一种在线观测的高温三点弯曲实验系统技术方案

一种在线观测的高温三点弯曲实验系统，其特征在于：该实验系统包括三点弯曲载荷施加装置、高温加热炉、挠度测量装置、温度测量装置和在线观测装置；所述三点弯曲载荷施加装置包括拉伸试验机（1）和陶瓷夹具；陶瓷夹具安装在高温加热炉（3）内，由上压杆（2）、下支撑杆（13）、上压头（4）、第一下支撑头（7a）和第二下支撑头（7b）组成；所述挠度测量装置包括位移传感器（10）和位移处理显示单元（11），位移传感器（10）设置在下支撑杆（12）内部，位移传感器（10）的上端与试件（6）接触；所述的温度测量装置包括设置在高温加热炉（3）内的热电偶（8）和温度处理显示单元（9）；所述在线观测装置包括工业摄像机（14）及图像处理系统（15），所述的工业摄像机（14）通过在高温加热炉（3）炉壁上开的观察孔（5）进行拍摄；位移处理显示单元（11）通过数据线与位移传感器（10）连接；温度处理显示单元（9）通过数据线与热电偶（8）连接；图像处理系统（15）通过数据线与工业摄像机（14）连接。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种在线观测的高温三点弯曲实验系统，属于工程材料、结构形变及力学实验
。该实验系统包括三点弯曲载荷施加装置、高温加热炉、挠度测量装置、温度测量装置和在线观测装置。本专利技术涉及一种集成了在线实时观测的高温三点弯曲实验装置，利用安装有滤波片的高精度工业摄像机对在高温炉中进行三点弯曲实验的试件表面进行在线观测，记录试件在三点弯曲实验过程中表面微观形貌变化、晶相变化及裂纹扩展，为研究材料在高温下的变形与断裂提供在线观测实验支撑。【专利说明】一种在线观测的高温三点弯曲实验系统
本专利技术涉及一种在线观测的高温三点弯曲实验系统，属于工程材料、结构形变及力学实验
。
技术介绍
在材料性能的众多研究手段中，弯曲测试是表征脆性材料及某些低塑性材料力学性能的一种重要方法。弯曲测试主要用于两个方面，一是通过加载并记录相应的载荷挠度曲线，得到材料的弯曲模量和弯曲强度，考察的是材料的弯曲性能；二是在材料上预制切口，并在加载过程中观察和记录裂纹的特征量，然后运用断裂力学相关理论对裂纹扩展过程进行分析，计算和材料断裂韧性等相关的断裂参数，研究的是材料的断裂行为。随着工程技术的发展要求的提高，相应的材料与结构的工作温度也越来越高，与此同时，材料及其结构件处在工作温度下的弯曲行为的测试一直是个难点:一是弯曲测试的高温环境，如何提供一个稳定的高温环境使得材料能够在其中进行弯曲测试是一个技术难点；二是高温环境的提供都需要一个密闭的环境，便于对试件进行保温以及防止热量的流失。因此，在该种密闭情况下对材料进行弯曲测试的时候，无法实现在线过程中的材料表面的裂纹等变化的观察和记录。在线观测实验方法方面，一般通过高精度工业摄像机CXD进行，对于裂纹扩展等则高速动态过程会采用高速摄像机。德国Hambury-Harburg技术大学利用摄像装置对CMC的高温稳定性进行研究，实时观测裂纹扩展，采集和处理数据。加州理工学院利用高速CCD像机以万幅/秒的速度采集图像，研究材料裂纹的动态扩展过程等。结合目前的研究需要，我们采用了在高温加热炉炉壁上开观察孔，同时利用高温条件下辐射光波及对滤光方法，实现了对材料高温弯曲加载条件下的在实现时观测，得到试件表面的变形信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在线观测的高温三点弯曲实验系统，该系统集成了在线实时观测的高温三点弯曲实验装置，利用高精度工业摄像机实现对在高温炉中进行三点弯曲实验的试件表面进行在线观测，记录试件在三点弯曲实验过程中表面微观形貌变化、晶相变化及裂纹扩展，为研究材料在高温下的变形与断裂提供在线观测数据及清晰图像支撑。本专利技术的技术方案如下:一种在线观测的高温三点弯曲实验系统，其特征在于:该测试系统包括一种在线观测的高温三点弯曲实验系统，其特征在于:该实验系统包括三点弯曲载荷施加装置、高温加热炉、挠度测量装置、温度测量装置和在线观测装置；所述三点弯曲载荷施加装置包括拉伸试验机和陶瓷夹具；陶瓷夹具安装在高温加热炉内，由上压杆、下支撑杆、上压头、第一下支撑头和第二下支撑头组成；所述挠度测量装置包括位移传感器和位移处理显示单元，位移传感器设置在下支撑杆内部，位移传感器的上端与试件接触；所述的温度测量装置包括设置在高温加热炉内的热电偶和温度处理显示单元；所述在线观测装置包括工业摄像机及图像处理系统，所述的工业摄像机通过在高温加热炉炉壁上开的观察孔进行拍摄；位移处理显示单元通过数据线与位移传感器连接；温度处理显示单元通过数据线与热电偶连接；图像处理系统通过数据线与工业摄像机连接。本专利技术的技术特征还在于:在所述工业摄像机的镜头前安装有滤波片。本专利技术所述的陶瓷夹具采用99陶瓷材料。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果:利用高精度工业摄像机可实现对在高温炉中进行三点弯曲实验的试件表面进行在线观测，温度可以达到大气环境1600°C，可实时记录试件在三点弯曲实验过程中表面微观形貌、晶相变化及裂纹扩展，为研究材料在高温下的变形与断裂提供在线观测实验支撑，可实现对材料在高温条件下受弯曲载荷过程的表面形貌观测与结构的演化分析。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术提供的一种在线观测的高温三点弯曲实验系统的结构原理示意图。图中:1_拉伸试验机；2_上压杆；3_高温加热炉；4_上压头；5_观察孔；6-试件；7a-第一下支撑头；7b-第二下支撑头；8_热电偶；9_温度处理显示单元；10-位移传感器；11-位移处理显示单元；12_下支撑杆；13-滤光片；14_工业摄像机；15_图像处理系统。【具体实施方式】下面结合附图进一步说明本专利技术的具体结构、工作过程和实施方式。图1是一种在线观测的高温三点弯曲实验系统的结构原理示意图，该实验系统包括三点弯曲载荷施加装置、高温加热炉、挠度测量装置、温度测量装置和在线观测装置；所述三点弯曲载荷施加装置包括拉伸试验机I和陶瓷夹具；陶瓷夹具安装在高温加热炉3内，由上压杆2、下支撑杆13、上压头4、第一下支撑头7a和第二下支撑头7b组成，陶瓷夹具采用99陶瓷材料。所述挠度测量装置包括位移传感器10和位移处理显示单元11，位移传感器10设置在下支撑杆12内部，位移传感器10的上端与试件6接触；所述的温度测量装置包括设置在高温加热炉3内的热电偶8和温度处理显示单元9 ;所述在线观测装置包括工业摄像机14及图像处理系统15，所述的工业摄像机14通过在高温加热炉3炉壁上开的观察孔5进行拍摄；位移处理显示单元11通过数据线与位移传感器10连接；温度处理显示单元9通过数据线与热电偶8连接；图像处理系统15通过数据线与工业摄像机14连接；在工业摄像机14的镜头前安装有滤波片13，通过使用不同波长滤波或者不同组合的滤波片滤掉高温炉中通过观察孔5的辐射光波，拍摄得到高温加热炉3内的试样6在三点弯曲过程中的表面演化过程。本专利技术的工作过程如下:首先将试样6放置于高温加热炉3内的第一下支撑头7a和第二下支撑头7b上，调整工业摄像机15的高度和角度，以便通过观测孔5监测到完整的试样；闭合高温加热炉3，通过温度采集处理系统9设定加热温度，使高温加热炉3内的温度均匀增加，达到目标值后维持目标温度；在温度达到设定的目标温度之后，调整工业摄像机15的滤光片14和焦距，使工业摄像机15的成像清晰，并对试件的载荷和位移进行调零；调整工业摄像机15的滤光片14和焦距，使工业摄像机15的成像清晰，根据韦恩定律，物体在高温下的黑体最大辐射能量流密度的峰值辐射波长随着温度的升高而降低，即Xmax=b/T，其中λ_为辐射的峰值波长，b为常数，T为热力学温度。我们根据材料在高温下试件的温度计算出峰值波长，从而将其他不属于试件的辐射及反射过滤掉，从而得到试件表面形貌；为了能看见试件的表面形貌，我们使用带通滤波器。理论上，使用单波长滤波方法是可行的，但是因为单波长滤波所获取的能量太低，无法获得足够亮度的图像，而且一般相机的光谱响应曲线并不是截断型的，而是一条光滑的函数曲线。所以，我们为了获得足够强度的能量，通常使用范围吸收带通滤波器，同时增加补光措施，即通过外加冷光源照射试件表面来增加光强，进一步可以很清晰的观察试件表面散斑。对试件进行加载，得到载荷-挠度曲线；同时利用工业摄像机15对试件的变形过程进行拍摄本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线观测的高温三点弯曲实验系统，其特征在于：该实验系统包括三点弯曲载荷施加装置、高温加热炉、挠度测量装置、温度测量装置和在线观测装置；所述三点弯曲载荷施加装置包括拉伸试验机（1）和陶瓷夹具；陶瓷夹具安装在高温加热炉（3）内，由上压杆（2）、下支撑杆（13）、上压头（4）、第一下支撑头（7a）和第二下支撑头（7b）组成；所述挠度测量装置包括位移传感器（10）和位移处理显示单元（11），位移传感器（10）设置在下支撑杆（12）内部，位移传感器（10）的上端与试件（6）接触；所述的温度测量装置包括设置在高温加热炉（3）内的热电偶（8）和温度处理显示单元（9）；所述在线观测装置包括工业摄像机（14）及图像处理系统（15），所述的工业摄像机（14）通过在高温加热炉（3）炉壁上开的观察孔（5）进行拍摄；位移处理显示单元（11）通过数据线与位移传感器（10）连接；温度处理显示单元（9）通过数据线与热电偶（8）连接；图像处理系统（15）通过数据线与工业摄像机（14）连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，方旭飞，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：