环境-拉力耦合试验装置和系统的制作方法

本实用新型涉及可靠性检测技术领域，特别是涉及一种环境-拉力耦合试验装置和系统。

背景技术：

这里的陈述仅提供与本申请有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。

随着我国基础建设与战略覆盖范围的不断拓展，我国产品在高边疆、远边疆等热点地区使用的增多，其所面临的使用环境和保障条件都发生了较大程度的改变，尤其是对于南海、远海等高腐蚀/老化区域，在应力载荷综合作用下，产品材料、工艺、结构整体加速失效。

目前的环境-拉力耦合试验，主要是通过加载单元调节应力环的应力，并在应力环的中央设置千分尺等测量设备，测量千分尺读数为实验目标读数下的待测试样的性能。但千分尺等仪器设备更容易受到恶劣天气影响而损坏或失准，导致在长期试验过程中，试验测试精度低，可靠性低。

技术实现要素：

基于此，有必要针对需要测试在恶劣环境下的产品性能的问题，提供一种环境-拉力耦合试验装置和系统。

一方面，本实用新型实施例提供了一种环境-拉力耦合试验装置，包括：应力环，上夹具，下夹具，第一可调固定件和第二可调固定件；

上夹具的一端连接待测试样的一端，下夹具的一端连接待测试样的另一端；

上夹具的另一端穿过应力环，下夹具的另一端穿过应力环，且上夹具的轴线和下夹具的轴线处于应力环的同一条直径上；

第一可调固定件与上夹具穿出应力环的部分匹配连接，第二可调固定件与下夹具穿出应力环的部分匹配连接，第一可调固定件和第二可调固定件之间的相对距离可调，使得应力环的载荷达到目标载荷，目标载荷为测量待测试样的性能所需的载荷。

在其中一个实施例中，环境-拉力耦合试验装置还包括第一固定件，上夹具的一端设置有第一凹槽，且设置有与第一凹槽的内部连通的第一通孔，第一凹槽的形状和待测试样的一端形状匹配；

第一固定件穿过第一通孔与待测试样上的第一固定位匹配连接，用于固定上夹具和待测试样。

在其中一个实施例中，环境-拉力耦合试验装置还包括第二固定件，下夹具的一端设置有第二凹槽，且设置有与第二凹槽的内部连通的第二通孔，第二凹槽的形状和待测试样的另一端形状匹配；

第二固定件穿过第二通孔与待测试样上的第二固定位匹配连接，用于固定下夹具和待测试样。

在其中一个实施例中，第一可调固定件为第一螺母，第二可调固定件为第二螺母；

上夹具穿过应力环的部分设置有外螺纹，第一螺母与上夹具上的外螺纹配合，固定上夹具和应力环；

下夹具穿过应力环的部分设置有外螺纹，第二螺母与下夹具上的外螺纹配合，固定下夹具和应力环。

在其中一个实施例中，应力环为34CrNiMo6合金结构钢的应力环。

在其中一个实施例中，应力环为外表面设置有一层防护漆的应力环。

在其中一个实施例中，第一固定件为外表面喷覆有绝缘材料的定位件，第二固定件为外表面喷覆有绝缘材料的定位件。

在其中一个实施例中，待测试样与上夹具接触的部分包覆有绝缘片，待测试样与下夹具接触的部分包覆有绝缘片。

一种环境-拉力耦合试验系统，包括加载单元，底座，底部固定组件和上述环境-拉力耦合试验装置；

下夹具穿过应力环的部分通过底座上的通孔与底部固定组件匹配连接，使应力环固定在底座上；

加载单元在应力环远离下夹具的一侧提供载荷，使得应力环的载荷达到目标载荷，并在目标载荷下调节第一可调固定件和第二可调固定件，使卸除加载单元后应力环的载荷仍保持在目标载荷。

在其中一个实施例中，环境-拉力耦合试验系统还包括螺栓预紧器，第一可调固定件为第一螺母，第二可调固定件为第二螺母；

上夹具穿过应力环的部分设置有外螺纹，第一螺母与上夹具上的外螺纹配合，固定上夹具和应力环；

螺栓预警器用于调节上夹具的外螺纹的预紧力。

本实用新型提供的一个或多个实施例至少具有以下有益效果：本实用新型实施例提供的环境-拉力耦合试验装置，通过将待测试样的两端分别连接上夹具和下夹具，并将连接后的上、下夹具分别沿两个方向的夹角为180°的方向穿出应力环，保持上、下夹具在应力环的同一条直径上，第一可调固定件与上夹具穿出应力环的部分对应连接，以固定上夹具和应力环，第二可调固定件与下夹具穿出应力环的部分对应连接，以固定下夹具和应力环，其中，第一可调固定件和第二可调固定件的相对距离可调，使得所述应力环的载荷处于目标载荷，采用第一、第二可调固定件的二级锁止设计，使得应力环处于恒载荷状态下，为待测试样提供恒载荷实验条件，且由于采用应力环和上、下夹具固定待测试样，使得待测试样可以充分与环境接触，使得整个试样处于实验环境中，实现环境的有效加载，且调整好载荷后，不依赖于千分尺等应力测量设备，可以进一步减弱由于设备损坏造成的试验误差，提高试验可靠性，且本实用新型实施例提供的环境-拉力耦合试验装置结构简单、便于携带。

附图说明

图1为一个实施例中环境-拉力耦合试验装置的结构示意图；

图2为另一个实施例中环境-拉力耦合试验装置的结构示意图；

图3为一个实施例中上夹具连接待测试样的一端的剖视图；

图4为一个实施例中待测试样的结构示意图；

图5为另一个实施例中下夹具连接待测试样的一端的剖视图；

图6为一个实施例中环境-拉力耦合试验系统的结构示意图；

图7为另一个实施例中环境-拉力耦合试验系统的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型实施例提供了一种环境-拉力耦合试验装置，如图1所示，包括：应力环10，上夹具20，下夹具30，第一可调固定件40和第二可调固定件50；上夹具20的一端连接待测试样60的一端，下夹具30的一端连接待测试样60 的另一端；上夹具20的另一端穿过应力环10，下夹具30的另一端穿过应力环 10，且上夹具20的轴线和下夹具30的轴线处于应力环10的同一条直径上；第一可调固定件40与上夹具20穿出应力环10的部分匹配连接，第二可调固定件 50与下夹具30穿出应力环10的部分匹配连接，第一可调固定件40和第二可调固定件50之间的相对距离可调，使得应力环10的载荷达到目标载荷，目标载荷为测量待测试样60的性能所需的载荷。

其中，应力环10可以是能够提供不同载荷的环体。第一可调固定件40可以是能够调节，且调节后可以固定上夹具20和应力环10体之间位置关系的部件，例如，可以是螺母等。同理，第二可调固定件50可以是能够调节，且调节后可以固定下夹具30和应力环10体之间位置关系的部件，例如，可以是螺母与下夹具30上的螺纹配合，也可以是固定杆，与下夹具30上的固定孔配合。

具体的，待测试样60的一端连接上夹具20，另一端连接下夹具30，形成上夹具20、待测试样60和下夹具30一体的组件，且上夹具20远离待测试样 60的一端穿出应力环10，部分位于应力环10的环形之外，类似的，下夹具30 远离待测试样60的一端穿出应力环10，部分位于应力环10的环形之外。第一可调固定件40在应力环10的环形外与上夹具20连接，第二可调固定件50在应力环10外与下夹具30连接，调节第一可调固定件40和第二可调固定件50 之间的距离，可以改变应力环10的形变量，即调节应力环10反作用力在待测试样60上的载荷，调节后，使应力环10的载荷达到目标载荷，即达到测试拉力要求。将处于目标载荷下的应力环10部分，放置在环境中，即可进行环境- 拉力耦合试验。采用本实用新型实施例提供的环境-拉力耦合试验装置，采用第一、第二可调固定件50的二级锁止设计，使得应力环10处于恒载荷状态下，为待测试样60提供恒载荷实验条件，提供恒拉力试验条件，且由于采用应力环 10和上、下夹具30固定待测试样60，使得待测试样60可以充分与环境接触，实现环境的有效加载，且调整好载荷后，不依赖于千分尺等应力测量设备，可以进一步减弱由于设备损坏造成的试验误差，提高试验可靠性。对于外场大气环境试验来说，依靠的是不同气候环境或局部气候环境的影响效应，所以需要经常转场进行试验测试，本实用新型实施例提供的环境-拉力耦合试验装置结构简单、便于携带，适用于需要经常转场测试的情况。

其中，待测试样60与上、下夹具30的连接方式可以有很多种，只要保证在应力环10施加拉力时，待测试样60与上夹具20之间不会相对移动，待测试样60与下夹具30之间也不会相对移动即可。

在其中一个实施例中，如图2、图3、图4所示，环境-拉力耦合试验装置还包括第一固定件70，上夹具20的一端设置有第一凹槽21，且设置有与第一凹槽21的内部连通的第一通孔22，第一凹槽21的形状和待测试样60的一端形状匹配；第一固定件70穿过第一通孔22与待测试样60上的第一固定位匹配连接，用于固定上夹具20和待测试样60。采用第一固定件70穿过第一通孔22与待测试样60上的第一固定位连接，以保持待测试样60与上夹具20之间的稳固连接关系，在进行环境-拉力耦合试验时，能够将应力环10上加载的载荷传递至待测试样60。其中，第一固定件70可以采用第一定位销，第一固定位可以是与第一定位销形状匹配的凹槽或者是通孔，当第一固定位为凹槽状时，第一定位销穿过第一通孔22，并插入待测试样60上对应的凹槽，借助第一通孔22和待测试样60上的凹槽，固定上夹具20和待测试样60。若第一固定位为通孔时，第一定位销穿过第一通孔22，然后再穿过待测试样60上的通孔，以固定上夹具20 和待测试样60。

在一个实施例中，如图3所示，上夹具20上还设置有与第一凹槽21的内部连通的第三通孔23，第一通孔22和第三通孔23相对设置，待测试样60的一端设置有第五通孔33，第一定位销依次穿过第一通孔22、第五通孔33和第三通孔23，固定上夹具20和试样。

在其中一个实施例中，如图2、图4、图5所示，环境-拉力耦合试验装置还包括第二固定件80，下夹具30的一端设置有第二凹槽31，且设置有与第二凹槽31的内部连通的第二通孔32，第二凹槽31的形状和待测试样60的另一端形状匹配；第二固定件80穿过第二通孔32与待测试样60上的第二固定位匹配连接，用于固定下夹具30和待测试样60。

采用第二固定件80穿过第二通孔32与待测试样60上的第二固定位连接，以保持待测试样60与下夹具30之间的稳固连接关系，在进行环境-拉力耦合试验时，能够将应力环10上加载的载荷传递至待测试样60。其中，第二固定件 80可以采用第二定位销，第二固定位可以是与第二定位销形状匹配的凹槽或者是通孔，当第二固定位为凹槽状时，第二定位销穿过第二通孔32，并插入待测试样60上对应的凹槽，借助第二通孔32和待测试样60上的凹槽，固定下夹具 30和待测试样60。若第二固定位为通孔时，第二定位销穿过第二通孔32，然后再穿过待测试样60上的通孔，以固定下夹具30和待测试样60。

在一个实施例中，如图5所示，下夹具30上还设置有与第二凹槽31的内部连通的第四通孔61，第二通孔32和第四通孔61相对设置，待测试样60的另一端设置有第六通孔62，第二定位销依次穿过第二通孔32、第六通孔62和第四通孔61，固定下夹具30和试样。

在其中一个实施例中，如图3所示，第一凹槽21为矩形凹槽，待测试样60 与第一凹槽21连接的部分呈矩形。类似的，在其中一个实施例中，第二凹槽31 为矩形凹槽，待测试样60与第二凹槽31连接的部分呈矩形。

在其中一个实施例中，第一凹槽21的内表面设置有第一胶垫，第二凹槽31 的内表面设置有第二胶垫。第一胶垫和第二胶垫可以起到缓冲作用。

在其中一个实施例中，如图2所示，第一可调固定件40为第一螺母，第二可调固定件50为第二螺母；上夹具20穿过应力环10的部分设置有外螺纹，第一螺母与上夹具20上的外螺纹配合，固定上夹具20和应力环10；下夹具30穿过应力环10的部分设置有外螺纹，第二螺母与下夹具30上的外螺纹配合，固定下夹具30和应力环10。

将第一螺母套在上夹具20上，调节第一螺母，可以改变第一螺母所在侧的应力环10体与上夹具20的相对位置关系，类似的，调节第二螺母，可以调节第二螺母所在侧的应力环10体与下夹具30的相对位置关系，所以综合调整第一螺母和第二螺母，可以调节应力环10的载荷大小，使得应力环10的载荷达到目标载荷，设定过程，可以借助千分尺等进行测量，例如，将千分尺测头的一端卡紧第一螺母的边沿，将千分尺测头的另一端卡紧第二螺母的边沿，实现应力环10的载荷测量，通过读千分尺的长度，计算得到应力环10的载荷。可选的，在第一螺母和应力环10之间还设置有垫片，以保证第一螺母对应力环10 的力的均匀性。同理，在第二螺母和应力环10之间设置垫片，进行连接。采用第一螺母、第二螺母并配合外螺纹的方式实现二级锁止，可以实现无极调载荷，有利于实现高精度下的环境-拉力耦合试验，且更有利于探究在相同环境下，拉力的变化对待测试样60的影响程度。

在其中一个实施例中，应力环10为34CrNiMo6合金结构钢的应力环10。其中，34CrNiMo6是一种抗拉强度大，其制造的部件可以承受较大载荷。

在其中一个实施例中，应力环10的外表面喷覆有防护漆。对于南海岛礁地区等环境严酷的地区，在开展环境-拉力试验时，试验装置也将持续受到高温、高湿、高盐雾、强降雨、强太阳辐射等恶劣环境因素的影响，轻则故障频繁，重则永久报废，严重制约项目进度和研究质量。本实用新型实施例提供的环境- 拉力耦合试验装置采用的应力环10，表面喷覆一层防护漆，隔绝应力环10内部的金属与环境，提高应力环10的抗腐蚀性，能够防止试验装置在恶劣环境中故障，提高试验可靠性，保证试验进度。其中，防护漆可以采用耐海洋聚氨酯面漆，防护漆的厚度可以是300～400um，喷覆太厚会在应力环10形变时漆面裂开。应力环10的中间层可以采用锌粉，底层可以采用环氧富锌漆喷覆(喷覆厚度可以为60～80um)。应力环10的内径可以不小于20cm，以便为上、下夹具30和待测试样60提供设置空间。

在其中一个实施例中，应力环10为外表面设置有一层防护漆的应力环10。

在其中一个实施例中，第一固定件70为外表面喷覆有绝缘材料的定位件，第二固定件80为外表面喷覆有绝缘材料的定位件。

为了避免夹具与待测试样60之间固定后产生电偶腐蚀，对第一固定件70、第二固定件80的表面均喷覆绝缘材料，使得夹具与待测试验之间的连接通道绝缘，不导电，降低电偶效应，提高试验装置的可靠性。第一固定件70可以采用圆柱形的第一定位销，第二固定件80可以采用圆柱状的第二定位销，喷覆的绝缘材料可以是特氟龙，绝缘材料的喷覆厚度可以是40～60um。

在其中一个实施例中，待测试样60与上夹具20接触的部分包覆有绝缘片，待测试样60与下夹具30接触的部分包覆有绝缘片。

与实验室介质环境试验不同，对于南海等恶劣环境下的环境-拉力耦合试验，试验装置与待测试样60共同承受南海海洋大气等环境因素的侵蚀作用，待测试样60与连接的夹具在潮湿环境下会形成腐蚀电偶对，影响待测试样60本身的受试情况。为了进一步排除电偶腐蚀的影响，除待测试样60与上、下夹具30 连接并接触的地方之外，例如待测试样60销接部位之外且接触上、下夹具30 部分的表面包覆绝缘片，以排除待测试样60与上、下夹具30之间的电偶效应。可选的，绝缘片可以选用特氟龙薄膜绝缘片(厚度可以是20～40um)。

一种环境-拉力耦合试验系统，如图6所示，包括加载单元100，底座200，底部固定组件300和上述环境-拉力耦合试验装置；下夹具30穿过应力环10的部分通过底座200上的通孔与底部固定组件300匹配连接，使应力环10固定在底座200上；加载单元100在应力环10远离下夹具30的一侧提供载荷，使得应力环10的载荷达到目标载荷，并在目标载荷下调节第一可调固定件40和第二可调固定件50，使卸除加载单元100后应力环10的载荷仍保持在目标载荷。

其中，环境-拉力耦合试验装置与上述实施例中相同，在此不做赘述。加载单元100可以是用于为应力环10加载应力的装置或物体。具体可以是将下夹具 30插入底座200，然后在底座200远离下夹具30的那一侧安装底部固定组件300，使得底部固定组件300和下夹具30连接，连接后环境-拉力耦合试验装置固定在底座200上。将底座200放置好后，可以进行载荷调节，具体过程可以是将加载单元100放置在上夹具20侧的应力环10上，并测量加载单元100加载的载荷大小，并在载荷达到目标载荷时，保持加载单元100处于稳定状态，然后调整第一可调固定件40和第二可调固定件50，使得应力环10处于保持这种状态，调整好后，固定第一可调固定件40和第二可调固定件50，此时可以卸除加载单元100等，采用二级锁止结构，可以在确定好载荷后，卸除测量载荷的设备和仪器，使得用于试验的装置结构简单，携带方便。且采用第一可调固定件40和第二可调固定件50来进行分别调整，可以使得待测试样60处于应力环10的中间对称位置，保证待测试样60受理均衡。

在其中一个实施例中，如图7所示，环境-拉力耦合试验系统还包括螺栓预紧器400，第一可调固定件40为第一螺母，第二可调固定件50为第二螺母，上夹具20穿过应力环10的部分设置有外螺纹，第一螺母与上夹具20上的外螺纹配合，固定上夹具20和应力环10；螺栓预警器用于调节上夹具20的外螺纹的预紧力。

其中，预紧力就是在拧螺栓(上夹具20具有外螺纹的部分)过程中拧紧力矩作用下的螺栓与被联接件之间产生的沿螺栓轴心线方向的预紧力。在正常状态下把螺纹拧紧后，再加大拧紧力量，使外螺纹连接在承受外力载荷之前受到预紧力的作用，材料有微量的变形，强螺纹联接的刚性、紧密性和防松性能，保证螺纹连接的正常工作，还可以提高螺纹件的疲劳强度。

在其中一个实施例中，如图7所示，环境-拉力耦合试验系统还包括应力环 10固定座，应力环10固定座设置在应力环10与底座200之间，用于支撑应力环10。

为预留第二可调固定件50的调节空间，采用应力环10固定座设置在应力环10与底座200之间，支撑应力环10，并保持应力环10与底座200之间的稳固关系。采用加载单元100进行载荷加载后，可以通过应力环10固定座与第二可调固定件50的空隙，调节第二可调固定件50与下夹具30的位置关系，例如，当第二可调固定件50为第二螺母是，可以是调节螺母的上紧量。

在其中一个实施例中，如图7所示，下夹具30穿出应力环10的部分设置有外螺纹，底座200固定组件包括：弹簧301，第一垫片302，第二垫片303和螺栓304；下夹具30远离待测试样60的一端开设有螺孔；弹簧301设置在第一垫片302和第二垫片303中间，且第一垫片302和弹簧301均套设在下夹具30 的外螺纹部分；螺栓304依次穿过第二垫片303和弹簧301与螺孔匹配连接。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。