一种材料扭转及扭转疲劳试验装置的制作方法

本发明涉及材料扭转及扭转疲劳性能测试技术领域。更具体地，涉及一种多种温度条件下测试材料扭转及扭转疲劳性能的装置。

背景技术：

目前仅有室温条件下进行材料扭转及扭转疲劳性能的测试装置，无法在低温(液氦4.2K)至高温(573K)温区内任意温度下进行测试，同时现有测试装置的夹具对试样的夹持不良，试样容易从夹具中滑脱，造成测试结果的不准确。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种可在多种温度条件下进行材料扭转及扭转疲劳性能测试的装置，同时该装置对试样的夹持效果良好，测试结果准确。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种材料扭转及扭转疲劳测试装置，包括疲劳试验机、真空杜瓦容器、控温系统和夹具组件，所述夹具组件进一步包括：与所述疲劳试验机的负荷传感器连接的上连接法兰、与所述疲劳试验机的横梁固定连接的上连接盘、通过上支撑杆与所述上连接盘固定连接的上法兰、一端与所述上法兰固定连接的支撑管，与所述支撑管的另一端固定连接的上支撑盘、通过下支撑杆与所述上支撑盘固定连接的下支撑盘、一端与所述上连接法兰连接另一端穿过上连接盘和上法兰以及支撑管和上支撑盘的中心杆、与所述中心杆的另一端固定连接的下内支撑盘和分别与所述下内支撑盘和下支撑盘连接的夹具，所述真空杜瓦容器与上法兰密封连接，试样位于真空杜瓦容器内部，所述温控系统用来控制所述真空杜瓦容器内的温度，为试样提供所需的环境温度。

优选地，所述下内支撑盘和下支撑盘上分别开设有用于连接夹具的T型槽，所述夹具上开设有用于夹持试样的V型槽，该V型槽表面开设有水平布置的若干个凹槽。

优选地，当试验温度要求4.2K或77K温度进行时，通过将液氦或液氮注入到所述真空杜瓦容器中浸泡试样来实现。

优选地，所述控温系统包括对真空杜瓦容器内部环境升温的加热装置和控制加热装置的控温器，当试验温度要求4.2K-77K或77K-室温温区进行时，先通过将液氦或液氮注入所述真空杜瓦容器进行预冷，再通过所述控温器和加热装置为真空杜瓦容器内部环境升温来实现。

优选地，所述控温系统包括对真空杜瓦容器升温的加热装置和控制加热装置的控温器，当试验温度要求室温以上至573K温区进行时，通过所述控温器和加热装置为真空杜瓦容器内部环境升温来实现。

优选地，所述上法兰上设置有用于连接所述加热装置和控温器的接线柱。

优选地，所述上法兰上设置有用于向真空杜瓦容器内注入液氦或液氮的输液口。

优选地，所述上法兰上设置有用于测量真空杜瓦容器内挥发的氦气或氮气压力的压力表以及排放氦气或氮气的排气口。

优选地，所述上法兰上设置有便于操作人员抓握该测试装置的把手。

本发明的有益效果如下：

该装置可实现低温(最低液氦4.2K)、室温、高温(最高300摄氏度)下任意环境温度下的扭转及扭转疲劳性能测试；环境温度精确可控可调；试样夹具支撑盘T型槽的设计，可以固定试样夹具，使其在扭转时不易与支撑盘产生滑脱，影响试验测量结果；试样夹具及试样的设计，使试样在发生扭转不易与夹具产生滑脱现象，避免影响试验测量结果。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明的夹具组件的结构示意图。

图2示出本发明夹具的局部示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

一种材料扭转及扭转疲劳测试装置，包括：包括疲劳试验机、真空杜瓦容器、控温系统和夹具组件。图1示出夹具组件的结构示意图，夹具组件包括：上连接法兰1、上连接盘2、上支撑杆3、上法兰4、支撑管5、上支撑盘6、下支撑杆7、下支撑盘8、中心杆9、下内支撑盘10和夹具11。上连接法兰1通过螺栓与疲劳试验机的负荷传感器固定连接，上连接盘2通过螺栓与疲劳试验机的横梁固定连接，上法兰4通过上支撑杆3与上连接盘2固定连接，支撑管5的一端固定设置在上法兰4的中心处，另一端与上支撑盘6的中心处连接，下支撑盘8通过下支撑杆7与上支撑盘6固定连接，中心杆9的一端与上连接法兰1固定连接，另一端穿过上连接盘2、上法兰4、支撑管5和上支撑盘6后与下内支撑盘10连接，夹具11分别固定设置在下内支撑盘10和下支撑盘8上，试样20的两端分别被夹具11夹持。真空杜瓦容器与上法兰4密封连接，试样20位于真空杜瓦容器内部，温控系统用来控制所述真空杜瓦容器内的温度，为试样20提供所需的环境温度。

图2示出夹具11的局部示意图，夹具11开设有用于夹持试样20的角度为90度的V型槽110，V型槽110的表面开设有水平布置的若干小型V型槽。采用上述结构便于夹具11夹紧试样20，防止滑脱。下内支撑盘10和下支撑盘8上开设有T型槽，夹具11设置在T型槽内并通过螺栓固定连接。采用上述结构的夹具11，使试样在发生扭转不易与夹具11产生滑脱现象，避免影响试验测量结果。

本实施例中，需要测试4.2K温度下材料的扭转及扭转疲劳性能，首先将液氦注入真空杜瓦容器内浸泡试样20来得到试验温度，然后疲劳试验机的负荷传感器输出扭矩通过上连接法兰1、中心杆9、下内支撑盘10和夹具11作用到试样20上，试样20的另一端通过夹具20、下支撑盘8、下支撑杆7、上支撑盘6、支撑管5、上法兰4、上支撑杆3和上连接盘2固定在疲劳试验机的横梁上保持不动，最后通过采集疲劳试验机的负荷传感器的数据得到材料在4.2K低温下的扭转疲劳性能数据。通过将液氦换成液氮可得到77K温度下的数据。

进一步的，本发明的上法兰4上设有输液口41、压力表42和排气管43。通过输液口41向真空杜瓦容器内注入液氦/液氮便于试验人员的操作。或者通过输液管向真空杜瓦容器内注入液氦/液氮，因此在上法兰4上设置输液管密封组件41对输液管进入真空杜瓦容器处进行密封，可保证试验时的温度，减少液氦/液氮挥发。压力表42用于测量真空杜瓦容器内挥发的氦气氮气的压力，当压力过大时，通过排气管43释放，保证试验的安全。设有液氦/液氮的输液管密封组件41

进一步的，本发明的控温系统包括外部控温器和加热装置，当试验温度要求4.2K-77K或77K-室温温区进行时，先通过将液氦或液氮注入所述真空杜瓦容器内进行预冷，再通过控温器和加热装置为真空杜瓦容器内部环境升温来实现。当试验温度要求室温以上至573K温区进行时，通过控温器和加热装置为真空杜瓦容器内部环境升温来实现。加热装置可以是加热电阻，加热片或者加热带。本发明的装置可实现低温(最低液氦4.2K)、室温、高温(最高573K)下任意环境温度下的扭转及扭转疲劳性能测试，并且测试环境温度精确可控可调。

进一步的，上法兰4上还设有接线柱44，用于连接外部的控温器和真空杜瓦容器内的加热装置。

进一步的，为了提高真空杜瓦容器与上法兰4之间的密封效果，在上法兰4与中心杆9之间设置旋转密封组件45。

进一步的，在上法兰4还设置有便于操作员将夹具组件安装到疲劳试验机上把手46。

本发明实验装置的安装及试验流程如下：

(1)用两端带有螺纹的上支撑杆3，将上连接盘2通过螺纹孔连接固定在上法兰4上方。

(2)通过螺栓将支撑管5连接固定在上法兰4的下方。

(3)支撑管5的另一端通过焊接固定在上支撑盘6上。

(4)用两端带有螺纹的下支撑杆7，将上支撑盘6与下支撑盘8，通过螺纹连接并用螺母锁紧固定。

(5)将两端加工了螺纹的中心杆9分别穿过有中心通孔的上连接盘2、上法兰4、上支撑盘6以及支撑管5。将有方形孔的上连接法兰1连接在中心杆9的上端，并用螺母锁紧固定；将有方形孔的下内支撑盘10，连接固定在中心杆9的下端,并用螺母锁紧固定。

(6)将一对夹具11，对称安装在下内支撑盘10的T形槽中，调整好夹具位置，并通过夹具垂直于V型槽水平侧的两个通孔，用螺栓将夹具11锁紧固定在下内支撑盘10上。

(7)再将一对夹具11，安装在下支撑盘8中，安装方法同上。

(8)将试样安装在扭转夹具上，通过V型槽侧的四个通孔，用螺栓将夹具锁紧，将试样固定。

(9)利用把手46将装置提起，通过上连接法兰1的通孔，用螺栓将装置固定在疲劳试验机的负荷传感器上。通过螺栓将上连接盘2连接在疲劳试验机横梁上。

(10)试验过程中上连接法兰1，中心杆9，下内支撑盘10，及其上安装夹具，会随着疲劳试验机作动器的转动而转动，其余部位固定不动，由于待测试样20上端与可转动的下内支撑盘10上安装的扭转夹具固定连接，下端与固定不动的下支撑盘8上安装的扭转夹具固定连接，因此试样会产生扭转。通过数据采集器，获得不同扭转角度(0-360度)下的待测试样的在扭转以及扭转疲劳状态下获得的数据参数。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。