以驱动所述拉伸杆直线运动，所述测力传感器设置于所述拉伸杆上，用于测量所述拉伸杆向所述试件施加的拉力，四个拉伸杆的直线运动路径以所述加热炉为中心，呈十字形分布；光源，其通过所述光学测量支架设置于所述观察窗的上方，用于对所述加热炉的内部提供照明；摄像头，其通过所述光学测量支架设置于所述观察窗的上方，用于采集位于所述加热炉内的试件中心区域的图像。2.如权利要求1所述的热环境双向加载试验设备，其特征在于，还包括：温度控制系统，其连接至所述加热炉，用于控制所述加热炉的加热温度；直线驱动机构控制系统，其连接至四个直线驱动机构，用于控制四个直线驱动机构工作；数据处理系统，其连接至所述温度控制系统、所述直线驱动机构控制系统以及四个测力传感器，用于根据所述温度控制系统的温度信号向所述直线驱动机构控制系统输出控制信号，以使所述四个直线驱动机构驱动四个拉伸杆向远离所述加热炉的方向做直线运动，以对所述试件进行拉伸，以及用于根据所述试件中心区域的图像和每个测力传感器测量到的相应拉伸杆的拉力值进行所述试件的应力应变分析。3.如权利要求2所述的热环境双向加载试验设备，其特征在于，所述拉伸装置还包括位移传感器，所述位移传感器设置于所述拉伸杆的直线运动路径上，用于测量所述拉伸杆的直线运动距离；所述数据处理系统用于接收为每个直线驱动机构预先设定的一个目标位移值，以及用于根据每个位移传感器实时测量的相应拉伸杆的直线运动距离向所述直线驱动机构控制系统输出控制信号，以使所述四个直线驱动机构同时且持续地驱动四个拉伸杆向远离所述加热炉的方向做直线运动，直至每个位移传感器实时测量的相应拉伸杆的直线运动距离达到相应的目标位移值。4.如权利要求3所述的热环境双向加载试验设备，其特征在于，所述直线驱动机构为液压缸，所述直线驱动机构控制系统为液压控制系统。5.如权利要求1所述的热环境双向加载试验设备，其特征在于，所述光学测量支架包括固定架和升降架，其中，所述固定架设置于所述工作台上，所述升降架以可升降的方式设置于所述固定架的上部，并受到所述固定架的支撑，位于所述加热炉的上方，所述升降架包括横梁，可滑动地设置在所述横梁上的滑动座以及设置在所述横梁的固定座，所述光源安装于所述滑动座上，所述摄像头安装在所述固定座上，一升降驱动机构设置于所述固定架，所述升降驱动机构连接至所述升降架，以驱动所述升降架升降，从而调节所述光源和所述摄像头的高度；所述加热炉的顶壁开设一开口，所述观察窗可拆卸地设置于所述开口上。6.如权利要求1所述的热环...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖瑞，姚为，李宏伟，李保永，秦中环，刘奇，刘伟，徐凯，薛杰，
申请(专利权)人：北京航星机器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11