高效高温拉伸夹持装置及测试方法与流程

本发明涉及试验机与精密仪器技术领域，特别涉及一种高效高温拉伸夹持装置及测试方法。该装置在试验过程中一次能够夹持多根试样，大大提高了试验的效率。基于高效高温拉伸夹持装置，提供了一种高效高温拉伸测试方法，为航空航天、汽车制造和国防军工等领域关键结构材料高温力学性能测试提供技术保障。

背景技术：

随着科学技术的不断发展，各个领域关键结构材料的力学性能测试需求日益增加。在航空航天、汽车制造和国防军工等领域，一些关键结构如航空发动机叶片、汽车曲轴、飞机火箭的蒙皮等常承受高温和机械载荷的耦合作用，由此导致的失效破坏时有发生，给国家经济带来损失巨大，究其根源在于对关键材料在高温和机械载荷耦合作用下的变形损伤和破坏失效机制理解不清。因此，进行模拟材料实际服役工况下的性能测试意义重大。

开展高温拉伸试验是获得材料高温和机械载荷耦合作用下的变形损伤和破坏失效机制最直接的方法。对于高温拉伸试验，国内外众多学者开展了大量研究，研发出众多测试装置及试样夹持装置，发明专利cn201510344645.1提出一种高温拉伸夹具，可以实现试样快速夹持与取出，实用新型专利cn201320116368.5提出一种板状试样高温拉伸夹具，实现了板状试样的精确对中，实用新型专利cn201820032001.8提出一种棒状试样的高温拉伸夹具，解决了高温下试样变形粘结夹具的问题。上述试样夹持装置能够有效地开展材料高温拉伸测试，保证试验精度。然而，其缺点在于试验过程中一次只能测试一根试样，使得试验时间长、能量利用率低、试验效率低下。如何提高高温拉伸试验的效率，保证试验精度，是亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高效高温拉伸夹持装置及测试方法，解决了现有技术存在的上述问题，满足国家高温环境下材料力学性能测试的重大需求，为航空航天、汽车制造和国防军工等领域关键结构材料高温力学性能测试提供技术保障。本发明结构简单、试样装夹方便、对中性良好，本装置能够保障多根试样并行测试，大大提高了试验效率，为航空航天、汽车制造和国防军工等领域关键结构材料高温力学性能测试提供技术保障。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

高效高温拉伸夹持装置，包括上夹具1、下夹具2和夹持组件3，所述上夹具1和下夹具2分别通过万向节ⅰ105、万向节ⅱ203与高温拉伸测试装置连接，并实现夹持装置在试验过程中的整体对中；夹持组件3分别通过上球铰ⅰ30101、下球铰ⅰ30103与上夹具1的上开槽夹头103、下夹具2的下开槽夹头201连接，实现每根试样试验过程中的自动对中。

所述的夹持组件3包括可替换使用的棒状试样夹持组件301和板状试样夹持组件302，其中棒状试样夹持组件301的棒状试样30102通过端部的外螺纹与上螺纹夹头ⅰ30105、下螺纹夹头ⅰ30104的内螺纹配合实现刚性连接，上螺纹夹头ⅰ30105外部柱面与上球铰ⅰ30101的内圆柱面配合，下螺纹夹头ⅰ30104外部柱面与下球铰ⅰ30103内圆柱面配合；板状试样夹持组件302的板状试样30203上端通过螺栓30208和螺母30207与上板状夹头30202刚性连接，下端通过螺栓30208和螺母30207与下板状夹头30204刚性连接，上板状夹头30202与上螺纹夹头ⅱ30209螺纹连接，下板状夹头30204与下螺纹夹头ⅱ30205螺纹连接，上螺纹夹头30209ⅱ外部柱面与上球铰ⅱ30201内圆柱面配合，下螺纹夹头ⅱ30205外部柱面与下球铰ⅱ30206内圆柱面配合，上球铰ⅱ30201通过球面与上开槽夹头103配合，下球铰ⅱ30206通过球面与下开槽夹头201配合；棒状试样夹持组件301、板状试样夹持组件302相互更换使用，实现对各种不同材料、尺寸的板状及棒状试样的牢固夹持。

所述的上夹具1包括万向节ⅰ105、上夹持板101、力传感器102、高温连杆ⅰ104、上开槽夹头103，所述上夹持板101上端与万向节ⅰ105锁紧，下端通过双头螺柱与力传感器102相连，高温连杆ⅰ104上端与力传感器102螺纹连接，下端与上开槽夹头103螺纹连接。

所述的下夹具2包括万向节ⅱ203、下夹持板202、高温连杆ⅱ204、下开槽夹头201，所述下夹持板202下端与万向节ⅱ203锁紧，上端与高温连杆ⅱ204螺纹连接，高温连杆ⅱ204上端与下开槽夹头201螺纹连接。

本发明的另一目的在于提供一种高效高温拉伸测试方法，当进行棒状试样高温拉伸试验时，包括如下步骤：

步骤1、夹具安装：将上夹具1和下夹具2分别通过万向节ⅰ105和万向节ⅱ203安装到万能试验机外部设备的上下端；

步骤2、夹持组件3安装：将棒状试样夹持组件301的上螺纹夹头30105与上球铰ⅰ30101安装一起，下螺纹夹头ⅰ30104与下球铰ⅰ30103安装一起，然后将喷涂高温散斑的棒状试样30102两端分别与上螺纹夹头ⅰ30105和下螺纹夹头ⅰ30104螺纹连接，将棒状试样夹持组件301通过上球铰ⅰ30101、下球铰ⅰ30103与上夹具1的上开槽夹头103、下夹具2的下开槽夹头201连接，完成棒状夹持组件301安装；

步骤3、启动高温非接触式应变测量仪：启动高温非接触式应变测量仪，对四根棒状试样30102进行高温应变测量；

步骤4、高温拉伸载荷加载：启动高温加载设备升温至指定温度，保温10min；启动万能试验机的静态拉伸加载单元，采用位移控制对被测试样进行静态拉伸加载，至此完成高温拉伸载荷的加载；通过力传感器102测得的真实力值及高温非接触式应变测量仪测得的应变值，经过后续数据处理得到每个试样的应力应变曲线。

本发明的有益效果在于：本发明的装置包含上夹具、下夹具和夹持组件组成，其中上夹具和下夹具分别通过万向节ⅰ、万向节ⅱ与高温拉伸测试装置（外部设备）连接，夹持组件分别通过上球铰ⅰ、下球铰ⅰ与上开槽夹头、下开槽夹头连接。夹持组件包括棒状试样夹持组件和板状试样夹持组件，能够实现各种不同材料、尺寸的板状及棒状试样夹持。本发明结构简单、试样装夹方便、对中性良好，本装置能够保障多根试样并行测试，大大提高了试验效率，为航空航天、汽车制造和国防军工等领域关键结构材料高温力学性能测试提供技术保障。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的上夹具的结构示意图；

图3为本发明的下夹具的结构示意图；

图4为本发明的夹持组件的结构示意图；

图5为本发明的棒状试样夹持组件示意图；

图6为本发明的板状试样夹持组件示意图；

图7为本发明的球铰与开槽夹头配合处局部示意图；

图8为本发明的棒状试样夹持组件安装示意图。

图中：1、上夹具；2、下夹具；3、夹持组件；101、上夹持板；102、力传感器；103、上开槽夹头；104、高温连杆ⅰ；105、万向节ⅰ；201、下开槽夹头；202、下夹持板；203、万向节ⅱ；204、高温连杆ⅱ；301、棒状试样夹持组件；302、板状试样夹持组件；30101、上球铰ⅰ；30102、棒状试样；30103、下球铰ⅰ；30104、下螺纹夹头ⅰ；30105、上螺纹夹头ⅰ；30201、上球铰ⅱ；30202、上板状夹头；30203、板状试样；30204、下板状夹头；30205、下螺纹夹头ⅱ；30206、下球铰ⅱ；30207、螺母；30208、螺栓；30209、上螺纹夹头ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图8所示，本发明的高效高温拉伸夹持装置，包括上夹具1、下夹具2和夹持组件3，所述上夹具1和下夹具2分别通过万向节ⅰ105、万向节ⅱ203与高温拉伸测试装置（外部设备）连接，并实现夹持装置在试验过程中的整体对中；夹持组件3分别通过上球铰ⅰ30101、下球铰ⅰ30103与上夹具1的上开槽夹头103、下夹具2的下开槽夹头201连接，实现每根试样试验过程中的自动对中。球铰材料采用热膨胀系数小、耐高温、耐磨性好的高温合金。

参见图4至图6所示，所述的夹持组件3包括可替换使用的棒状试样夹持组件301和板状试样夹持组件302，其中棒状试样夹持组件301包括上螺纹夹头ⅰ30105、下螺纹夹头ⅰ30104、上球铰ⅰ30101、下球铰ⅰ30103、棒状试样30102，棒状试样30102通过端部的外螺纹与上螺纹夹头ⅰ30105、下螺纹夹头ⅰ30104的内螺纹配合实现刚性连接，上螺纹夹头ⅰ30105外部柱面与上球铰ⅰ30101的内圆柱面配合，下螺纹夹头ⅰ30104外部柱面与下球铰ⅰ30103内圆柱面配合；板状试样夹持组件302包括上螺纹夹头ⅱ30209、下螺纹夹头ⅱ30205、上球铰ⅱ30201、下球铰ⅱ30206、上板状夹头30202、下板状夹头30204、螺栓30208、螺母30207、板状试样30203，板状试样30203上端通过螺栓30208和螺母30207与上板状夹头30202刚性连接，下端通过螺栓30208和螺母30207与下板状夹头30204刚性连接，上板状夹头30202与上螺纹夹头ⅱ30209螺纹连接，下板状夹头30204与下螺纹夹头ⅱ30205螺纹连接，上螺纹夹头30209ⅱ外部柱面与上球铰ⅱ30201内圆柱面配合，下螺纹夹头ⅱ30205外部柱面与下球铰ⅱ30206内圆柱面配合，上球铰ⅱ30201通过球面与上开槽夹头103配合，下球铰ⅱ30206通过球面与下开槽夹头201配合；棒状试样夹持组件301、板状试样夹持组件302相互更换使用，实现对各种不同材料、尺寸的板状及棒状试样的牢固夹持。

参见图2所示，所述的上夹具1包括万向节ⅰ105、上夹持板101、力传感器102、高温连杆ⅰ104、上开槽夹头103，所述上夹持板101上端与万向节ⅰ105锁紧，下端通过双头螺柱与力传感器102相连，高温连杆ⅰ104上端与力传感器102螺纹连接，下端与上开槽夹头103螺纹连接。

参见图3所示，所述的下夹具2包括万向节ⅱ203、下夹持板202、高温连杆ⅱ204、下开槽夹头201，所述下夹持板202下端与万向节ⅱ203锁紧，上端与高温连杆ⅱ204螺纹连接，高温连杆ⅱ204上端与下开槽夹头201螺纹连接。

参见图1至图8所示，本发明的高效高温拉伸试验方法，当进行棒状试样高温拉伸试验时，包括如下步骤：

步骤1、夹具安装：将上夹具1和下夹具2分别通过万向节ⅰ105和万向节ⅱ203安装到万能试验机（外部设备）的上下端；

步骤2、夹持组件3安装：将棒状试样夹持组件301的上螺纹夹头30105与上球铰ⅰ30101安装一起，下螺纹夹头ⅰ30104与下球铰ⅰ30103安装一起，然后将喷涂高温散斑的棒状试样30102两端分别与上螺纹夹头ⅰ30105和下螺纹夹头ⅰ30104螺纹连接，将棒状试样夹持组件301通过上球铰ⅰ30101、下球铰ⅰ30103与上夹具1的上开槽夹头103、下夹具2的下开槽夹头201连接，完成棒状夹持组件301安装；

步骤3、启动高温非接触式应变测量仪：启动高温非接触式应变测量仪，对四根棒状试样30102进行高温应变测量；

步骤4、高温拉伸载荷加载：启动高温加载设备（外部设备）升温至指定温度，保温10min；启动万能试验机（外部设备）的静态拉伸加载单元，采用位移控制对被测试样进行静态拉伸加载，至此完成高温拉伸载荷的加载；通过力传感器102测得的真实力值及高温非接触式应变测量仪测得的应变值，经过后续数据处理得到每个试样的应力应变曲线。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。