高温复杂机械载荷下材料力学性能原位测试仪器与方法技术

本发明专利技术涉及一种高温复杂机械载荷下材料力学性能原位测试仪器与方法，属于精密科学仪器领域。该仪器的支撑框架模块用于实现对仪器各功能模块的稳定支撑与有效隔振；高频疲劳加载模块用于实现对被测试样的高频疲劳加载；静动态机械载荷加载模块用于实现对被测试样的静动态拉伸/压缩/弯曲载荷的组合加载；高/低温加载模块用于实现对被测试样由低温到高温的变温环境加载；原位监测模块可根据实际测试需要集成表面变形损伤测量组件、三维应变测量组件、微观组织结构测量组件以及内部损伤探测组件，进而实现对被测试样微观力学行为、变形损伤模式与性能演化规律的并行精准原位测量。具有载荷环境复杂、测试内容丰富、测量精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
高温复杂机械载荷下材料力学性能原位测试仪器与方法
本专利技术涉及精密科学仪器领域，特别涉及一种高温复杂机械载荷下材料力学性能原位测试仪器与方法。
技术介绍
随着科学技术的不断发展，航空航天、汽车制造和核工业等众多关键领域对高温、重载、高频载荷作用下材料力学性能保障能力的要求显著提高，先进的力学测试装置和力学测试技术已成为检验材料性能、开展工艺优化的关键。面向上述众多关键领域的材料测试需求，开展高温复杂机械载荷下材料力学性能原位测试，是评估其服役条件下的力学性能及服役安全性的保障。面向上述重大需求，国内外陆续开展了相关测试技术及测试装置的研发。针对高温环境构建，德国、美国等学者相继研究了空气、惰性气体等氛围加热方法及辐照加热、环境仓加热技术，国外一些公司推出了高温加载装置；针对疲劳测试方面，日本、美国、中国相关学者提出了高温疲劳测试技术、力热耦合高频疲劳测试技术，国内外均研发出了高温疲劳测试装置；针对复合载荷加载测试，欧洲、日本、葡萄牙相继提出了拉伸预载荷下的疲劳试验技术、拉伸—扭转与力热耦合下镍基合金疲劳失效测试技术、拉伸—弯曲多轴疲劳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温复杂机械载荷下材料力学性能原位测试仪器，其特征在于：包括支撑框架模块（1）、高频疲劳加载模块（2）、静动态机械载荷加载模块（3）、高/低温加载模块（4）、原位监测模块（5），其中支撑框架模块（1）通过隔振弹簧（10503）隔绝振动，并通过地脚螺钉（10504）与地面固定，高频疲劳加载模块（2）通过电机支撑座（222）与支撑框架模块（1）中的支撑板（102）刚性连接，通过滑块组件Ⅰ（219）与支撑框架模块（1）的导轨组件Ⅰ（104）配合，通过连接法兰（214）与高温加载子模块（401）的焊接波纹管Ⅰ（40101）刚性连接，实现对被测试样（30108）的高频疲劳加载，或者施加静态弯曲预...

【技术特征摘要】
1.一种高温复杂机械载荷下材料力学性能原位测试仪器，其特征在于：包括支撑框架模块（1）、高频疲劳加载模块（2）、静动态机械载荷加载模块（3）、高/低温加载模块（4）、原位监测模块（5），其中支撑框架模块（1）通过隔振弹簧（10503）隔绝振动，并通过地脚螺钉（10504）与地面固定，高频疲劳加载模块（2）通过电机支撑座（222）与支撑框架模块（1）中的支撑板（102）刚性连接，通过滑块组件Ⅰ（219）与支撑框架模块（1）的导轨组件Ⅰ（104）配合，通过连接法兰（214）与高温加载子模块（401）的焊接波纹管Ⅰ（40101）刚性连接，实现对被测试样（30108）的高频疲劳加载，或者施加静态弯曲预载荷；静动态机械载荷加载模块（3）分别通过液压缸固定板（30202）、中间连接板（30303）与支撑框架模块（1）的安装平台（105）刚性连接，并分别通过高温连杆Ⅰ、高温连杆Ⅱ、高温连杆Ⅲ的法兰与高温加载子模块（401）的焊接波纹管Ⅱ（40108）、焊接波纹管Ⅳ（40115）、焊接波纹管Ⅲ（40114）刚性连接，实现对被测试样（30108）的静动态拉伸/压缩/弯曲载荷的组合加载；高/低温加载模块（4）的高温加载子模块（401）通过“L”型导轨座（40105）与安装平台（105）刚性连接，高/低温加载模块（4）的低温加载子模块（402）通过滑块组件Ⅲ（40209）与旋转推车（403）的导轨组件Ⅲ（40305）配合，高温加载子模块（401）和低温加载子模块（402）相互切换使用，用于实现对被测试样（30108）由低温到高温的变温环境加载；原位监测模块（5）设置在高温加载子模块（401）的前方及后方，并整体固定在安装平台（105）上，实现对被测试样（30108）微观组织结构演变和疲劳失效模式的动态原位监测。


2.根据权利要求1所述的高温复杂机械载荷下材料力学性能原位测试仪器，其特征在于：所述的支撑框架模块（1）整体采用四立柱式结构，实现对高频疲劳加载模块（2）、静动态机械载荷加载模块（3）、高低温加载模块（4）、原位监测模块（5）的牢固支撑；所述支撑框架模块（1）的具体结构是：安装台面（10502）上表面加工有相互垂直的“T”型槽，安装台面（10502）下表面加工有相互垂直的加强肋，安装台面（10502）中间加工有凹槽，用于静动态弯曲加载子模块（303）的安装定位。


3.根据权利要求1所述的高温复杂机械载荷下材料力学性能原位测试仪器，其特征在于：所述的高频疲劳加载模块（2）竖直布置于仪器的上方，通过电机支撑座（222）与支撑框架模块（1）的支撑板（102）刚性连接，实现高频疲劳加载模块（2）的安装定位；通过滑块组件Ⅰ（219）与支撑框架模块（1）的导轨组件Ⅰ（104）配合，实现高频疲劳加载模块（2）加载方向上的精密导向并消除试验过程中产生的侧向力影响；通过连接法兰（214）与高温加载子模块（401）的焊接波纹管Ⅰ（40101）刚性连接，实现与高温加载子模块（401）的密封；高频加载模块（2）由伺服电机（201）驱动，通过减速器（223）、联轴器（202）、丝杠（221）的传递，最终将动力传递至超声弯曲压头（212），实现对被测试样（30108）的静态弯曲预加载；高频疲劳加载模块（2）由超声换能器（208）驱动，振幅经超声连接器Ⅰ（210）、超声连接器Ⅱ（211）、超声探头（213）的逐级放大，最终传递至超声弯曲压头（212），实现对被测试样（30108）的高频疲劳加载。


4.根据权利要求1所述的高温复杂机械载荷下材料力学性能原位测试仪器，其特征在于：所述的静动态机械载荷加载模块（3）设置在安装平台（105）上，包括高温连杆组件（301）、静动态拉伸/压缩加载子模块（302）、静动态弯曲加载子模块（303），其中高温连杆组件（301）保证静动态机械载荷加载模块（3）能在高温环境下正常使用；静动态拉伸/压缩加载子模块（302）水平布置，液压缸组件Ⅰ（30201）与液压缸组件Ⅱ（30205）结构完全相同，且相对于被测试样（30108）对称布置，试验时液压缸组件Ⅰ（30201）与液压缸组件Ⅱ（30205）可单独动作，对被测试样（30108）单端进行静动态拉伸/压缩载荷加载，也可同步动作，对被测试样（30108）双端同步进行静动态拉伸/压缩载荷加载，保证被测试样（30108）标距段中心在加载过程中不发生偏移；静动态弯曲加载子模块（303）竖直布置与仪器的下方，通过中间连接板（30303）与安装平台（105）下表面刚性连接，可单独动作，实现对被测试样（30108）的静动态弯曲载荷加载，也可与静动态拉伸/压缩加载子模块（302）的液压缸组件Ⅰ（30201）、液压缸组件Ⅱ（30205）协同动作，实现对被测试样（30108）的双端同步静动态拉伸/压缩载荷—弯曲载荷复合加载，保证被测试样（30108）标距段中心在复合载荷加载过程中不发生偏移。


5.根据权利要求1所述的高温复杂机械载荷下材料力学性能原位测试仪器，其特征在于：所述的高/低温加载模块（4）包括高温加载子模块（401）、低温加载子模块（402）、旋转推车（403），高温加载子模块（401）通过“L”型导轨座（40105）与支撑框架模块（1）的安装平台（105）刚性连接，低温加载子模块（402）通过滑块组件Ⅲ（40209）与旋转推车（403）的导轨组件Ⅲ（40305）配合；旋转推车（403）通过四个滚轮（40302）移动，通过四个调节螺钉（40303）调节导轨组件Ⅲ（40305）的高度与水平度；高温加载子模块（401）与低温加载子模块（402）通过旋转推车（403）相互切换使用。


6.根据权利要求1所述的高温复杂机械载荷下材料力学性能原位测试仪器，其特征在于：所述的原位监测模块（5）包括三自由度运动平台（501）、表面变形损伤测量组件（502）、微观组织结构测量组件（503）、内部损伤探测组件（504）、三维应变测量组件（505），其中内部损伤探测组件（504）、三维应变测量组件（505）设置在高温加载子模块（401）的前方，分别实现对被测试样（30108）标距段全局的温度信息、内部损伤信息、三维应变信息的动态监测；表面变形损伤测量组件（502...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏伟，赵久成，张世忠，徐利霞，万杰，靖旭，赵大庆，赵甄章，周立明，方宇明，牟禹安，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22