專利名稱：4.2～300k溫區(qū)的疲勞性能測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及測量裝置，尤其涉及一種適用于低溫環(huán)境(4. 2 300K)下的疲勞性能測試裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國氫能源、核聚變能、航空航天、應(yīng)用超導(dǎo)、氣體工業(yè)以及一些大科學(xué)工程等領(lǐng)域的發(fā)展，涉及到低溫工程的項(xiàng)目越來越多。因此對低溫材料的需求越來越大，對低溫材料的性能數(shù)據(jù)要求越來越全面。材料在低溫環(huán)境下工作，其低溫物理性能通常不同于常溫性能。其中，疲勞力學(xué)性能是工程中材料或工件的一個(gè)重要性能指標(biāo)。工件在變動(dòng)載荷和應(yīng)變長期作用下，內(nèi)部將產(chǎn)生交變應(yīng)力，在交變應(yīng)力下，工件即使承受應(yīng)力值低于材料的 屈服強(qiáng)度，經(jīng)一定的循環(huán)周次后材料仍可能斷裂，這種現(xiàn)象稱之為疲勞。在工程中許多機(jī)件和構(gòu)件服役時(shí)都承受變動(dòng)載荷，如曲軸、連桿、齒輪、輥?zhàn)拥?，它們的失效形式主要是疲勞斷裂。?jù)統(tǒng)計(jì)，在斷裂失效中疲勞失效約占80%以上。為防止工件和結(jié)構(gòu)的疲勞失效，有關(guān)材料疲勞性能的科學(xué)研究已成為材料科學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)重要組成部份。在低溫工程中，許多材料或工件在實(shí)際工作中經(jīng)常受到低溫環(huán)境中的周期性循環(huán)載荷的作用而發(fā)生疲勞失效，從而影響器件的使用壽命及服役可靠性。如超導(dǎo)磁體的鎧甲材料，超導(dǎo)磁體緣絕端子，制冷機(jī)傳動(dòng)裝置等。材料或工件在低溫環(huán)境中的疲勞性能數(shù)據(jù)是低溫工程項(xiàng)目實(shí)施時(shí)不可缺少的參考數(shù)據(jù)。目前材料或工件室溫或高溫環(huán)境下的疲勞性能研究已較為廣泛和深入，并且用于室溫或高溫環(huán)境下材料或工件疲勞性能測量的各種各樣設(shè)備不斷涌現(xiàn)。但是，目前研究開發(fā)的疲勞性能測量設(shè)備只能進(jìn)行室溫或高溫環(huán)境下的材料或工件的疲勞性能測量，缺陷在于不能進(jìn)行低溫環(huán)境下疲勞性能數(shù)據(jù)測量。因此，開發(fā)一種適用于低溫環(huán)境(4. 2 300K)下疲勞性能數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)具有非常重要的理論研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

實(shí)用新型內(nèi)容因此，本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠進(jìn)行材料或工件低溫環(huán)境(4. 2 300K/-269 27°C )的疲勞性能數(shù)據(jù)測試裝置。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的根據(jù)本實(shí)用新型，提供一種4. 2 300K溫區(qū)的疲勞性能測試裝置，包括電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)⑴、力學(xué)支撐架⑵、輸液管⑶、液體容器⑷、溫控器(6)、真空杜瓦(7)和液體蒸發(fā)器(8)，其中，所述力學(xué)支撐架(2)用于裝配待測樣品(5)，其與電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)⑴剛性相連并可上下移動(dòng)，用于傳遞來自電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)(I)的作用力至待測樣品(5)；所述真空杜瓦(7)設(shè)置在力學(xué)支撐架(2)的下方，用于密封力學(xué)支撐架(2)并使之與外界絕熱；所述液體容器(4)提供冷卻液體，該冷卻液體通過所述輸液管(3)輸送到真空杜瓦(7)內(nèi)；所述液體蒸發(fā)器(8)設(shè)置在所述真空杜瓦(7)內(nèi)，用于蒸發(fā)所述冷卻液體；所述溫控器(6)設(shè)置在所述真空杜瓦(7)內(nèi)，用于監(jiān)測待測樣品(5)周圍的環(huán)境溫度。在上述技術(shù)方案中，所述電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)(I)具有力學(xué)傳感器和位移傳感器，并為待測樣品提供力學(xué)動(dòng)力源。在上述技術(shù)方案中，所述力學(xué)支撐架(2)將待測樣品(5)的力學(xué)信號和位移信號傳遞給電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)(I)的力學(xué)傳感器和位移傳感器。 在上述技術(shù)方案中，在測試時(shí)所述真空杜瓦(7)密封力學(xué)支撐架(2)、溫控器(6)、液體蒸發(fā)器(8)并為它們提供絕熱保溫環(huán)境。在上述技術(shù)方案中，所述輸液管(3)為真空絕熱的管道，一端與真空杜瓦(7)連通，另一端與液體容器(4)連通。在上述技術(shù)方案中，所述液體蒸發(fā)器(8)為加熱元件，在所述測試裝置進(jìn)行測試時(shí)，加熱元件浸泡在冷卻液體中。在上述技術(shù)方案中，所述力學(xué)支撐架(2)具有用于夾持待測樣品(5)的夾具，該夾具能安裝拉壓疲勞、拉伸疲勞、壓縮疲勞、彎曲疲勞或斷裂力學(xué)的待測樣品。在上述技術(shù)方案中，所述液體蒸發(fā)器(8)由外部計(jì)算機(jī)控制其蒸發(fā)速度。在上述技術(shù)方案中，所述溫控器(6)為環(huán)形的，環(huán)繞在待測樣品(5)周圍。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型測試裝置的優(yōu)點(diǎn)在于不僅可以進(jìn)行最低溫度達(dá)到4. 2K/_269°C的疲勞性能數(shù)據(jù)測試，而且通過低溫液體(液氮)與低溫溫控系統(tǒng)配合使用能夠?qū)崿F(xiàn)4.2 300K/-269 27°C溫區(qū)內(nèi)任意溫度點(diǎn)的疲勞性能數(shù)據(jù)測試，且溫控準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、工作壽命長、效率高。

以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施例，其中圖I是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的低溫疲勞性能測量裝置處于測試狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的低溫疲勞性能測量裝置處于未測試時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記一覽表I、電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)；2、低溫力學(xué)支撐架；3、低溫液體輸液管；4、低溫液體容器；5、待測樣品；6、溫控器；7、低溫真空杜瓦；8、低溫液體蒸發(fā)器.
具體實(shí)施方式
圖I是本實(shí)用新型的低溫疲勞性能測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，本實(shí)用新型的低溫疲勞性能測量裝置主要包括電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)I、低溫力學(xué)支撐架2、低溫液體輸液管3、低溫液體容器4、待測樣品或試樣5、溫控器6、低溫真空杜瓦7、低溫液體蒸發(fā)器8等。下面僅對幾個(gè)主要部件進(jìn)行詳細(xì)說明。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的系統(tǒng)或元件(例如真空系統(tǒng)、控制液體流量的閥門)，本實(shí)用新型將不再另作說明。[0028]電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)I為試樣5提供力學(xué)動(dòng)力源(即加載力)，其還包括力學(xué)傳感器和位移傳感器。力學(xué)傳感器測量加載力大小，位移傳感器測量形變位移。通常，該試驗(yàn)機(jī)I包括可移動(dòng)的橫梁部分，以及不可移動(dòng)的底座部分。低溫力學(xué)支撐架2與電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)I剛性相連，并且可隨電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)I的橫梁部分而上下移動(dòng)，其作用是支撐試樣5，并傳遞試樣測試過程的作用力，將作用力從室溫傳遞到低溫環(huán)境中，作用于試樣5上。具體地，低溫力學(xué)支撐架2可將電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)I的力學(xué)動(dòng)力源傳遞給試樣5，同時(shí)將試樣5的力學(xué)信號和位移信號分別傳遞給電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)I上的力學(xué)傳感器和位移傳感器。試樣5裝在低溫力學(xué)支撐架2的測量夾具中，低溫力學(xué)支撐架2所帶的可以是不同的測量夾具，以安裝例如拉壓疲勞、拉伸疲勞、壓縮疲勞、彎曲疲勞或斷裂力學(xué)(Kic、Jic)測試樣品。低溫真空杜瓦7設(shè)置在低溫力學(xué)支撐架2下方，當(dāng)?shù)蜏亓W(xué)支撐架2向下移動(dòng)準(zhǔn)備測試時(shí)，電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)I的橫梁可與杜瓦7形成真空密封，從而為低溫力學(xué)支撐架2、溫控器6、低溫液體蒸發(fā)器8提供絕熱保溫環(huán)境。溫控器6用于控制樣品周圍的環(huán)境溫度，在本實(shí)施例中，采用設(shè)置在樣品周圍的環(huán)狀溫控器。在其他實(shí)施例中，也可采用其他形狀的溫控器，例如棒狀溫控器等。優(yōu)選地，溫控器6由外部計(jì)算機(jī)控制，其在監(jiān)控溫度的同時(shí)可將采集到的溫度信息反饋給外部計(jì)算機(jī)，操作人員可通過外部計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對樣品周 圍的環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。低溫液體蒸發(fā)器8設(shè)置在低溫真空杜瓦7的底部，該蒸發(fā)器可以為本領(lǐng)域常規(guī)使用的加熱元件，在本實(shí)施例中采用加熱板。優(yōu)選地，低溫液體蒸發(fā)器8可連接有單獨(dú)的控制器，例如可以通過其設(shè)置蒸發(fā)速率、加熱速率及加熱時(shí)間，或者在達(dá)到預(yù)定冷卻溫度時(shí)，設(shè)置停止加熱?？梢岳斫?，該控制器可以與用于溫控器6的外部計(jì)算機(jī)相結(jié)合而使用，即根據(jù)溫控器6反饋回的溫度信號向加熱元件發(fā)出繼續(xù)加熱、停止加熱等指令。低溫液體容器4用于存儲低溫液體(液氮、液氦)，其設(shè)置在電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)I外部。低溫液體輸液管3將低溫液體從低溫液體容器4中輸入到低溫真空杜瓦7里。具體地，該低溫液體輸液管3為真空絕熱的兩端開口結(jié)構(gòu)的管道，一端與真空杜瓦7相連，另一端與低溫液體容器4相連，還可以在低溫液體輸液管3上安裝控制流量的閥門。以下是根據(jù)本實(shí)用新型上述實(shí)施例的低溫疲勞性能測量裝置的操作流程首先將待測樣品5安裝在低溫力學(xué)支撐架2上，在低溫力學(xué)支撐架2上安裝上溫控器6，同時(shí)將低溫液體蒸發(fā)器8放在低溫真空杜瓦7底部，將電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)I橫梁連同低溫力學(xué)支撐架2升起，將真空杜瓦7放置于低溫力學(xué)支撐架2下方(如圖2)，將電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)I橫梁連同低溫力學(xué)支撐架2降落，使低溫力學(xué)支撐架2，溫控器6，低溫液體蒸發(fā)器8處于低溫真空杜瓦7中(如圖I)，可用螺栓將真空杜瓦7與低溫力學(xué)支撐架2固定，使低溫力學(xué)支撐架2、溫控器6，低溫液體蒸發(fā)器8密封于真空杜瓦7中，將低溫液體輸液管3 —端連接低溫真空杜瓦，另一端連接低溫液體容器4，通過低溫液體輸液管3向真空杜瓦7中輸入低溫液體(液氮或液氦)，通過計(jì)算機(jī)控制溫控器6和低溫液體蒸發(fā)器8，控制樣樣品及樣品周圍的環(huán)境溫度，當(dāng)達(dá)到預(yù)定溫度并穩(wěn)定后，開啟電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)I，進(jìn)行疲勞性能測試。由此可見，本實(shí)用新型的疲勞學(xué)性能測量裝置以電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)為基礎(chǔ)，利用低溫液體(液氮或液氦)作冷卻介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境(4. 2 300K/-269 27°C )下疲勞性能數(shù)據(jù)測量。因此，本實(shí)用新型主要用于在低溫(4. 2 300K/-269 27°C )環(huán)境下對待測樣品(材料試樣或工件)進(jìn)行疲勞性能測量，與傳統(tǒng)的疲勞性能測量裝置相比，本實(shí)用新型的低溫疲勞性能測量裝置具有可測量4. 2 300K/-269 27°C溫區(qū)內(nèi)任意溫度環(huán)境的材料試樣或工件疲勞性能的特點(diǎn)，并且溫控準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、工作壽命長、效率高。盡管參照上述的實(shí)施例已對本實(shí)用新型作出具體描述，但是對于本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，應(yīng)該理解，可以在不脫離本實(shí)用新型的精神以及范圍之內(nèi)基于本實(shí)用新型公開的內(nèi)容進(jìn)行修改或改進(jìn)，這些修改和改進(jìn)都在本實(shí)用新型的精神以及范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種4. 2 300K溫區(qū)的疲勞性能測試裝置，包括電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)(I)、力學(xué)支撐架(2)、輸液管(3)、液體容器(4)、溫控器(6)、真空杜瓦(7)和液體蒸發(fā)器(8)，其中， 所述力學(xué)支撐架(2)用于裝配待測樣品(5)，其與電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)(I)剛性相連并可上下移動(dòng)，用于傳遞來自電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)(I)的作用力至待測樣品(5)； 所述真空杜瓦(7)設(shè)置在力學(xué)支撐架(2)的下方，用于密封力學(xué)支撐架(2)并使之與外界絕熱； 所述液體容器(4)提供冷卻液體，該冷卻液體通過所述輸液管(3)輸送到真空杜瓦(7)內(nèi)； 所述液體蒸發(fā)器(8)設(shè)置在所述真空杜瓦(7)內(nèi)，用于蒸發(fā)所述冷卻液體； 所述溫控器(6)設(shè)置在所述真空杜瓦(7)內(nèi)，用于監(jiān)測待測樣品(5)周圍的環(huán)境溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)(I)具有力學(xué)傳感器和位移傳感器，并為待測樣品提供力學(xué)動(dòng)力源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述力學(xué)支撐架(2)將待測樣品(5)的力學(xué)信號和位移信號傳遞給電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)(I)的力學(xué)傳感器和位移傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，在測試時(shí)所述真空杜瓦(7)密封力學(xué)支撐架(2)、溫控器(6)、液體蒸發(fā)器(8)并為它們提供絕熱保溫環(huán)境。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述輸液管(3)為真空絕熱的管道，一端與真空杜瓦(7)連通，另一端與液體容器(4)連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述液體蒸發(fā)器(8)為加熱元件，在所述測試裝置進(jìn)行測試時(shí)，加熱元件浸泡在冷卻液體中。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述力學(xué)支撐架(2)具有用于夾持待測樣品(5)的夾具，該夾具能安裝拉壓疲勞、拉伸疲勞、壓縮疲勞、彎曲疲勞或斷裂力學(xué)的待測樣品。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述液體蒸發(fā)器(8)由外部計(jì)算機(jī)控制其蒸發(fā)速度。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述溫控器(6)為環(huán)形的，環(huán)繞在待測樣品(5)周圍。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種4.2～300K溫區(qū)的疲勞性能測試裝置，包括電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)(1)、力學(xué)支撐架(2)、輸液管(3)、液體容器(4)、溫控器(6)、真空杜瓦(7)和液體蒸發(fā)器(8)。本實(shí)用新型的疲勞性能測試裝置不僅可以進(jìn)行最低溫度達(dá)到4.2K/-269℃的疲勞性能數(shù)據(jù)測試，而且通過低溫液體(液氮)與低溫溫控系統(tǒng)配合使用能夠?qū)崿F(xiàn)4.2～300K/-269～27℃溫區(qū)內(nèi)任意溫度點(diǎn)的疲勞性能數(shù)據(jù)測試，且溫控準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、工作壽命長、效率高。
文檔編號G01N3/18GK202548020SQ201220168280
公開日2012年11月21日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者徐冬, 李來風(fēng), 黃榮進(jìn) 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所