动态摩擦温度场与变形场同步测量实验系统技术方案

本发明专利技术公开的动态摩擦温度场与变形场同步测量实验系统，属于材料动态摩擦实验设备领域。本发明专利技术包括动态摩擦加载单元、高速红外测温单元、高速变形测量单元、遮光单元、触发与采集单元。本发明专利技术在动态摩擦加载单元的基础上，通过增加高速红外测温单元、高速变形测量单元和触发与采集单元，实现动态摩擦过程中温度场和变形场等物理量的同步测量。通过增加遮光单元，避免高速变形测量单元中闪光灯光信号对高速红外测温单元的干扰，提高温度场测量精度。采用激光刻蚀微孔的方式制作散斑场，防止强冲击过程中散斑场脱落，提高变形场测试精度。采用动态响应快、灵敏度高的PVDF薄膜压力传感器测量正压力变化、摩擦力，能够提高动态摩擦系数的测试精度。数的测试精度。数的测试精度。

【技术实现步骤摘要】
动态摩擦温度场与变形场同步测量实验系统


[0001]本专利技术属于材料动态摩擦实验设备领域，具体涉及一种动态摩擦温度场与变形场同步测量实验系统。

技术介绍

[0002]在地震过程中，断层面会发生瞬时的高速相对滑动，从而在摩擦界面上产生大量热，引起瞬时的温度升高，这被认为是断层弱化的重要机制。岩石的非透明性使得直接观察接触界面无法实现，因此目前的实验研究一般使用间接的手段，即通过断层界面两侧的变形和错动来推断界面的破坏失稳行为。因此，同步观测界面的瞬态温度场和侧面的变形场有助于分析温升对断层失稳滑动过程的影响。在工程领域中，材料受到冲击载荷时，在接触界面上也会产生高速冲击滑动摩擦，使得摩擦副表面产生瞬时高温，影响材料性质，加速零件失效。因此，准确测量动态摩擦界面的瞬时温度场，并同步获得摩擦界面的动态摩擦系数、滑动速度、滑动位移、试样侧面变形场等信息，对于分析摩擦界面的温度分布、力热耦合机理等具有重要的意义。
[0003]高速冲击滑动摩擦过程的持续时间通常在微秒到毫秒量级，并且伴随着很高的正压力和加速度。传统的销盘式、盘盘式摩擦磨损试验机，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.动态摩擦温度场与变形场同步测量实验系统，其特征在于：包括动态摩擦加载单元、高速红外测温单元、高速变形测量单元、遮光单元、触发与采集单元；所述的高速红外测温单元和高速变形测量单元水平布置在动态摩擦加载单元两侧；动态摩擦加载单元主体位于遮光单元内部；高速红外测温单元与高速变形测量单元主体位于遮光单元外部；所述的动态摩擦加载单元，包括摩擦试样子单元、法向加载子单元、剪切加载子单元；所述摩擦试样子单元包括在同一水平面内放置的第一固定样品、活动样品、第二固定样品，活动样品夹在第一固定样品和第二固定样品之间；所述第一固定样品、活动样品、第二固定样品上表面均制作散斑场；所述法向加载子单元用于对摩擦试样子单元施加正压力并测量正压力的大小，包括矩形框、加载螺栓、第一压力传感器、传感器垫块、第二压力传感器、上压板、下压板、圆柱滚子；所述摩擦试样子单元位于上压板与下压板之间，所述圆柱滚子位于矩形框与下压板之间，所述第一压力传感器、传感器垫块、第二压力传感器位于加载螺栓与上压板之间；通过拧紧加载螺栓使上压板向下运动，实现对摩擦试样子单元施加正压力；通过第一压力传感器测量初始施加的正压力，通过第二压力传感器测量冲击过程中正压力的动态变化；所述剪切加载子单元用于对摩擦试样子单元施加冲击滑动加载并测量摩擦力，包括撞击杆、入射杆、第三压力传感器、第四压力传感器；所述撞击杆与入射杆同轴，入射杆端面与活动样品接触；通过撞击杆撞击入射杆，在入射杆中产生压缩应力波，当压缩应力波传导至入射杆与活动样品接触端面时，实现对活动样品冲击加载；所述第三压力传感器与第四压力传感器分别位于上压板与矩形框，下压板与矩形框之间，用于实现摩擦力测量；所述矩形框、下压板、第二固定样品上开有同轴线的通孔，用于高速红外测温单元透过通孔测量接触界面的温度场；所述的高速红外测温单元动态响应快，用于测量接触界面的瞬态温度场；所述的高速变形测量单元用于拍摄试件表面的散斑图像，包括高速相机、光纤闪光灯、平面镜；所述光纤闪光灯头部发光部分面积小，位于遮光单元内部，方便遮光，同时，光纤闪光灯体积小，方便调整打光角度；所述平面镜与水平面呈固定角度，通过改变光的传播方向，实现将高速相机水平布置；所述的遮光单元包括遮光暗箱和遮光圆筒；所述遮光暗箱和遮光圆筒均由不透明硬质材料制作；所述遮光暗箱一侧开有通孔，用于高速红外测温单元拍摄，对侧开有矩形观察窗，用于高速相机拍摄，同时起防护作用；所述遮光圆筒位于矩形框和遮光暗箱内壁之间，遮光圆筒直径需小于矩形框厚度，实现防止闪光灯光信号通过通孔进入遮光暗箱外部；通过将所述光纤闪光灯头完全置于遮光暗箱内，并通过遮光圆筒防止闪光灯信号通过通孔进入高速红外测温单元，实现闪光灯光信号与高速红外测温单元的隔离，避免闪光灯光信号对红外测温的干扰，提高高速红外测温单元温度测量的精度；所述的触发与采集单元包括动态信号测试仪和计算机；所述动态信号测试仪可以以很高的采样频率采集电压信号和应变信号，并能够通过触发输出通道输出触发信号；应变片和各压力传感器通过屏蔽线连接到动态信号测试仪的输入通道；高速相机与高速红外测温单元的触发接口通过信号线连接到动态信号测试仪的触发输出通道；动态信号测试仪、高速相机和高速红外测温单元均通过千兆网线连接到安装有相应控制软件的计算机；所述压缩应力波传导至应变片位置时，动态信号测试仪采集到应变片的下降沿信号，触发动态信
号测试仪开始记录输入通道的信号，将数据通过千兆网线传输到计算机，并同时由触发输出通道输出触发信号到高...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈浩森，崔基旺，朱盛鑫，方岱宁，杨恒，曾庆磊，齐伟，伊凯，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：