【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于压缩蠕变试验领域，具体涉及到一种机械式压缩蠕变试验装置及方法。
技术介绍
1、固体推进剂是固体发动机的主要组成部分，占发动机总重的90％以上，推进剂材料为典型的粘弹性材料，在长期贮存过程中，发动机内部的固体推进剂药柱在自身重力载荷的作用下将发生蠕变变形，准确预测推进剂药柱的蠕变规律关系到发动机贮存策略的制定与寿命的准确预估，对于飞行器的安全可靠使用具有重要意义。目前，对固体发动机药柱长期蠕变特性研究时，整机试验往往试验周期较长、试验成本较高，无法短期快速给出所需试验结果，因此，对于推进剂药柱的蠕变特性研究，通常应用蠕变试验机通过应力-温度蠕变加速的原理，利用短期的试验给出预测推进剂材料长期蠕变状态的方法。
2、目前用于材料蠕变测量的试验机主要有机械式和电子式两种，然而这两类蠕变试验机主要适用于蠕变柔量较小的金属、岩石等硬质材料的蠕变性能测试，对于推进剂这种蠕变柔量较大的软材料的蠕变性能测试则难以胜任。常规的机械式蠕变试验机适用对象多为金属、岩石和硬质复合材料，这类蠕变试验具有蠕变应力大、蠕变变形小、加载控制精度低等特点，推进剂材料相对于金属和岩石等材料具有模量低、蠕变速度快、蠕变变形量大等特点，因此现有机械式蠕变试验机不适用于推进剂蠕变性能的测量；此外，现有机械式蠕变试验机加载一般采用杠杆结构，存在两个问题：一是没有考虑加载过程中由于杠杆倾斜带来的力臂变化对加载力值的影响，对于蠕变变形量较大的试验无法实现恒力加载；二是试验载荷调节通常利用加减砝码实现，因此加载载荷变化为台阶式不连续变化，无法为试验提供可
3、以下列三种压缩蠕变试验机为例。
4、中国专利“cn202110354227.6一种软岩压缩蠕变相似环境模拟试验装置及试验方法”该装置为一种软岩压缩蠕变相似环境模拟试验装置，利用杠杆和轮组传动原理，使用砝码对岩样施加长期的压力，能够用于研究岩体在不同围压不同浸水条件下的蠕变力学特性。然而，该装置仅靠增加或减少砝码来实现分级应力加载，加载力值精度有限且不连续；压头与压杆轴承相对位置固定，随着砝码加载压杆向下旋转，砝码与压头到支点的力臂比值发生改变，加载力值相应发生改变；未考虑压杆、托盘自重问题，试件在试验前已处于受压状态。考虑到固体推进剂所受蠕变应力较小，上述实验装置误差不可忽略，故该压缩蠕变装置不适用于复合推进剂材料。
5、中国专利“cn202010699173.2一种多工位集成环境玻璃钢弯曲蠕变试验装置及试验方法”该装置为一种多工位集成环境玻璃钢弯曲蠕变试验装置，该装置包括杠杆加载装置、控温装置和数据采集装置。横梁一端设置有平衡砝码，横梁另一端设置有加载砝码，可以调节横梁处于水平位置，让试件在试验前所受的力等于零；此外，该装置可以通过调节加载砝码的重量，以及调整压杆在横梁上的位置，从而实现不同试验力下的弯曲蠕变试验。然而，该压缩蠕变试验机对试件仍只能进行分级加载，在保持试验应力恒定或试验加载力恒定方面的改进也存在局限性。
6、中国专利“cn201811178623.2一种可实现自动精确加载的机械式高温蠕变试验机”，该装置为一种可实现自动精确加载的机械式高温蠕变试验机，能在控制系统的控制下实现砝码自动加载和游码精确微调，解决了以往手动加载方式加载缓慢、无法实现循环载荷加载等问题，砝码和游码结合的加载方式可实现连续加载，精度较高。但是该方式在保持试验应力恒定或试验加载力恒定方面仍然存在缺陷，而且庞杂的控制系统导致试验机结构复杂、造价高，长期蠕变测试需消耗较高的电能，经济效益较低。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种可实现精准加载力或保证试件应力恒定的机械式压缩蠕变试验装置及方法。
2、本专利技术提供一种机械式压缩蠕变试验装置，包括支架、转轴调节组件、扇形臂、施力压杆和砝码安装盘；
3、所述转轴调节组件包括设置在支架上的导轨组件、设置在导轨组件上的转轴以及驱动转轴沿导轨组件直线移动的调节驱动件；
4、所述扇形臂的圆心端铰接设置在所述转轴上，所述扇形臂的弧形边上垂向设置有连接绳，连接绳另一端与所述砝码安装盘连接；
5、所述施力压杆滑动设置在支架上，且施力压杆的滑动方向为铅垂方向，所述扇形臂下沿滑动抵接于所述施力压杆上端，所述施力压杆下端作用于试件。
6、更进一步地，所述施力压杆上端设置有滚轮，所述滚轮与所述扇形臂下沿滚动配合。
7、更进一步地，所述扇形臂下沿设置有导向槽，所述滚轮滚动设置在所述导向槽内。
8、更进一步地，所述扇形臂的弧形边上设置有线槽，所述连接绳设置在所述线槽内。
9、更进一步地，所述导轨组件包括两个平行设置的导轨、滑动设置在两个导轨上的滑块，所述转轴转动或固定设置在两个滑块上，所述调节驱动件包括转动设置在支架上的丝杆以及与丝杆配合的螺母，所述螺母与转轴连接。
10、更进一步地，所述支架包括相对设置的顶板和底板，所述顶板和底板通过若干个导向柱相互连接，所述转轴调节组件和扇形臂设置在顶板上，所述施力压杆垂向穿设在顶板上，所述顶板和底板之间形成试件容纳空间。
11、更进一步地，所述支架还包括侧板，所述侧板将试件容纳空间围合形成箱体空间，还包括设置在箱体空间内的温度调节组件。
12、更进一步地，所述扇形臂背离砝码安装盘一端还设置有平衡杆，所述平衡杆上滑动设置有平衡砝码。
13、更进一步地，所述施力压杆上设置有检测试件压缩量的位移传感器，还包括检测试件压力的压力传感器。
14、本专利技术还提供一种试件恒应力机械式压缩蠕变试验方法，使用机械式压缩蠕变试验装置，包括如下步骤：
15、s1、调整支架，将试验装置调平；
16、s2、调整平衡杠上平衡砝码位置，使得扇形臂自重被平衡，作用在施力压杆上的压力为零；
17、s3、依据施加在试件上的应力需求，预估需要在砝码安装盘上加装的砝码重量，通过转轴调节组件精确调节转轴至施力压杆的距离，得到施力压杆所需加载力；
18、转轴至施力压杆之间距离调节模型为：
19、
20、式中l为转轴到施力压杆触点之间的距离，g为砝码与砝码安装盘的重量，l0为连接绳与扇形臂切点至转轴轴心的距离，f为施加在施力压杆上的加载力，f由下式确定：
21、f＝σ试a
22、σ试为压缩试件的蠕变应力，a为试件的截面面积。
23、s4、将试件安装至支架上，使施力压杆的下端抵接所述试件；
24、s5、位移传感器持续检测施力压杆的竖向位移量，并根据恒应力转轴调节模型调节转轴的位置，改变加载力值，保证试件应力的恒定；
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【技术保护点】
1.一种机械式压缩蠕变试验装置，其特征是，包括支架(1)、转轴调节组件(2)、扇形臂(3)、施力压杆(4)和砝码安装盘(5)；
2.如权利要求1所述的机械式压缩蠕变试验装置，其特征是，所述施力压杆(4)上端设置有滚轮(401)，所述滚轮(401)与所述扇形臂(3)下沿滚动配合。
3.如权利要求2所述的机械式压缩蠕变试验装置，其特征是，所述扇形臂(3)下沿设置有导向槽(301)，所述滚轮(401)滚动设置在所述导向槽(301)内。
4.如权利要求1所述的机械式压缩蠕变试验装置，其特征是，所述扇形臂(3)的弧形边上设置有线槽(302)，所述连接绳(6)设置在所述线槽(302)内。
5.如权利要求1所述的机械式压缩蠕变试验装置，其特征是，所述导轨组件(201)包括两个平行设置的导轨(2011)、滑动设置在两个导轨上的滑块(2012)，所述转轴(202)转动或固定设置在两个滑块(2012)上，所述调节驱动件(203)包括转动设置在支架(1)上的丝杆(2031)以及与丝杆(2031)配合的螺母(2032)，所述螺母(2032)与转轴(202)
6.如权利要求1所述的机械式压缩蠕变试验装置，其特征是，所述支架(1)包括相对设置的顶板(101)和底板(102)，所述顶板(101)和底板(102)通过若干个导向柱(103)相互连接，所述转轴调节组件(2)和扇形臂(3)设置在顶板(101)上，所述施力压杆(4)垂向穿设在顶板(101)上，所述顶板(101)和底板(102)之间形成试件容纳空间(104)。
7.如权利要求6所述的机械式压缩蠕变试验装置，其特征是，所述支架(1)还包括侧板，所述侧板将试件容纳空间(104)围合形成箱体空间，还包括设置在箱体空间内的温度调节组件。
8.如权利要求1-7任一项所述的机械式压缩蠕变试验装置，其特征是，所述扇形臂(3)背离砝码安装盘(5)一端还设置有平衡杆(7)，所述平衡杆(7)上滑动设置有平衡砝码(8)。
9.如权利要求8所述的机械式压缩蠕变试验装置，其特征是，所述施力压杆(4)上设置有检测试件压力压力传感器(9)，还包括检测试件(12)压缩量的位移传感器(10)。
10.一种试件恒应力机械式压缩蠕变试验方法，其特征是，使用如权利要求9所述的机械式压缩蠕变试验装置，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种机械式压缩蠕变试验装置，其特征是，包括支架(1)、转轴调节组件(2)、扇形臂(3)、施力压杆(4)和砝码安装盘(5)；
2.如权利要求1所述的机械式压缩蠕变试验装置，其特征是，所述施力压杆(4)上端设置有滚轮(401)，所述滚轮(401)与所述扇形臂(3)下沿滚动配合。
3.如权利要求2所述的机械式压缩蠕变试验装置，其特征是，所述扇形臂(3)下沿设置有导向槽(301)，所述滚轮(401)滚动设置在所述导向槽(301)内。
4.如权利要求1所述的机械式压缩蠕变试验装置，其特征是，所述扇形臂(3)的弧形边上设置有线槽(302)，所述连接绳(6)设置在所述线槽(302)内。
5.如权利要求1所述的机械式压缩蠕变试验装置，其特征是，所述导轨组件(201)包括两个平行设置的导轨(2011)、滑动设置在两个导轨上的滑块(2012)，所述转轴(202)转动或固定设置在两个滑块(2012)上，所述调节驱动件(203)包括转动设置在支架(1)上的丝杆(2031)以及与丝杆(2031)配合的螺母(2032)，所述螺母(2032)与转轴(202)连接。
6.如权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：樊自建，张宇轩，申志彬，陈家兴，侯晨光，赵猛，李奕飞，彭湃，周坤林，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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