一种高频低温疲劳试验装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种高频低温疲劳试验装置与方法，涉及疲劳试验技术领域，包括环境温度箱

【技术实现步骤摘要】
一种高频低温疲劳试验装置与方法


[0001]本专利技术涉及疲劳试验
，尤其涉及一种高频低温疲劳试验装置与方法
。

技术介绍

[0002]疲劳试验，是测定工程材料或元件疲劳寿命
、
强度等疲劳性能的重要途径
。
考虑疲劳性能的温度相关性，就需要完成低温疲劳试验实现疲劳性能测试
。
要获得评估工程材料或元件低温疲劳性能的数据，需要考虑如下科学问题：
[0003]一
、
金属等材料疲劳生热，导致环境温度与试样温度的概念不一致
[0004]工程材料，如金属，在疲劳交变载荷作用下，因微观组织结构如晶粒等发生变形
、
位错和摩擦并转化为热，与加载频率与大小紧密相关，因而形成了环境温度与试样温度两个概念，试样温度是唯一的定量描述，而环境温度仅有参考意义
。
[0005]二
、
低温制冷与温控技术，有待深入研究与发展
[0006]经过
MTS
公司等资深试验装备开发制造商的努力，摄氏数百度甚至上千度高温及控制技术，如电阻制热
+
传感测量
+
温度控制技术，已趋于成熟
。
但制冷及温控技术，如干冰制冷
、
空压机制冷
、
液氮制冷等，如何科学应用于疲劳性能测试，还有待深入研究与开发：
[0007](1)
干冰制冷：干冰形成时机在
‑
70℃
余度，温度范围较窄，难有调节裕度；能低成本较广泛应用于密闭环境的食品冷藏保鲜等领域
。
[0008](2)
空压制冷：较易实现
‑
70
至
‑
70℃
范围，较准确实现温控，控制质量与制造商的能力相关，成本较为平和，具有较广阔应用空间
。
[0009](3)
液氮制冷
:
液氮
(LN2)
在近
‑
200℃
时形成，有继续深冷空间，温控调节较快，精度较高
。
但液氮制备成本高，在不易密闭条件下应用成本更为高昂，难以承受广泛应用
。
[0010]三
、
疲劳试验的基本特点，其低温疲劳试验技术有待深入研究
[0011](1)
疲劳试验，时间一般较长，试样生热与环境温度交织
[0012]疲劳试验，通常划分为低周应变幅疲劳试验
、
高周应力幅疲劳试验和超高周甚高频
/
超声共振疲劳试验三类：低周应变幅疲劳试验，一般应用于压力容器类承压材料与元件的疲劳性能试验，寿命一般小于
105cycles
范围，因加载水平较高，试样及材料在每个疲劳加载循环下的变形都较大，试验中会出现较高生热
。
高周应力幅疲劳试验，加载频率与生产中的装备元件受载频率比较接近，测试寿命最大值常规
≤107cycles
范围，试验时间持续较长，试样生热也较大
。
超高周甚高频
/
超声共振疲劳试验，利用甚高频液压阀使试验加载频率达到上千甚至上万赫兹，或应用电激共振现象使试验系统
‑
试样处于共振受力状态，加载频率很高，伴随试验生热很高，常应用于航空发动机尾喷材料等高温疲劳性能测试，难应用于低温疲劳测试范畴
。
[0013](2)
疲劳动载使环境温度箱很难密闭
[0014]疲劳试验，将试样固接或支撑在刚度足够好的夹具或辅助支撑上，试验系统通常启动类似液压
‑
伺服
‑
管路
‑
作动器等动力源或共振载荷，向试样施加动态载荷，振动使加载元件与环境温度箱界面难以避免间隙，导致制冷剂泄漏，加上疲劳时间较长，致使低温疲劳
试验成本太高，难以实施和应用
。
[0015](3)
环境温度箱内的温度快速稳定，是确保试验数据可靠的基础
[0016]疲劳试验时，试样自身一边疲劳生热，同时在传感
‑
温控器
‑
制冷介质的共同管理下，向环境温度箱提供目标温度介质，所提供的介质温度并不是材料温度
。
因此，在低成本制冷介质生产技术基础上，解决环境箱密封并力促制冷介质在环境温度箱内快速混匀并稳定，确保试样实验中稳定的目标温度，是低温疲劳测试技术的关键
。
[0017]现有专利申请号为
CN201910193371.9
的中国专利公开了一种低温高频疲劳试验系统，其采用水冷介质，试验结束时，即便试验系统采用耐锈蚀性材料制造，试验系统恐怕会有限，如是金属材料，在疲劳变形位错
、
内部生热的同时遇水环境恐怕难免锈蚀而影响试验数据的有效性
。
[0018]另有专利申请号为
CN202010300870.6
的中国专利公开了一种适用于高低温环境下的复合材料层合板
II
型疲劳分层试验装置，其把注意力放到如何实现
II
级加载及环境箱设计上
。
[0019]此外，专利申请号为
CN202210741167.8
的中国专利公开了一种极端低温环境的原位三维成像疲劳试验机及试验方法，该现有专利将注意力放在深冷环境的原位观测领域
。
[0020]而授权公告号为
CN216899588U
中国专利公开了一种轨道交通高低温疲劳综合测试试验台，采用箱内设风扇加速冷却介质流动混匀，提出增加压力传感器，建立试验保护系统，如无法解决疲劳振动引起的环境温度箱可能泄漏问题，实施的成本恐怕会很高
。
[0021]由此可见，现有技术存在以下问题：其一，未能区别环境温度与试样温度的概念，导致试验结果可靠性存疑；其二，无法较好解决环境温度箱的泄漏问题，造成试验成本过高；再者，无法有效
、
快速混匀箱内介质
。

技术实现思路

[0022]本专利技术提供一种高频低温疲劳试验装置与方法，将试样设置在环境温度箱内，并利用柔性密封件密封环境温度箱的两个通孔，配合制冷介质供应系统及高频疲劳加力试验系统，测试试样的低温疲劳性能，灵活控制试样温度，避免环境温度箱泄漏，并实现环境温度箱内制冷介质的快速混匀，提高试验结果的可靠性，并降低试验成本
。
[0023]本专利技术一方面提供一种高频低温疲劳试验装置，包括环境温度箱
、
高频疲劳加力试验系统及制冷介质供应系统，所述环境温度箱的相对两侧均开设有通孔；所述制冷介质供应系统与所述环境温度箱相连，用于为所述环境温度箱供应制冷介质；所述高频疲劳加力试验系统包括位于高频疲劳试验机上的上加力头和下承力头，以及
[0024]上转接头，穿设于其中一所述通孔中，并与所述上加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高频低温疲劳试验装置，包括环境温度箱
、
高频疲劳加力试验系统及制冷介质供应系统，其特征在于，所述环境温度箱的相对两侧均开设有通孔；所述制冷介质供应系统与所述环境温度箱相连，用于为所述环境温度箱供应制冷介质；所述高频疲劳加力试验系统包括位于高频疲劳试验机上的上加力头和下承力头，以及上转接头，穿设于其中一所述通孔中，并与所述上加力头固定连接；下转接头，穿设于另一所述通孔中，并与所述下承力头固定连接；其中，所述上转接头与所述下转接头之间预留有用于固定试样的空间；所述上转接头和所述下转接头与对应通孔之间均设置有柔性密封件，且所述上转接头和所述下转接头与对应的柔性密封件之间均采用过盈配合的安装方式
。2.
根据权利要求1所述的一种高频低温疲劳试验装置，其特征在于，所述环境温度箱至少包括：外层保护板；反光隔热板，设置于所述环境温度箱的内层；以及保温层，设置于所述外层保护板与所述反光隔热板之间
。3.
根据权利要求1或2所述的一种高频低温疲劳试验装置，其特征在于，所述环境温度箱在其两侧通孔位置均设置有缺口，所述缺口内滑移设置有滑板；当所述滑板滑移并完全收缩到对应缺口中时，所述滑板与对应缺口的内壁共同围成对应一侧的通孔
。4.
根据权利要求1或2所述的一种高频低温疲劳试验装置，其特征在于，所述环境温度箱一侧还活动设置有箱体门，所述箱体门的底部设置有弹性支撑组件
。5.
根据权利要求1所述的一种高频低温疲劳试验装置，其特征在于，所述柔性密封件采用柔性耐腐阻燃橡胶制成；所述柔性密封件呈圆台型结构，且其内部开设有用于穿设上转接头或下转接头的穿接孔，所述穿接孔为圆孔或正多边形孔
。6.
根据权利要求1所述的一种高频低温疲劳试验装置，其特征在于，所述制冷介质供应系统包括：制冷机；压力流量器，与所述制冷机相连；供应总管，一端与所述压力流量器相连，另一端连通所述环境温度箱；回流支管，与所述环境温度箱相连；以及回流总管，一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁源，赵永翔，王洪昆，边志宏，李福，王强，杨巨平，李杉，王蒙，丁颖，王萌，焦杨，徐建喜，马瑞峰，
申请(专利权)人：国能铁路装备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：