一种热力耦合作用下材料疲劳试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料试验技术领域，特别涉及一种热力耦合作用下材料疲劳试验装置。
【背景技术】
[0002]材料热力耦合作用下的疲劳试验，是准确评估实际应用中材料性能或寿命的有效途径。但是目前已有的疲劳试验机只单一考虑了热负荷或机械负荷的作用，实际上很多材料或产品在实际工作中受到的是热负荷、机械负荷的综合作用，如果只单独考虑热负荷或机械负荷，将很难准确评估材料或产品的应力状态和预测材料或产品的疲劳寿命。而且现有技术中设备复杂、能耗高、升温降温周期长，导致单次试验的周期长，而通常情况下试样都要经过上千次试验，使得试样的热力耦合疲劳试验耗时较长。虽然也出现过一种热力耦合疲劳加载装置，但是其只能对试样进行加热和旋转弯曲疲劳加载。同时传统的加载夹具都比较单一，不能够适应多种试样的装夹和加载。
【发明内容】
[0003]鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低能耗、能够快速升降温和实现拉伸和压缩的热力耦合疲劳试验装置。
[0004]为实现上述目的及其他相关目的，本发明技术方案如下:
[0005]—种热力耦合作用下材料疲劳试验装置，包括用于对试样提供单轴的拉伸载荷或者压缩载荷的加载装置、用于快速加热的加热装置、用于快速冷却试样的冷却装置、测试装置和控制装置，所述加载装置包括两个夹座以及驱动两个夹座靠拢和背离的驱动机构，所述加热装置包括高频感应加热炉和感应线圈，所述加热装置的感应线圈位于两个夹座之间形成的试样加载区域内，所述冷却装置靠近试样加载区域。
[0006]作为优选:所述加载装置还包括支撑机构、固定座、移动座和多根导向柱，所述固定座安装在支撑机构上部，移动座位于固定座上方，所述驱动机构安装在支撑机构下部，所述导向柱竖直穿过固定座，导向柱上端与移动座连接，下端与驱动机构连接，两个所述夹座正对地安装在移动座和固定座上。
[0007]作为优选:所述支撑机构包括底座和设置在底座上的支撑柱，所述固定座安装在支撑柱上端;所述驱动机构上端安装有支撑板，所述导向柱下端固定在支撑板上，所述固定座上设置有与导向柱对应的导向套。
[0008]作为优选:所述驱动机构为气缸或液压缸，所述冷却装置包括喷头，所述喷头通过管路与空压机或水箱连接，所述固定座上设置有集水槽，该集水槽位于试样加载区域下方，所述集水槽通过管路与水箱连接。
[0009]作为优选:两个夹座分别为上夹座和下夹座，上夹座和下夹座正对，上夹座通过称重传感器安装在移动座下表面，上夹座通过螺纹安装在称重传感器下端，所述下夹座通过安装座固定在固定座上。
[0010]作为优选:所述支撑板上表面与固定座下表面分别设置有一个夹座，两个夹座之间形成另一个试样加载区域，并设置有冷却装置和加热装置，固定座上方和下方的两个加载区域同时对试样进行加载。上下两个加载区域可以同时对同一试样进行拉伸和压缩的加载，节省时间。
[0011]作为优选:所述夹座包括支撑块，所述支撑块上开设有用于安装夹头的第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽连通，第一凹槽的宽度小于第二凹槽的宽度，使得夹头能从支撑块侧面装入，且限制其竖直方向移动。
[0012]作为优选:所述夹头包括安装段和用于固定试样的装夹段，所述安装段为与第一凹槽和第二凹槽相适应阶梯轴状，装夹段上设置有用于与试样连接或配合的定位结构。
[0013]作为优选:所述冷却装置包括喷头以及用于支撑喷头的旋转机构，所述旋转机构包括底板、压筒、支撑杆和弹簧，所述支撑杆下端连接有压盘，该压盘位于所述压筒内，支撑杆向上伸出压筒，所述弹簧设置在压盘与底板之间，且压筒与压盘之间设置有相配合的限位槽和凸台，所述支撑杆上端设置有喷头锁紧机构。
[0014]作为优选:所述加热装置的感应加热线圈可拆卸地安装在高频感应加热炉上，所述高频感应加热炉通过水平移动机构支撑在箱体上，并能使感应加热线圈靠近或远离试样加载区域。
[0015]作为优选:还包括箱体，所述水平移动机构上安装有支撑座，支撑座中部设置有支撑套，所述高频感应加热炉安装在支撑架内，支撑架下端安装有螺杆，所述螺杆穿过支撑套，螺杆上套设有螺母，螺母压在支撑套上端。
[0016]如上所述，本发明的有益效果是:
[0017]1、能够实现拉伸、压缩状态下的热力耦合疲劳试验，以更准确地预测材料或产品疲劳寿命。同时通过高频感应加热实现快速升温，缩短加热时间，使得试验周期缩短，提高试验效率。
[0018]2、夹座适应性较广，通过安装不同的夹头可以适应不同的试样试验，且夹头与夹座安装拆卸方便，能保证其较高的同轴度。
[0019]3、高频感应加热炉和感应加热线圈能够通过水平移动机构、螺杆、螺母等实现水平、上下移动及转动，便于调整感应加热线圈的位置，以适应试样不同位置的加热，同时便于感应加热线圈的更换。
[0020]4、通过旋转机构实现喷头的转动和不同位置的停留，以便喷头的定位，避免干涉。
[0021]本发明可在加载或不加载载荷情况下对试样进行瞬时加热冷却循环，可用于极冷极热工况下受力工件的寿命测试，能够实现拉伸、压缩状态下的热力耦合疲劳试验，对在热力耦合作用下的材料或产品疲劳寿命的考核提供了合理的考核环境，从而为材料或产品的优化设计提供依据，并为材料或产品的数值计算提供试验数据支撑，并缩短加热时间和试验周期，提高试验效率，以便能够快速判断数值结果的准确性，能够显著降低材料或产品的研发成本，提尚材料或广品的研发效率，提尚材料或广品的疲劳寿命。本发明可用于国防车工、航空航天、汽车、发电机、钢铁、热能、核动力等工业领域。
【附图说明】
[0022]图1为本发明实施例1的结构示意图；
[0023]图2为本发明图1的侧视示意图；
[0024]图3为本发明实施例1固定座、下夹座的俯视示意图；
[0025]图4为本发明实施例1下夹座的结构示意图；
[0026]图5为本发明实施例1夹头的结构示意图；
[0027]图6为本发明实施例1旋转机构的结构示意图；
[0028]图7为本发明实施例2的结构示意图。
[0029]零件标号说明
[0030]11 柜体
[0031]12液压箱
[0032]13 水箱
[0033]14电控箱
[0034]15 箱体
[0035]21驱动机构
[0036]22支撑板
[0037]23导向柱
[0038]24 固定座
[0039]25 导向套
[0040]26 底座[0041 ]27 移动座
[0042]31 上夹座
[0043]32 下夹座
[0044]33 安装座
[0045]34 螺柱
[0046]35称重传感器
[0047]36第一凹槽
[0048]37 第二凹槽
[0049]38集水槽
[0050]39 管路
[0051 ]41高频感应加热炉
[0052]42感应加热线圈
[0053]43支撑架
[0054]44 螺杆
[0055]45支撑套
[0056]46 螺母
[0057]47 支撑座
[0058]48 滚轮
[0059]5 喷头
[0060]61支撑杆[0061 ]62 压筒
[0062]63压盘
[0063]64弹簧
[0064]65喷头锁紧机构
[0065]66安装螺孔
[0066]71装夹段
[0067]72安装段
[0068]73安装槽
[0069]74固定孔
【具体实施方式】
[0070]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0071]实施例1
[0072]如图1和图2所示，一种热力耦合作用下材料疲劳试验装置，包括测试装置、控制装置、用于对试样提供单轴的拉伸载荷或者压缩载荷的加载装置、用于快速加热的感应加热线圈42以及用于快速冷却试样的冷却装置，所述加载装置包括上下两个夹座以及驱动两个夹座靠拢和背离的驱动机构21，所述感应加热线圈42位于两个夹座之间形成的试样加载区域内，试验时，试样竖直地置于感应加热线圈42内，其他实施例中加热装置可以为激光加热等;冷却装置靠近试样加载区域，对热力耦合疲劳试验样品进行快速冷却。
[0073]所述加载装置还包括支撑机构、固定座24、移动座27和多根导向柱23，支撑机构包括底座26和设置在底座26上的支撑柱，本例中底座26支撑在试验装置的柜体11上，固定座24安装在支撑柱上端;移动座27位于固定座24上方，驱动机构21安装在底座26下方驱动机构21可以为气缸或液压缸等，驱动机构21的活塞杆上端安装有支撑板22，所述导向柱23竖直穿过固定座24，导向柱23上端与移动座27连接，下端固定在支撑板22上，两个所述夹座正对地安装在移动座27和固定座24上，为了使移动座27能够保持在竖直方向的稳定移动，固定座24上设置有与导向柱23对应的导向套25，导向柱23穿设在导向套25内。
[0074]该结构使用时，试样装夹在上下两个夹座之间，感应加热线圈42位于试样外围，通过感应加热线圈42可实现试样的快速升温，温度范围为室温?1300°C，冷却装置可实现快速冷却，同时通过驱动机构21驱动移动座27的上下移动进行拉伸和压缩的加载，实现试样热疲劳的测试。采用测试装置，准确测试试验样品承受的机械载荷和表面温度、力，可以采用接触式或非接触式，测试元件如热电偶、测试管、温度传感器、、红外传感器、应变仪等。控制装置一方面控制加载装置的加载负荷，可以为恒定加载负荷或者变化加载负荷；另一方面控制加热装置和冷却装置的工作，检测试样表面温度，当加热至温度达到指定值后，控制加热装置停止加热，并打开冷却装置进行冷却;冷却至指定温度后，又使得加热装置工作，如此反复循环。控制装置与检测装置、加热装置和冷却装置等连接，可以由计算机、温度控制器、载荷控制器等组成。
[0075]进一步地，两个夹座