金属基复合材料高温拉伸性能测试用微型温度箱系统及方法

摘要

本发明提供一种金属基复合材料高温拉伸性能测试用微型温度箱系统，属于实验固体力学测试技术和金属基复合材料高温力学性能测试技术领域。该金属基复合材料高温拉伸性能测试用微型温度箱系统，包括温度箱、油箱、油泵、铜管，所述油箱固定连接在温度箱的左侧壁，所述油箱的内部设置有温度控制系统，所述油箱的内底部且位于温度控制系统的右侧与油泵固定连接。本发明高温拉伸实验中仅试验件工作段处于要求的温度环境中，同时研制高温油循环温度箱系统，实现循环高温油加热系统，从而达到节省加热时间、简化操作，试验件环境温度均匀、实验测试结果有效数据多、降低使用成本和测试成本的目的，在高温力学性能测试方面产生革新性的变化。

说明书

技术领域

本发明属于实验固体力学测试技术和金属基复合材料高温力学测试技术领域，具体为一种金属基复合材料高温拉伸性能测试用微型温度箱系统及方法。

背景技术

高温加热温度箱系统是金属基复合材料高温力学性能表征的有效工具，在实验固体力学、金属基复合材料的高温力学性能测量等方面已经得到了重要的研究应用。但是金属基复合材料高温拉伸力学实验的发展，传统高温加热温度箱系统的不足也逐渐显现出来：由于试验件和夹具均处于高温实验箱内，夹持端的应力集中使得金属基复合材料试验件在拉伸性能测试中破坏发生于加强片附近，且温度箱体积过大造成箱内温度很难达到均匀等。这些缺点很大程度上影响了该项技术在金属基复合材料高温力学性能测试方面的发展及其在工程应用的拓展。亟待开发一种新的金属基复合材料高温拉伸性能测试用微型温度箱系统，从而能更准确的表征金属基复合材料高温拉伸力学性能。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术的不足，本发明提供一种金属基复合材料高温拉伸性能测试用微型温度箱系统及方法，以解决由于试验件和夹具均处于高温实验箱内，夹持端的应力集中使得金属基复合材料试验件在拉伸性能测试中破坏发生于加强片附近，且温度箱体积过大造成箱内温度很难达到均匀的问题。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一方面，本发明提供一种金属基复合材料高温拉伸性能测试用微型温度箱系统，包括温度箱、油箱、油泵、铜管，所述油箱固定连接在温度箱的左侧壁，所述油箱的内部设置有温度控制系统，所述油箱的内底部且位于温度控制系统的右侧与油泵固定连接，所述铜管固定连接在油泵的输出端，所述铜管延伸至温度箱的内部且均匀地分布左右侧，所述铜管的一端延伸至油箱的内部。

优选的，所述温度控制系统包括壳体、控制器、加热棒、热电偶、数据计算传输模块，所述壳体固定连接在油箱的内底部，所述壳体的内部且靠近顶部边缘处与控制器固定连接，所述加热棒固定连接在控制器的上表面，所述壳体的内部且位于控制器的下方与热电偶固定连接，所述壳体的内部且位于热电偶的右侧与数据计算传输模块固定连接。

优选的，所述加热棒的加热区域延伸至壳体的外部，所述热电偶的检测部延伸至壳体的外部。

优选的，所述温度箱的上表面与下表面且靠近左右侧均设置有拉伸装置，所述拉伸装置包括安装座、液压缸、固定块，所述安装座与温度箱的上表面与下表面均固定连接，所述液压缸固定连接在安装座的上方，所述固定块的下表面开设有放置槽。

优选的，所述放置槽的内部设置有固定板，所述固定板的下表面与液压缸的活动端固定连接，所述固定板的上表面固定连接有弹簧，所述弹簧的顶部与放置槽的顶部固定连接，所述固定板的下表面开设有沉头孔。

优选的，所述放置槽的底部固定连接有导向杆，所述导向杆贯穿沉头孔固定连接有限位块，所述限位块与沉头孔的沉头部配合连接，所述放置槽的底部且位于导向杆和弹簧之间固定连接有压力传感器，所述固定板的上表面固定连接有凸块，所述凸块与压力传感器的位置相对应。

优选的，所述温度箱的上表面与下表面均开设有预留口，所述固定块的一侧固定连接有夹具，所述夹具的内部夹持有试验件，所述试验件贯穿预留口，所述温度箱的正面开设有观察窗。

另一方面，本发明提供一种金属基复合材料高温拉伸性能测试用微型温度箱系统的使用方法，包括以下步骤：

S1：将试验件穿过预留口通过使用夹具将其进行定位夹紧；

S2：通过使用温度控制系统中的控制器控制加热棒对油箱中的高温导热油进行加热，并通过热电偶监测高温导热油的加热温度，热电偶监测的温度数据经过数据计算传输模块进行计算后传递到控制器中，进而控制加热棒的加热功率，将高温导热油加热到指定的温度，随后将高温导热油的温度给维持住；

S3：通过使用油泵将高温导热油泵送到铜管中，根据铜管的导热性能将高温导热油的温度传递到温度箱的内部，通过将铜管弯折并均匀地排列在试验件的两侧，使铜管传递的热量更加地集中，最后高温导热油通过铜管流回到油箱中；

S4：在对试验件加热过后，通过使用液压缸进行延伸将实验件进行拉伸，在这个过程中液压缸推动固定板通过凸块挤压压力传感器，得到试验件受到的拉力变化情况；

S5：在观察窗外观察试验件的拉伸情况，同时使用应力测试仪对试验件表面的应力变化情况进行分析。

本发明的有益效果是：

本发明的金属基复合材料高温拉伸性能测试用微型温度箱系统及方法具备以下有益效果：

本发明高温拉伸实验中仅试验件工作段处于要求的温度环境中，同时研制高温油循环温度箱系统，实现循环高温油加热系统，从而达到节省加热时间、简化操作，试验件环境温度均匀、实验测试结果有效数据多、降低使用成本和测试成本的目的，在高温力学性能测试方面产生革新性的变化。

附图说明

图1为本发明所提出的金属基复合材料高温拉伸性能测试用微型温度箱系统的外部结构立体图；

图2为本发明所提出的金属基复合材料高温拉伸性能测试用微型温度箱系统的铜管结构立体图；

图3为本发明所提出的金属基复合材料高温拉伸性能测试用微型温度箱系统的内部结构立体图；

图4为本发明所提出的金属基复合材料高温拉伸性能测试用微型温度箱系统的外部结构正视图；

图5为本发明所提出的金属基复合材料高温拉伸性能测试用微型温度箱系统的温度控制系统示意图；

图6为本发明所提出的金属基复合材料高温拉伸性能测试用微型温度箱系统的拉升装置内部结构示意图；

图7为本发明所提出的图6中A的放大图；

其中，1、温度箱；2、油箱；3、壳体；4、油泵；5、铜管；6、安装座；7、固定块；8、液压缸；9、预留口；10、试验件；11、夹具；12、观察窗；13、热电偶；14、控制器；15、加热棒；16、数据计算传输模块；17、放置槽；18、压力传感器；19、导向杆；20、弹簧；21、凸块；22、固定板；23、沉头孔；24、限位块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-7所示，本发明实施例提供金属基复合材料高温拉伸性能测试用微型温度箱系统，包括温度箱1、油箱2、油泵4、铜管5、温度控制系统。

油箱2固定连接在温度箱1的左侧壁，油箱2的内部设置有温度控制系统，油箱2的内底部且位于温度控制系统的右侧与油泵4固定连接，起到，方便泵送高温导热油的作用，铜管5固定连接在油泵4的输出端，铜管5延伸至温度箱1的内部且均匀地分布左右侧，起到方便提高热量分布的均匀性，有利于提高加热的均匀性，铜管5的一端延伸至油箱2的内部，起到方便形成循环的作用。

温度控制系统包括壳体3、控制器14、加热棒15、热电偶13、数据计算传输模块16，起到方便控制高温导热油的加热温度的作用，壳体3固定连接在油箱2的内底部，壳体3的内部且靠近顶部边缘处与控制器14固定连接，加热棒15固定连接在控制器14的上表面，起到方便对加热棒15的加热功率进行控制的作用，壳体3的内部且位于控制器14的下方与热电偶13固定连接，起到方便检测高温导热油的加热温度的作用，壳体3的内部且位于热电偶13的右侧与数据计算传输模块16固定连接，起到方便计算处理和传输热电偶13检测的温度数据的作用，加热棒15的加热区域延伸至壳体3的外部，热电偶13的检测部延伸至壳体3的外部，起到方便检测高温导热油的温度的作用。

温度箱1的上表面与下表面且靠近左右侧均设置有拉伸装置，起到方便拉伸试验件10进行测试的作用，拉伸装置包括安装座6、液压缸8、固定块7，安装座6与温度箱1的上表面与下表面均固定连接，液压缸8固定连接在安装座6的上方，通过将液压缸8的活动端向两端延伸，进而实现对试验件10进行拉伸的作用，固定块7的下表面开设有放置槽17，放置槽17的内部设置有固定板22，固定板22的下表面与液压缸8的活动端固定连接，放置槽17的底部固定连接有导向杆19，起到方便对固定板22移动进行导向的作用，导向杆19贯穿沉头孔23固定连接有限位块24，限位块24与沉头孔23的沉头部配合连接，起到方便对固定板22的位置进行限定的作用。

固定板22的上表面固定连接有弹簧20，弹簧20的顶部与放置槽17的顶部固定连接，固定板22的下表面开设有沉头孔23，放置槽17的底部且位于导向杆19和弹簧20之间固定连接有压力传感器18，起到方便检测试验件10进行拉伸实验时受到的拉力变化情况的作用，固定板22的上表面固定连接有凸块21，凸块21与压力传感器18的位置相对应。

温度箱1的上表面与下表面均开设有预留口9，起到方便使试验件10贯穿温度箱1的作用，固定块7的一侧固定连接有夹具11，起到方便对试验件10进行定位夹紧的作用，具11的内部夹持有试验件10，试验件10贯穿预留口9，起到方便只对试验件10的工作段进行加热的作用，温度箱1的正面开设有观察窗12。

本发明的金属基复合材料高温拉伸性能测试用微型温度箱使用方法包括以下步骤：

S1：将试验件10穿过预留口9通过使用夹具7将其进行定位夹紧；

S2：通过使用温度控制系统中的控制器14控制加热棒15对油箱2中的高温导热油进行加热，并通过热电偶13监测高温导热油的加热温度，热电偶13监测的温度数据经过数据计算传输模块进行计算后传递到控制器14中，进而控制加热棒15的加热功率，将高温导热油加热到指定的温度，随后将高温导热油的温度给维持住；

S3：通过使用油泵4将高温导热油泵送到铜管5中，根据铜管5的导热性能将高温导热油的温度传递到温度箱1的内部，通过将铜管5弯折并均匀地排列在试验件10的两侧，使铜管5传递的热量更加地集中，最后高温导热油通过铜管5流回到油箱2中；

S4：在对试验件10加热过后，通过使用液压缸8进行延伸将实验件10进行拉伸，在这个过程中液压缸8推动固定板22通过凸块21挤压压力传感器18，得到试验件10受到的拉力变化情况；

S5：在观察窗12外观察试验件10的拉伸情况，同时使用应力测试仪对试验件10表面的应力变化情况进行分析。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。