【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料测试领域，尤其涉及一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试装置及方法。该装置可以模拟精确的湿度环境并且实现在变温情况下进行力学加载测试，通过x射线成像设备，可建立材料在温度和精确湿度耦合下力学行为变化与力学载荷之间的关联，为建立精确的材料力学行为的演化模型提供一种可靠的手段。
技术介绍
1、一般来说，许多复合材料的主要组分包括基体、氧化剂、粘合剂、增塑剂、金属颗粒、固化剂等等，在各个领域中均有所应用。但在贮存时往往由于静动态力学载荷、环境温度以及空气湿度的不断变化，使内部粘合剂、固化剂等组分受损失效，造成其性能发生未知的变化，导致在使用过程中出现不可控的意外，对操作人员的生命安全和各类仪器设施造成巨大破坏。
2、常规的材料测试试验多为力热耦合或湿热耦合试验，且往往是通过湿度传感器对湿度进行控制，存在一定的距离误差，同时将力热湿三者耦合的试验机技术鲜有报道。因而如果能够尽可能的模拟出各类复合材料贮存的真实环境，观察到其力学行为发生的变化，得到其损伤失效的原因，并预测其贮存寿命以及将易失效的组分替换成更合理的材料，则可以大大降低潜在发风险，延长复合材料的寿命，对于保障生命财产安全有极大的价值。
3、为了研究材料在力热湿耦合作用下内部力学行为，并对湿度进行精确的控制，突破现有技术的局限性，迫切的需要一种能够进行力热湿耦合且对湿度进行精确控制的试验装置。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试装置及方法，以解决现有技术兼容
2、本专利技术采取的技术方案是：一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试装置，包括低温氮气加热器、力学加载组件、氛围腔、x射线成像组件、高、低温氮气通断组件、气体控制组件和架体，其中低温氮气加热器、两个力学加载组件、氛围腔、x射线成像组件、高、低温氮气通断组件和气体控制组件均固定在架体的台面上，两个力学加载组件分别位于氛围腔的两侧，x射线成像组件位于氛围腔的两侧、且与两个力学加载组件连线垂直，低温氮气加热器通过管路与高、低温氮气通断组件的入口连接，高、低温氮气通断组件的低温氮气出口通过管路与氛围腔的低温氮气进气口连接，高、低温氮气通断组件的高温氮气出口通过管路与气体控制组件的高温氮气入口连接，气体控制组件的混合高温气体管道出口通过管路与氛围腔的混合高温气体进气口连接。
3、所述的低温氮气加热器包括低温氮气出气口、沉积物出口、高、低温氮气出气口，其中低温氮气出气口和高、低温氮气出气口分别位于加热器本体的两端，沉积物出口位于加热器本体的下方。
4、所述的力学加载组件包括精密调整台、阶梯板状连接件、板状连接件、下柱状夹具、上柱状夹具、导轨、滑块、直线电机动子、直线电机磁路、滑台底板、滑台安装转接板和导轨滑块，其中精密调整台安装在架体上，滑台安装转接板通过螺栓与精密调整台相连，滑台底板通过螺栓与滑台安装转接板连接；直线电机磁路固定在滑台底板上，直线电机动子与直线电机磁路相吸附，导轨安装通过螺栓安装在滑台底板上，导轨滑块在导轨上滑动；滑块安装在直线电机动子上并且两侧与导轨滑块固定；阶梯板状连接件通过螺栓固定在滑块上表面，板状连接件通过螺栓扣合在阶梯板状连接件之上；下柱状夹具被夹持在阶梯板状连接件和板状连接件之间，上柱状夹具通过螺钉与下柱状连接件相扣合。
5、所述精密调整台包括俯仰调整台、x方向调整台、y方向调整台，其中俯仰调整台安装在x方向调整台上方，x方向调整台下方与y方向调整台连接。
6、所述氛围腔包括下腔体、上腔体、常温氮气进口、低温氮气进气口、混合高温气体进气口、常温氮气导向夹扣、腔体安装架、气体出口、中心圆柱和小圆柱，其中腔体安装架固定在架体台面上，上腔体与下腔体相扣合并通过螺栓连接，下腔体和上腔体形成中心圆柱和小圆柱，上腔体设置有常温氮气进口、低温氮气进口和混合高温氮气进口，下腔体底部有气体出口，同侧上、下的两个常温氮气导向夹扣分别位于上腔体与下腔体的连接处、且通过螺栓螺母连接固定，其中常温氮气导向夹扣小口径一侧紧贴在小圆柱端面上、大口径一侧紧贴中心圆柱外表面，均通过金属胶连接密封。
7、所述x射线成像组件包括x射线探测器、探测器安装支架、x光源、光源安装转接板和光源安装支架，探测器安装支架固定于架体台面上，x探测器固定于探测器安装支架上，并距离x光源一定距离，x光源安装支架固定于架体台面上，x光源通过光源安装转接板固定于光源安装支架上。
8、所述高、低温氮气通断组件包括高温氮气出口、低温氮气出口、伺服电机、上盒盖、高、低温氮气入口软管、下盒盖、顶针、滚子轴承和气体通断柱体，其中下盒盖固定于架体台面上，上盒盖与下盒盖相扣合，下盒盖上有气体通道和圆槽，该气体通道分别与高温氮气出口、低温氮气出口连接，两个顶针通过螺钉安装在下盒盖的与高温氮气出口、低温氮气出口连接的气体通道中，滚子轴承通过热胀冷缩的方式装在圆槽中，气体通断柱体插接滚子轴承中，气体通断柱体的出气体管路位于下盒盖的气体通道中、且两个出气管路中一个前端与一个顶针碰撞时，另一个出气管路则与另一个顶针不碰撞，气体通断柱体的进气口与高、低温氮气入口软管连接，伺服电机通过螺栓与上盒盖相连接，并且输出轴插入气体通断柱体顶部的销孔中。
9、所述气体控制组件包括混合高温气体管道出口、管道安装板、水蒸气入口、高温氮气入口和高温管道，其中管道安装板通过螺栓固定在架体台面上，高温气体管道通过轧带与管道安装板连接，高温气体管道预留混合高温气体管道出口、水蒸气入口、高温氮气入口。
10、一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试方法，利用上述的一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试装置，包括下列步骤：
11、步骤一、柱状试样的安装
12、将上柱状夹具拆卸下来，将试样一端扣在下柱状夹具中，将上柱状夹具固定在下柱状夹具上，通过螺钉连接，即可将试样夹紧；
13、步骤二、气体氛围的构建
14、将常温氮气通入到氛围腔中，排除空气，再将低温氮气通入低温气体加热器中，得到的高温氮气通过管道流入高、低温氮气通断组件，通过伺服电机的转动，带动气体通断柱体左右旋转，通过顶针的碰撞，单独打开高温氮气出口或低温氮气口，两个气口互锁，首先控制伺服电机转动打开高温氮气出口流入气体控制组件，最后通过氛围腔体顶部的混合高温气体进气口流入腔体中，即可排尽腔体内部不可测的水蒸气；再根据实际需求，调整高温氮气温度和气体控制组件处水蒸气的通入量，构造可计算的气体湿度环境，在后续加载试验中，常温氮气通过常温氮气进口一直保持通入；
15、步骤三、柱状试样的静动态加载
16、所选择的直线电机动子可以进行静动态混合加载本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试装置，其特征在于：包括低温氮气加热器、力学加载组件、氛围腔、X射线成像组件、高、低温氮气通断组件、气体控制组件和架体，其中低温氮气加热器、两个力学加载组件、氛围腔、X射线成像组件、高、低温氮气通断组件和气体控制组件均固定在架体的台面上，两个力学加载组件分别位于氛围腔的两侧，X射线成像组件位于氛围腔的两侧、且与两个力学加载组件连线垂直，低温氮气加热器通过管路与高、低温氮气通断组件的入口连接，高、低温氮气通断组件的低温氮气出口通过管路与氛围腔的低温氮气进气口连接，高、低温氮气通断组件的高温氮气出口通过管路与气体控制组件的高温氮气入口连接，气体控制组件的混合高温气体管道出口通过管路与氛围腔的混合高温气体进气口连接。
2.根据权利要求1所述的一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试装置，其特征在于：所述的低温氮气加热器包括低温氮气出气口、沉积物出口、高、低温氮气出气口，其中低温氮气出气口和高、低温氮气出气口分别位于加热器本体的两端，沉积物出口位于加热器本体的下方。
3.根据权利要求1所述的一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试装置
4.根据权利要求3所述的一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试装置，其特征在于：所述精密调整台包括俯仰调整台、x方向调整台、y方向调整台，其中俯仰调整台安装在x方向调整台上方，x方向调整台下方与y方向调整台连接。
5.根据权利要求1所述的一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试装置，其特征在于：所述氛围腔包括下腔体、上腔体、常温氮气进口、低温氮气进气口、混合高温气体进气口、常温氮气导向夹扣、腔体安装架、气体出口、中心圆柱和小圆柱，其中腔体安装架固定在架体台面上，上腔体与下腔体相扣合并通过螺栓连接，下腔体和上腔体形成中心圆柱和小圆柱，上腔体设置有常温氮气进口、低温氮气进口和混合高温氮气进口，下腔体底部有气体出口，同侧上、下的两个常温氮气导向夹扣分别位于上腔体与下腔体的连接处、且通过螺栓螺母连接固定，其中常温氮气导向夹扣小口径一侧紧贴在小圆柱端面上、大口径一侧紧贴中心圆柱外表面，均通过金属胶连接密封。
6.根据权利要求1所述的一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试装置，其特征在于：所述X射线成像组件包括X射线探测器、探测器安装支架、X光源、光源安装转接板和光源安装支架，探测器安装支架固定于架体台面上，X探测器固定于探测器安装支架上，并距离X光源一定距离，X光源安装支架固定于架体台面上，X光源通过光源安装转接板固定于光源安装支架上。
7.根据权利要求1所述的一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试装置，其特征在于：所述高、低温氮气通断组件包括高温氮气出口、低温氮气出口、伺服电机、上盒盖、高、低温氮气入口软管、下盒盖、顶针、滚子轴承和气体通断柱体，其中下盒盖固定于架体台面上，上盒盖与下盒盖相扣合，下盒盖上有气体通道和圆槽，该气体通道分别与高温氮气出口、低温氮气出口连接，两个顶针通过螺钉安装在下盒盖的与高温氮气出口、低温氮气出口连接的气体通道中，滚子轴承通过热胀冷缩的方式装在圆槽中，气体通断柱体插接滚子轴承中，气体通断柱体的出气体管路位于下盒盖的气体通道中、且两个出气管路中一个前端与一个顶针碰撞时，另一个出气管路则与另一个顶针不碰撞，气体通断柱体的进气口与高、低温氮气入口软管连接，伺服电机通过螺栓与上盒盖相连接，并且输出轴插入气体通断柱体顶部的销孔中。
8.根据权利要求1所述的一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试装置，其特征在于：所述气体控制组件包括混合高温气体管道出口、管道安装板、水蒸气入口、高温氮气入口和高温管道，其中管道安装板通过螺栓固定在架体台面上，高温气体管道通过轧带与管道安装板连接，高温气体管道预留混合高温气体管道出口、水蒸气入口、高温氮气入口。
9.采用如权利要求1～8任一项所述的一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试装置的测试方法，其特征在于：包括下列步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试装置，其特征在于：包括低温氮气加热器、力学加载组件、氛围腔、x射线成像组件、高、低温氮气通断组件、气体控制组件和架体，其中低温氮气加热器、两个力学加载组件、氛围腔、x射线成像组件、高、低温氮气通断组件和气体控制组件均固定在架体的台面上，两个力学加载组件分别位于氛围腔的两侧，x射线成像组件位于氛围腔的两侧、且与两个力学加载组件连线垂直，低温氮气加热器通过管路与高、低温氮气通断组件的入口连接，高、低温氮气通断组件的低温氮气出口通过管路与氛围腔的低温氮气进气口连接，高、低温氮气通断组件的高温氮气出口通过管路与气体控制组件的高温氮气入口连接，气体控制组件的混合高温气体管道出口通过管路与氛围腔的混合高温气体进气口连接。
2.根据权利要求1所述的一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试装置，其特征在于：所述的低温氮气加热器包括低温氮气出气口、沉积物出口、高、低温氮气出气口，其中低温氮气出气口和高、低温氮气出气口分别位于加热器本体的两端，沉积物出口位于加热器本体的下方。
3.根据权利要求1所述的一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试装置，其特征在于：所述的力学加载组件包括精密调整台、阶梯板状连接件、板状连接件、下柱状夹具、上柱状夹具、导轨、滑块、直线电机动子、直线电机磁路、滑台底板、滑台安装转接板和导轨滑块，其中精密调整台安装在架体上，滑台安装转接板通过螺栓与精密调整台相连，滑台底板通过螺栓与滑台安装转接板连接；直线电机磁路固定在滑台底板上，直线电机动子与直线电机磁路相吸附，导轨安装通过螺栓安装在滑台底板上，导轨滑块在导轨上滑动；滑块安装在直线电机动子上并且两侧与导轨滑块固定；阶梯板状连接件通过螺栓固定在滑块上表面，板状连接件通过螺栓扣合在阶梯板状连接件之上；下柱状夹具被夹持在阶梯板状连接件和板状连接件之间，上柱状夹具通过螺钉与下柱状连接件相扣合。
4.根据权利要求3所述的一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试装置，其特征在于：所述精密调整台包括俯仰调整台、x方向调整台、y方向调整台，其中俯仰调整台安装在x方向调整台上方，x方向调整台下方与y方向调整台连接。
5.根据权利要求1所述的一种力热湿耦合下材料力学行为原位测试装置，其特征在于：所述氛围腔包括下腔体、上腔体、常温氮气进口、低温氮气进气口...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏伟，贺富涛，张世忠，张智杰，邵贺，于忠翰，李俊颉，张逸博，廖伟，曹伟，荣明浩，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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