一种疲劳试验环境模拟箱的制作方法

本实用新型涉及一种环境模拟装置，具体涉及一种应用于疲劳试验机，能够对试验环境进行有效模拟的疲劳试验环境模拟箱。

背景技术：

疲劳破坏是现代工程构件的主要失效形式之一，尤其是高强度材料的疲劳断裂，高强度材料长时间在交变载荷作用下，疲劳断裂往往非常突然的发生，进而容易导致重大灾难性事故。同时，很多工程构件的失效原因不仅仅是由于疲劳破坏造成的，工程构件失效往往是温度、湿度、腐蚀气氛等多种环境因素与疲劳破坏共同作用的结果。现在市场上已经出现能够模拟高/低温、不同湿度、不同腐蚀环境的力学试验箱，但在疲劳试验中，试样需一端固定在喇叭上，另一端悬空，试样随喇叭振动。现有技术中，由于振动式的疲劳试验过程中试样和喇叭不断的振动，试样伸入口与试样或喇叭之间的间隙难以密封，而振动式的疲劳试验周期长，该间隙会造成环境模拟箱内的空气与外界空气长时间换气，进而影响环境控制的精确度，影响试验结果。当试样伸入口与试样或喇叭之间的间隙通过密封垫勉强密封后，密封垫将影响试样或喇叭的振动，进而影响试验结果。

在机械设备发展中，九十年代对机械设备的寿命和强度要求低，一般工程构件使用低碳钢等金属材料，工程构件通常是在低于10⁷周次循环的疲劳数据下设计的，当构件经过10⁷周次循环而不破坏时，便认为它不再发生断裂。随着工业科技的进步，航天、汽车、机械等领域对部分构件的疲劳寿命提出了更高的要求，实际需要达到10⁸周次以上,有时甚至要10¹¹周次。现有的常规疲劳试验机，频率上限一般为50Hz，测试10⁹周次循环试验需要230天，而超声疲劳试验机能以20KHz的重复频率快速测试金属材料的疲劳寿命，同样10⁹周次循环试验也需要14h。由上述可知，疲劳测试试验耗费时间极长。

疲劳试样的断口是一对相互匹配的断裂面，断面一般发生在金属组织中最薄弱的地方，记录着有关断裂整个过程中包括裂纹的形核和扩展，以及环境因素对断裂过程的影响等有用信息。通过对断口的形态分析，可以研究断裂起因、断裂性质、断裂方式、断裂机制、断裂韧性、断裂过程的应力状态以及裂纹扩展速率等。根据疲劳试样断口裂纹源的确认，可以有效的分析疲劳试样的失效原因。腐蚀环境作用下表面蚀坑的存在或者加工缺陷等会造成表面断裂，材料组织中夹杂物、铸造孔洞等往往会成为内部裂纹源。更深入地研究环境因素和材料的冶金因素对断裂过程的影响，需要进一步对断口表面进行微区成分分析、主体分析、结晶学分析以及断口的应力与应变分析等。断口分析是对工程材料和结构进行失效分析的重要手段，因此对断口进行保护有重要意义。

通过上述内容可知，通过常规疲劳试验机进行试验，试验周期非常长，测试人员无法保证随时在疲劳试验机附近等待试验结束。而且因为试验过程中样品共振和压缩机运行产生的噪声，实验人员无法时刻对试样进行观察，一旦试样断裂，实验人员也很难知道。试样断裂后，下部分断口掉落在试验台上容易造成物理损伤，尤其对裂纹源在表面的断口有很大影响；如若长时间未取出断口，断口极易被模拟环境箱内的湿气、腐蚀气体腐蚀或者高温氧化，影响后续对疲劳试样断口进行分析。另外值得一提的是，即使是采用超声波疲劳试验机进行试验，相对于其他力学测试实验的试验时间也较长。

现有的能够模拟试验环境的疲劳实验装置，有如下两种：

专利号为CN201510995499.9的中国实用新型专利公开了一种低温超声振动疲劳实验系统，其设置于低温箱底部的对流风扇不但会对掉落后的下部试样的断口造成破坏，而且很容易造成安全事故。

专利号为CN201621476800.1的中国实用新型专利公开了双环境疲劳试验机，能够同时进行高/低温试验和盐雾试验，采用这种类型的模拟环境箱虽然可以得到材料疲劳寿命与应力条件、环境因素之间的关系数据，但是试样掉落后会对断口产生不可避免的破坏，影响后期对试样的失效分析。

如上述两种能够模拟试验环境的疲劳实验装置，均无法对断口进行有效地保护，且由于喇叭和试样在试验时振动，无法实现模拟环境箱的有效密封。

技术实现要素：

现有技术中疲劳试验机配带的环境模拟箱有以下问题：由于疲劳试验过程中试样和喇叭不断的振动，试样伸入口与试样或喇叭之间的间隙难以密封，不密封时，模拟箱内的空气与外界空气长时间换气，环境控制的精确度低；通过密封垫勉强密封后，密封垫影响试样或喇叭的振动，进而影响试验结果。为了解决上述问题，本实用新型提供一种简单方便、实用有效的疲劳试验环境模拟箱，不影响试样和喇叭的振动，同时还能有效的密封试样伸入口与试样或喇叭之间的间隙。

本实用新型提供的疲劳试验环境模拟箱，包括箱体，上述箱体连接有环境模拟装置，环境模拟装置用于模拟低温、高温、腐蚀气体气氛等环境。上述箱体上设置有试样伸入口，试样经试样伸入口能够伸入箱体内，上述试样或连接试样的喇叭与试样伸入口的内壁留有间隙，保证试样或连接试样的喇叭在振动时不会碰触试样伸入口内壁。上述试样伸入口处设置有环形的密封布，上述密封布是由柔性材料制成的；上述密封布的下端连接试样伸入口，上述密封布的上端与试样上部或连接试样的喇叭相连接，密封布用于密封试样伸入口与试样或喇叭之间的间隙。

优选的，上述伸入口处设置有向上延伸的连接短管，密封布的下端套在连接短管上，并且通过卡箍与连接短管密封连接；上述密封布的上端套在试样上部或连接试样的喇叭上，并通过卡箍密封连接。上述密封布通过卡箍与连接短管相连接，通过卡箍与试样或者喇叭相连接，连接方式简单可靠，且易拆卸。

优选的，上述密封布是由硅胶制成的。硅胶制成的密封布，能够起到较好的密封效果；且柔性好，能够随喇叭或试样振动变形。

优选的，环境模拟装置包括与箱体连通的进气管和排气管，上述进气管连接有气体发生装置。上述进气管和排气管的设置，可以使箱体内气体流通，通过气体发生装置产生冷气、热气、湿气、干燥气体和腐蚀气体的一种或多种混合气体，混合气体通过进气管进入箱体，使箱体内的原有气体从排气管排出，进而在箱体内模拟出特定气体环境，实现特定气体环境下的疲劳试验。

再优选的，上述气体发生装置包括气氛发生器、冷气发生器、湿气发生器、干气发生器和热气发生器的一种或多种,上述进气管靠近箱体的一侧还设置有空气搅拌器。上述气氛发生器、冷气发生器、湿气发生器、干气发生器和热气发生器用于产生各种不同气体，上述空气搅拌器用于将各类气体搅拌均匀，进而获得不同的气体试验环境。

再优选的，上述进气管、排气管和箱体内均设置有空气监测传感器。上述空气监测传感器的设置，可用于监控试验环境，并根据试验环境调控输入箱体内的气体，进而调节试验环境。

优选的，上述箱体的底部设置有试样存放腔，试样存放腔内填充有试样保护液，试样存放腔用于存放断裂的试样。上述保护液可以是柴油等不易挥发无腐蚀性的有机液体，也可以是其它无腐蚀性的液体，用于保护断口，防止断口被环境模拟箱内的气体腐蚀或高温氧化。

再优选的，上述试样存放腔为设置在箱体内的抽盒，上述抽盒为抽拉式的；上述箱体内设置有倾斜向下延伸至抽盒的弹性网，试样经弹性网滚落至抽盒。上述弹性网的设置，可以接收断裂的试样，并为试样的滚动起到导向的作用，使试样滚落至抽盒；最主要的，弹性网还可以起到保护断口的作用，断口掉落至弹性网上不会出现物理破坏。上述抽盒的设置，可用于存放保护液，测试人员只需将保护液倒入抽盒内即可，降低了保护液的使用量；同时，抽盒为抽拉式设计，测试人员可随时抽出抽盒，用于取出试样或添加保护液，试样的取出和保护液的添加工作简单易操作。

再次优选的，上述环境模拟装置包括与箱体连通的进气管和排气管，分别用于输入特定气氛的气体以及排出箱体内的气体，上述箱体与进气管的连接口位于弹性网下部，上述箱体与排气管的连接口位于弹性网上部。上述进气管位于弹性网下部，排气管位于弹性网上部，进入的气体先经弹性网再进入试样所处的试验环境，弹性网还能够起到均风板的作用，弹性网使气体在箱体内平缓流动，均匀分布，防止出现箱体内局部位置和其它位置相比环境差别较大的状况发生。

优选的，疲劳试验环境模拟箱还包括底座，底座连接有伸缩装置，上述箱体固定在伸缩装置的上端。上述底座的设置，用于安装箱体，当疲劳试验机高度变化时，测试人员可通过底座上的伸缩装置调节箱体高度，进而适配不同的疲劳试验机，不同的试验高度。

本实用新型提供的疲劳试验环境模拟箱与现有技术相比，具有以下有益效果：

本实用新型提供的疲劳试验环境模拟箱，通过柔性材料制成的密封布密封试样伸入口与试样或喇叭之间的间隙，能够起到较好的密封效果，使箱体内的模拟环境与外界分隔，防止箱体内的模拟环境与外界换气；且密封布能够随着试样或喇叭的振动而变形，不会影响试样或喇叭的振动，不影响试验结果。

附图说明

图1是基于本实用新型的疲劳试验环境模拟箱的立体结构示意图。

图2是基于本实用新型的疲劳试验环境模拟箱的的剖面图。

图3是基于本实用新型的疲劳试验环境模拟箱的主视图。

图4是基于本实用新型的疲劳试验环境模拟箱的的侧视图。

图5是图2中的A部放大图。

图6是图3中的B部放大图。

其中，附图标记包括：

1箱体；2试样；3密封布；31卡箍；4喇叭；5抽盒；6弹性网；7进气口；8排气口；9底座；91伸缩装置；10观察窗。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图1至6以示例的方式进行详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

本实施例提供的疲劳试验环境模拟箱，应用于疲劳试验机，疲劳试验机的杆状的喇叭上端连接超声波振子，下端连接试样，用于连接试样和传递振动；疲劳试验环境模拟装置可以与试样密封连接，也可以与喇叭密封连接。

如图1、图2、图3、图4和图6所示，疲劳试验环境模拟箱包括箱体1，箱体1制备时应注意保证密封性良好；上述箱体1连接有环境模拟装置，环境模拟装置是用于模拟低温、高温、腐蚀气体气氛等环境的设备。上述箱体1上设置有试样伸入口，试样2经试样伸入口能够伸入箱体1内，试样2在箱体1内的特定环境内进行疲劳试验。上述试样2或连接试样2的喇叭4与试样伸入口的内壁还需留有间隙，保证试样2或连接试样2的喇叭4在振动时不会碰触试样伸入口内壁。上述试样伸入口处设置有环形的密封布3，上述密封布3是由柔性材料制成的，其中，柔性材料可以是硅胶、橡胶或其它可以起到密封，但又柔软能够塑形变形的材料；上述密封布3的下端连接试样伸入口，上述密封布3的上端与试样2上部或连接试样2的喇叭4相连接；上述描述的连接应是密封连接，密封布3用于密封试样伸入口与试样2或喇叭4之间的间隙。

其中，上述技术内容中，需要特别说明的是：当试样2完全伸入箱体1内时，喇叭4位于试样伸入口内，密封布3密封的是喇叭4与试样伸入口的间隙；当试样2部分伸入箱体1内时，试样2上部位于试样伸入口内，密封布3密封的是试样2与试样伸入口的间隙。

具体的，密封布3的连接可以由以下部件及连接关系完成：上述伸入口处设置有向上延伸的连接短管，密封布3的下端套在连接短管上，并且通过卡箍31与连接短管密封连接；上述密封布3的上端套在试样2上部或连接试样2的喇叭4上，并通过卡箍31密封连接。上述密封布3通过卡箍31与连接短管相连接，通过卡箍31与试样2或者喇叭4相连接，连接方式简单可靠，且易拆卸。当然，当密封布3具有较好的弹性，也可由密封布3两端分别套在连接短管和试样2上部或连接试样2的喇叭4上，密封布3弹性缩紧实现连接固定。具体的，密封布3的连接方式还可以换成其它任意能够密封连接的方式，如柔性绳捆绑等。为了方便的取下疲劳试验环境箱，密封布3的连接方式应尽量选取容易拆卸的密封连接方式。

具体的，上述环境模拟装置包括与箱体1连通的进气管和排气管，上述进气管连接有气体发生装置，气体发生装置包括气氛发生器、冷气发生器、湿气发生器、干气发生器和热气发生器的一种或多种,上述进气管靠近箱体1的一侧还可以选择设置有空气搅拌器。上述进气管和排气管的设置，可以使箱体1内气体流通；通过气体发生装置产生冷气、热气、湿气、干燥气体和腐蚀气体的一种或多种混合气体；首先，混合气体在空气搅拌器内进行初步搅拌；然后混合气体通过进气管进入箱体1，使箱体1内的原有气体从排气管排出，进而在箱体1内模拟出特定气体环境；最后在该特定气体环境下进行疲劳试验。

更具体的，上述进气管、排气管和箱体1内均设置有空气监测传感器。上述空气监测传感器的设置，可用于监控试验环境，并根据试验环境调控输入箱体1内的各类气体比例及混合气体输入速率，进而调节试验环境。当需要自动化控制时，还可以设置控制器，控制器连接空气监测传感器和气体发生装置，控制器根据空气监测传感器的监测数据自动调节各气体发生装置的功率，进而调节各类气体进入箱体1内的速率和比例。

具体的，疲劳试验环境模拟箱还包括底座9，底座9连接有伸缩装置91，该伸缩装置91可以是液压缸、两个螺纹连接的支撑杆或任意能够实现长度变化的装置；上述箱体1固定在伸缩装置91的上端，箱体1根据伸缩装置91的伸缩调节高度。上述底座9的设置，用于安装箱体1，当疲劳试验机高度变化时，测试人员可通过底座9上的伸缩装置91调节箱体1高度，进而适配不同的疲劳试验机，不同的试验高度。

具体的，所述箱体1应设置为：能够观察到试样2。更具体设置可以是：箱体1上设置有观察窗10，观察窗10上用透明玻璃或其它材料密封安装；更具体设置还可以是：所述箱体1整体或部分板件是由透明玻璃制成的。

具体的，所述箱体1可以设置为：箱体1上有保温设计。更具体的设置可以是：在箱体1的外壁与内壁均覆盖有由纤维棉或其它保温材料制备的保温层。

本实施例提供的疲劳试验环境模拟箱，通过柔性材料制成的密封布3密封试样伸入口与试样2或喇叭4之间的间隙，能够起到较好的密封效果，使箱体1内的模拟环境与外界分隔，防止箱体1内的模拟环境与外界换气；且密封布3能够随着试样2或喇叭4的振动而变形，不会影响试样2或喇叭4的振动，不影响试验结果。

实施例2

在实施例1的基础上，本实用新型还可以设置用于保护断口的装置，具体内容如下：

本实施例提供的疲劳试验环境模拟箱，如图1至6所示，在箱体1的底部设置有试样2存放腔，试样2存放腔用于接收并保存断裂的试样2；试样2存放腔可以是设置在箱体1一侧的抽盒5，上述抽盒5为抽拉式的，测试人员可以将抽盒5从箱体1内抽出；抽盒5内填充有试样2保护液，保护液可以是柴油等不易挥发无腐蚀性的有机液体，也可以是其它无腐蚀性的液体，用于保护断口，防止断口被环境模拟箱内的气体腐蚀或高温氧化。

具体的，上述箱体1内设置有倾斜向下延伸至抽盒5的弹性网6，弹性网6横向设置在箱体1内，并向抽盒5方向倾斜向下设置，当试样2掉落至弹性网6上时，试样2沿弹性网6滚落至抽盒5。上述弹性网6的设置，可以起到导向的作用，使试样2滚落至抽盒5；最主要的，弹性网6还可以起到保护断口的作用，断口掉落至弹性网6上不会出现物理破坏。

更具体的，上述环境模拟装置包括与箱体1连通的进气管和排气管，分别用于输入特定气氛的气体以及排出箱体1内的气体，上述箱体1与进气管的连接口位于弹性网6下部，上述箱体1与排气管的连接口位于弹性网6上部。上述进气管位于弹性网6下部，排气管位于弹性网6上部，进入的气体先经弹性网6再进入试样2所处的试验环境，弹性网6还能够起到均风板的作用，弹性网6使气体在箱体1内平缓流动，均匀分布，防止出现箱体1内局部位置和其它位置相比环境差别较大的状况发生。

本实施例提供的疲劳试验环境模拟箱，设置有抽盒5，抽盒5内存放保护液，用于保护断裂的试样2，使用抽盒5存放保护液而不是箱体1底部全部填充保护液，能够降低保护液的使用量。同时，抽盒5为抽拉式设计，测试人员可随时抽出抽盒5，用于取出试样2或添加保护液，试样2的取出和保护液的添加工作简单易操作。

当然，以上说明仅仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本实用新型的保护。