基于数字散斑的变温冲击压痕测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于数字散斑的变温冲击压痕测试装置，属于精密仪器领域。通过摆锤撞击轨道中的子弹，给予子弹一定的初速度，子弹冲击实验主体部分进行压痕实验，过对试件外围的线圈通过高频率的电流对试件产生交流电，进而对试件加热。并结合数字散斑技术，对试件实验中进行平滑处理和应变信息的可视化分析,从而实现快速、高精度、实时、非接触式的三维应变测量。试件尾部的高频力传感器对实验过程中力进行测量。本发明专利技术可提供在不同温度条件下的动态冲击压痕装置。同时可提供不同尺寸的摆锤头可以提供不同要求的冲击速度，已到达不同应变率的冲击压痕实验。入射杆夹持装备设计成可根据不同外径入射杆进行调节。

【技术实现步骤摘要】
基于数字散斑的变温冲击压痕测试装置
本专利技术涉及精密仪器领域，特别涉及变温、高应变率下的材料性能研究领域，尤指一种基于数字散斑的变温冲击压痕测试装置。通过数字散斑原位观测在不同温度下冲击压痕的实验。
技术介绍
随着材料科学的发展，工作中的部件由于常常受到复杂载荷的影响，导致受大应力部位的温度明显高于室温，且在不同工况下温度又有所区别，同时在高速运动部位，往往承受着高应变率的冲击，传统的材料测试对这种变温，高应变率的实验环境明显是无效的。这样会使部件在未到寿命前就发生裂纹等缺陷，导致结构的提前破坏，所以探究材料在变温、高应变速率下的特性尤为重要。目前，国内外常用研究高变温、高应变率的测试多采用高温霍普金森杆。结构多采用高温炉等加热方式，导致测试温度十分高，不适合常规机械工作测试温度，且结构都十分复杂，装卸试件十分繁琐，一次实验成本和时间十分巨大，试件整体受力无法知道试件内部损伤及内部应力应变分布，实验采样困难等一系列问题，所以急需一套精度高及解决上述问题的材料测试装置来获取材料在变温、高应变速率下的动态特性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于数字散斑的变温冲击压痕测试装置，解决了现有技术存在的上述问题。本专利技术同时配备数字散斑等测试技术，对压痕实验过程中，试件各部位的应变进行记录，通过电磁加热方式，研究不同温度下且接近机构的服役温度下材料的率敏感性及其他材料特性，为揭示材料的性能提供了方法。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：基于数字散斑的变温冲击压痕测试装置，包括冲击试验机1、可更换的摆锤头2、电磁吸合机构6、轨道7、入射杆夹持机构13、数字散斑仪器9、加热机构25，摆锤头2通过螺纹连接在摆锤杆3上，摆锤杆3通过固定片5固定在摆锤杆支撑座4上，实验开始前，摆锤杆3被吸合在电磁吸合机构6上；子弹17放置在轨道7中，质量块15、入射套16紧靠在一起且放置在入射杆12外侧，入射杆12放置在入射杆夹持机构13中；放置在试件支撑架11上的圆柱形的试件23外圈套有加热机构25，试件23粘到力传感器24的测量表面，在平台10侧方放置数字散斑仪器9。所述的固定片5通过摆锤杆支撑座4上的螺纹对摆锤杆3进行轴向定位。所述的摆锤头2的大小和质量与子弹17的冲击速度相配合。为了保证入射杆12和子弹16的阻抗匹配，所述的入射杆12、质量块15、入射套16以及子弹17的材料同为高强度合金钢并保证入射杆12、入射套16和子弹17的长度相同，同时为了减少杆系中传播的弥散作用，故减少入射杆12的横截面积，为了保证入射杆12中应力脉冲的完整性，保证入射杆的长度L与撞击杆长度l的比值L/l＞4。所述的入射杆12固定在入射杆夹持机构13中，通过弹簧复位旋钮20调节入射杆夹持机构13中的弹簧，可旋转夹持片19进而装夹不同直径的入射杆12。所述的加热机构25套在试件23的前后两端，内部产生感应电流，对试件23加热。所述的数字散斑仪器9聚焦在试件23被压的实验表面，对试件23实验过程中的应变情况进行实时测量。本专利技术的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术可提供在不同温度条件下的动态冲击压痕装置。同时可提供不同尺寸的摆锤头可以提供不同要求的冲击速度，已到达不同应变率的冲击压痕实验。入射杆夹持装备设计成可根据不同外径入射杆进行调节。加热装置采用可变温的电磁加热，通过通以不同强度的电流达到不同测试温度。数字散斑技术也可为测试过程中，压头压入过程进行应变，避免了以往应变片测量入射杆的应力波等间接测量引起的实验误差过大等问题，综上所述，本专利技术对丰富原位和促进材料力学性能测试技术及装备具有重要的理论意义和良好的应用开发前途。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术的整体外观结构示意图；图2为本专利技术的入射杆夹具示意图；图3为本专利技术的压头试件区放大示意图；图4本专利技术的压头与试件作用示意图；图5本专利技术的散斑测试原理图；图6为专利技术的测控原理图。图中：1、冲击试验机；2、摆锤头；3、摆锤杆；4、摆锤杆支撑座；5、固定片；6、电磁吸合机构；7、轨道；8、三脚架；9、数字散斑仪器；10、平台；11、试件支撑架；12、入射杆；13、入射杆夹持机构；14、基座；15、质量块；16、入射套；17、子弹；18、锁紧螺母；19、夹持片；20、弹簧复位旋钮；21、压头套；22、压头锁紧螺母；23、试件；24、力传感器；25、加热机构；26、压头。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的详细内容及其具体实施方式。参见图1至图6所示，本专利技术采用冲击压痕测试技术，制造出一套能测试材料在变温、高应变速率下的实验仪器。通过摆锤撞击轨道中的子弹，给予子弹一定的初速度，子弹冲击实验主体部分进行压痕实验，过对试件外围的线圈通过高频率的电流对试件产生交流电，进而对试件加热。并结合数字散斑技术，对试件实验中进行平滑处理和应变信息的可视化分析,从而实现快速、高精度、实时、非接触式的三维应变测量。试件尾部的高频力传感器对实验过程中力进行测量。参见图1至图3所示，本专利技术的基于数字散斑的变温冲击压痕测试仪器，包括冲击试验机1、可更换的摆锤头2、电磁吸合机构6、轨道7、入射杆夹持机构13、数字散斑仪器9、加热机构25。根据实验设计研究所需的子弹17冲击速度选择合适的摆锤头2，不同质量的摆锤头2撞击到子弹上17，通过动量定理，给予子弹17不同的初速度，摆锤头2通过螺纹连接在摆锤杆3上，摆锤杆3通过固定片5固定在摆锤杆支撑座4上，实验开始前，摆锤杆3通过电磁吸合机构6的豁口被吸合在固定位置。对电磁吸合机构6施电使摆锤杆3下摆撞击子弹17。固定片5通过摆锤杆支撑座4上的螺纹对摆锤杆3进行轴向定位，保证其能只在固定平面内进行圆周运动。子弹17放置在轨道7中，使得子弹17可以沿着直线运动，质量块15、入射套16紧靠在一起且套在入射杆12外侧，防止压痕实验反射回来的应力波对试件进行二次加载。入射杆12通过入射杆夹持机构13实现固定。在入射杆夹持机构13中，有三枚锁紧螺母18将夹持片19固定在其中，外部有两个弹簧复位旋钮20，通过夹紧弹簧复位旋钮20使得入射杆夹持机构13内部的弹簧压缩，让夹持片19打开不同角度，使得内部空隙进行调节，以应对不同直径的入射杆12进行实验，同时也保证夹具对入射杆的夹紧功能。入射杆夹持机构13通过基座14固定在平台10上。压头26尾部圆柱外部套有压头套21，两者通过过盈配合在一起，压头套21一侧钻有螺纹孔，压头锁紧螺母22旋入将压头固定在压头套21内。同时，压头26和压头套21波阻抗相同，保证应力波不受损失。放置在试件支撑架11上的圆柱形的试件23外圈套有加热机构25，加热机构25内部通以电流，同时将引起试件内部形成涡旋电流，进而加热试件，使试件达到理想温度，试件通过双面胶粘到力传感器24的测量表面；在平台10侧方，放置数字散斑仪器9对实验中的试件23的应变情况进行实时测量。数字散斑仪器9放置在三脚架8上，通过调节三脚架8的高度和视角，将图像调至清晰。试件支撑架11通过基座14固定在平台10上。摆锤头2的大小和质量与子弹17的冲击速度相配合，可选取不同大小和质量的摆锤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数字散斑的变温冲击压痕测试装置，其特征在于：包括冲击试验机（1）、可更换的摆锤头（2）、电磁吸合机构（6）、轨道（7）、入射杆夹持机构（13）、数字散斑仪器（9）、加热机构（25），摆锤头（2）通过螺纹连接在摆锤杆（3）上，摆锤杆（3）通过固定片（5）固定在摆锤杆支撑座（4）上，实验开始前，摆锤杆（3）被吸合在电磁吸合机构（6）上；子弹（17）放置在轨道（7）中，质量块（15）、入射套（16）紧靠在一起且放置在入射杆（12）外侧，入射杆（12）放置在入射杆夹持机构（13）中；放置在试件支撑架（11）上的圆柱形的试件（23）外圈套有加热机构（25），试件（23）粘到力传感器（24）的测量表面，在平台（10）侧方放置数字散斑仪器（9）。

【技术特征摘要】
1.一种基于数字散斑的变温冲击压痕测试装置，其特征在于：包括冲击试验机（1）、可更换的摆锤头（2）、电磁吸合机构（6）、轨道（7）、入射杆夹持机构（13）、数字散斑仪器（9）、加热机构（25），摆锤头（2）通过螺纹连接在摆锤杆（3）上，摆锤杆（3）通过固定片（5）固定在摆锤杆支撑座（4）上，实验开始前，摆锤杆（3）被吸合在电磁吸合机构（6）上；子弹（17）放置在轨道（7）中，质量块（15）、入射套（16）紧靠在一起且放置在入射杆（12）外侧，入射杆（12）放置在入射杆夹持机构（13）中；放置在试件支撑架（11）上的圆柱形的试件（23）外圈套有加热机构（25），试件（23）粘到力传感器（24）的测量表面，在平台（10）侧方放置数字散斑仪器（9）。2.根据权利要求1所述的基于数字散斑的变温冲击压痕测试装置，其特征在于：所述的固...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏伟，徐博文，王吉如，王赵鑫，刘思含，孙一帆，李磊，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22