一种于高温导电溶液下测量疲劳裂纹扩展的实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种测量疲劳裂纹扩展的实验装置，尤其适用于高温导电溶液的条件下对ct试样进行疲劳裂纹扩展的测量。

背景技术：

在许多领域中，很多工程构件经常会受到周期性载荷的作用，导致了构件的疲劳裂纹的启裂和扩展，不仅如此，这些工程构件还有可能会受到腐蚀环境的腐蚀而导致疲劳裂纹扩展加速，因此在特殊腐蚀环境下进行材料的疲劳裂纹扩展速率测量是对真实工况的模拟，对评价材料性能是极其重要的。

目前，试验机行业存在两种测量疲劳裂纹扩展速率的方式，一种是cod规测量法，一种是dcpd测量方式。两种方式普遍采用ct型试样，方便测量与计算。

cod规测量方式采用cod规直接测量ct试样开口量，通过弹性断裂力学得出开口量和裂纹长度的关系，已知ct试样的开口量代入公式计算出裂纹扩展的长度，这样就可以间接地测量出ct试样的疲劳裂纹扩展。但cod规不能使用在高温导电溶液里面，所以无法实现直接在高温导电溶液条件下对ct试样疲劳裂纹扩展速率的测量。

dcpd测量方式也称直流电位降法，其原理是在试样的两端施加恒定电流，使之在试样厚度方向上产生恒定的电场，ct试样中的电位分布会受到裂纹形状和尺寸的影响，当裂纹长度发生变化的时候，电位将会发生变化，通过此原理进行对ct试样进行疲劳裂纹扩展的测量，但dcpd测量方式是不能应用在导电的溶液里面，故无法用dcpd的测量方式对导电的高温导电溶液进行测量ct试样的疲劳裂纹扩展速率。

对ct试样进行疲劳裂纹扩展的测量实验对测量结果的准确度要求十分严格，尤其是在高温导电溶液的条件下对ct试样进行疲劳裂纹扩展的测量难度极大，几乎所有的传感器都无法直接在高温导电溶液的条件下对ct试样的疲劳裂纹扩展进行测量。

基于以上考虑，急需研究一种能够于高温导电溶液下测量疲劳裂纹扩展的实验装置。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种于高温导电溶液下测量疲劳裂纹扩展的实验装置，可以解决现有技术中的上述缺陷。

本实用新型的技术方案如下：

一种于高温导电溶液下测量疲劳裂纹扩展的实验装置，包括固定支架、加载轴、传导杆以及用于测量所述传导杆位移量的检测装置；

所述固定支架固定在一盖体上，所述盖体盖合于一釜体，所述固定支架位于所述釜体内，试样固定在所述固定支架上；所述加载轴一端与所述试样固定，另一端穿设于所述盖体并与外部的动力连接，所述加载轴与所述盖体滑动连接，能够上下滑动；所述传导杆成对设置，所述传导杆至少设置有一对，每对所述传导杆均包括第一传导杆和第二传导杆，所述第一传导杆一端连接在所述试样上靠近所述加载轴的预定位置处，另一端穿过所述盖体；所述第二传导杆一端连接在所述试样上远离所述加载轴的预定位置处，另一端穿过所述盖体；通过固定支架将试样固定在反应釜的釜体内，所述加载轴在外部动力的作用下对试样进行拉伸，试样在拉力的作用下产生疲劳裂纹，所述试样的位移量转化为每对所述传导杆的第一传导杆和第二传导杆的相对位移量，并由外部的所述检测装置检测；还包括一控制器，所述控制器与所述检测装置通信连接，所述控制器根据接收到的所述检测装置反馈的电信号，读取所述检测装置的测量结果。

将试样的变形通过传导杆引至釜体外，从而由检测装置很容易的测得，再由控制器读取该数据，经计算即可解出试样的疲劳裂纹扩展速率，解决了高温导电溶液的条件下对ct试样进行疲劳裂纹扩展测量的技术难题。

优选的，所述固定支架包括固定板和多个连接杆，每一所述连接杆各自固定在所述盖体上并向所述釜体内延伸，所述固定板固定在每一所述连接杆上，试样固定在所述固定板上。多个连接杆能够为固定板提供稳定的连接作用，从而将试样稳定的固定在反应釜釜体内。

优选的，多个所述连接杆沿所述盖体的周向均布，所述固定板固定在每一所述连接杆的自由端。均布的连接杆使固定板在加载轴的拉力下，使其受力均匀，从而避免在拉伸过程中固定板产生偏移而影响测试结果，同时固定板固定在连接杆的自由端，当固定板受到拉力作用时，连接杆能够给固定板提供稳定的反作用力，使固定支架以及试样能够更加稳固。

优选的，每对所述传导杆的每一所述传导杆于所述釜体外均设有一引出件，所述第一传导杆上固定有第一引出件，所述第二传导杆上固定有第二引出件，所述第一引出件、所述第二引出件以沿轴向错开的方式进行设置，所述检测装置包括cod规，所述cod规卡设在所述第一引出件与所述第二引出件之间，用于测量每对所述传导杆的相对位移量。检测装置难以直接测得每一传导杆的位移量，通过设置引出件，再由cod规间接测量引出件之间的距离，从而获得每对所述传导杆的上下位移量，具有结构简单，测量结果更加精准的优点。

优选的，每对所述传导杆设有一第二固定板，所述第二固定板位于所述釜体外，所述第一传导杆、所述第二传导杆分别通过一直线轴承活动连接在所述第二固定板上，所述第一传导杆、所述第二传导杆能够沿轴向自由向上或向下运动；所述加载轴的周向固定有一抱紧块，所述第二固定板固定在所述抱紧块上；所述加载轴上下移动时，所述第二固定板、所述直线轴承以及所述抱紧块与所述加载轴随动，从而为所述第一传导杆、所述第二传导杆提供准确的导向。

优选的，所述试样分别通过夹具固定头与所述固定支架和/或所述加载轴连接，所述夹具固定头上设有固定杆，所述试样上设有销钉，所述固定杆、所述销钉分别垂直于拉伸方向进行设置；还包括一连接片，所述连接片设有至少两个穿孔，所述连接片的至少两个所述穿孔分别套设在所述销钉以及所述固定杆上，从而固定所述试样。通过连接片将试样与夹具固定头固定，具有结构简单、连接稳定的优点。

优选的，所述试样的上下两端分别设有一贯穿的孔，所述销钉固定在所述贯穿的孔内，所述销钉的一端通过所述连接片与所述夹具固定头连接，另一端与所述第一传导杆或所述第二传导杆连接。通过销钉固定在试样的两端销孔内将传导杆引出到釜体之外的这种做法，解决了传导杆无法直接从试样开口处引出的问题，使得引出的方式更加简便。所述固定杆贯穿设于所述夹具固定头端部，所述固定杆的两个端部分别通过所述连接片与所述销钉连接，从而将试样稳定的固定在固定支架以及加载轴之间。

优选的，所述传导杆、所述加载轴分别通过o型密封圈与所述釜盖紧密连接。传导杆、加载轴能够自由的上下移动，o型密封圈分别与传导杆、加载轴同心设置，起到密封的作用。采用了o型圈的密封方式，相比于波纹管密封的方式承受的釜内正压力更大。

传导杆、加载轴在上下移动过程中与o型密封圈之间发生摩擦作用，为了防止o型密封圈过热而失效，还包括一水冷套，所述水冷套固定于所述盖体外表面，所述o型密封圈设于所述水冷套上端槽口内，所述o型密封圈与所述水冷套紧密连接，且，所述传导杆、所述加载轴分别与对应的所述o型密封圈紧密连接。

优选的，所述试样分别通过一l型连接件与所述第一传导杆以及所述第二传导杆连接，所述l型连接件的两个自由端分别固定在所述试样以及所述第一传导杆或所述第二传导杆上。通过l型连接件连接，试样产生裂纹时的位移量能够精准的传递至传导杆，从而提高测试的准确性。每对所述传导杆的第一传导杆、第二传导杆分设于试样的两侧，避免试样单侧受力时影响测试的准确性。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型通过一个简易有效的装置，将ct试样的销钉的位置引出到釜体之外，通过检测装置在釜外对第一传导杆、第二传导杆的上下位移量进行测量就直接测量出ct试样两个销钉之间的位移差，即测量出ct试样的变形量，再通过公式及尺寸换算即可求解出ct试样的疲劳裂纹长度，进而实现对ct试样在高温导电溶液环境下的疲劳裂纹扩展速率的测量，解决了目前cod规测量方式和dcpd测量方式均不能直接在高温导电溶液下对ct试样进行疲劳裂纹扩展测量的现状；且通过cod规卡设在两个引出件之间就能容易的测得传导杆的相对位移量，测量准确有效；另外，本装置对加载轴和传导杆均采用了o型圈的密封方式，相比于波纹管密封的方式承受的釜内正压力更大；传导杆通过销钉固定在ct试样的两端销孔内将传导杆引出到釜体之外的这种做法也是史无前例的，这种做法解决了传导杆无法直接从ct试样开口处引出的问题，使得引出的方式更加简便。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的实验装置的整体结构剖视图；

图2是本实用新型实施例1的实验装置的整体结构示意图；

图3是本实用新型实施例1的ct试样的示意图；

图4是本实用新型实施例1的ct试样夹具局部图；

图5是本实用新型实施例1的实验装置在釜体外的部分结构示意图。

附图标记：釜体1；釜盖过渡盘2；盖体3；水冷套5；cod规6；直线轴承7；加载轴8；传导杆9；试样销钉11；ct试样12；抱紧块13；第二固定板14；o型密封圈15；夹具固定头16；固定杆161；全螺纹螺杆17；l型连接件18；连接片19；穿孔191；固定支架20；固定板22；连接杆21；贯穿的孔121；第一传导杆91；第二传导杆92；第一引出件101；第二引出件102。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应该理解，这些实施例仅用于说明本实用新型，而不用于限定本实用新型的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本实用新型做出的改进和调整，仍属于本实用新型的保护范围。

实施例1

本实施例提供一种于高温导电溶液下测量疲劳裂纹扩展的实验装置，参见图1-图5，包括固定支架20、加载轴8、传导杆9以及用于测量所述传导杆位移量的检测装置；

所述固定支架20固定在一盖体3上，所述盖体3盖合于一釜体1，所述固定支架20位于所述釜体1内，ct试样12固定在所述固定支架20上；所述加载轴8一端与ct试样12固定，另一端穿设于盖体3并与外部的动力连接，加载轴8与盖体3之间为滑动连接，能够上下滑动；传导杆9至少设置有一对，包括第一传导杆91和第二传导杆92，第一传导杆91一端连接在ct试样12上并靠近加载轴8的预定位置处，另一端穿过盖体3；第二传导杆92一端连接在ct试样12上并远离加载轴8的预定位置处，另一端穿过盖体3。加载轴8在外部动力的作用下对ct试样12进行拉伸，ct试样12产生裂纹，ct试样12的位移量转化为传导杆9的位移量，并由外部的检测装置检测；还包括一控制器，控制器与检测装置电连接，控制器根据接收到的所述检测装置反馈的电信号，读取所述检测装置的测量结果并进行显示。

ct试样12的位移转化为第一传导杆91、第二传导杆92之间的上下移动量，从而由釜体1外部的检测装置测得，再由控制器读取该数据，经计算即可解出ct试样12的疲劳裂纹扩展速率，实现了高温导电溶液的条件下对ct试样进行疲劳裂纹扩展的测量。

具体的，参见图1，反应釜的釜体1内装有高温导电腐蚀溶液，釜盖过渡盘2通过螺钉连接的方式固定在釜体1上，釜盖3通过螺钉连接的方式固定在釜盖过渡盘2上，这样釜体1、釜盖过渡盘2、釜盖3共同组成了一个高温密闭环境。如图2所示，固定支架20包括固定板22和多个连接杆21，连接杆21的上端通过螺纹连接的方式固定在釜盖3上，共有四根连接杆21，以釜盖3的中心轴线为基准均布在釜盖3下面，四根连接杆21的下端与固定板22通过螺纹螺母的方式固定在了一起。多个连接杆21能够为固定板22提供稳定的连接作用，从而将ct试样12稳定的固定在反应釜釜体1内。均布的连接杆21使固定板22在加载轴8的拉力下，使其受力均匀，从而避免在拉伸过程中固定板22产生偏移而影响测试结果。

如图3和图4所示，ct试样12的上下两端分别设有一个贯穿的孔121，两个贯穿的孔121分别贯穿了一个试样销钉11，试样销钉11与ct试样12之间通过螺纹螺母的方式进行了固定。ct试样12分别通过夹具固定头16与固定支架20和加载轴8连接，夹具固定头16沿垂直于轴向的方向上设有固定杆161，夹具固定头16的轴向方向设有内螺纹。固定板22的中心处连接有一个全螺纹螺杆17，此全螺纹螺杆17通过螺纹的连接方式固定在固定板22上，上端的夹具固定头16通过螺纹连接固定在加载轴8上，下端的夹具固定头16通过螺纹连接固定在固定板22的全螺纹螺杆17上。还包括一连接片19，连接片19的上下两端各设有一穿孔191，连接片19的穿孔191分别钩挂在试样销钉11以及固定杆161上，再通过螺母进行固定，从而将ct试样12固定在固定板22以及加载轴8之间。通过连接片进行固定，具有结构简单、连接稳定的优点。

固定杆161贯穿连接在夹具固定头16的端部，并通过螺纹连接的方式固定在夹具固定头16上，这样，ct试样12的两侧各通过一连接片19与夹具头的固定杆161连接，进一步增加了ct试样12与夹具固定头16之间连接的稳定性。

优选的，第一传导杆91上固定有第一引出件101，第二传导杆92上固定有第二引出件102，第一引出件101、第二引出件102以沿轴向错开的方式设置在釜体1外，检测装置包括cod规6，cod规6卡设在第一引出件101与第二引出件102之间，用于测量第一传导杆91、第二传导杆92之间沿轴向的相对位移量。通过设置引出件的方式，由cod规6测量第一引出件101与第二引出件102之间轴向移动的距离，从而获得第一传导杆91、第二传导杆92的上下位移量，具有结构简单，测量结果更加精准的优点。

参见图5，传导杆9上设有一第二固定板14，第二固定板14位于反应釜釜体1外，第一传导杆91、第二传导杆92分别通过一直线轴承7活动连接在第二固定板14上，第一传导杆91、第二传导杆92能够沿轴向自由向上或向下运动。加载轴8的周向固定有一抱紧块13，第二固定板14固定在抱紧块上；加载轴8上下移动时，第二固定板14、直线轴承7以及抱紧块13随动，从而为第一传导杆91、第二传导杆92提供准确的导向。

继续参见图1、图2、图5，釜盖3的预定位置处分别设有安装孔(图中未示出)，第一传导杆91、第二传导杆92、加载轴8分别以间隙配合的方式穿过釜盖3，为了起到密封作用，第一传导杆91、第二传导杆92、加载轴8分别通过一o型密封圈15与釜盖3之间紧密连接。加载轴8、传导杆9与o型密封圈15之间发生摩擦作用，为了防止o型密封圈15过热而失效，还包括一水冷套5。三个水冷套5分别通过螺纹的方式固定在釜盖3的安装孔内，水冷套5的上端装有o型密封圈15，o型密封圈15装入水冷套5的上端槽口内且与水冷套5为紧密配合。o型密封圈15为橡胶材质，即加载轴8、传导杆9既可以在o型密封圈15内上下滑动又可以保证密封性。

ct试样12分别通过一l型连接件18与第一传导杆91以及第二传导杆92连接，l型连接件18的两个自由端分别与ct试样12的试样销钉11以及第一传导杆91或第二传导杆92固定。通过l型连接件18进行连接，ct试样12产生裂纹时的位移量能够精准的传递至传导杆9，从而能够提高测试的准确性。第一传导杆91、第二传导杆92分设于ct试样12的两侧，避免试样单侧受力时影响测试的准确性。

本实用新型的实验装置的工作过程如下：

加载轴8在外部动力的作用下进行上下拉伸的过程中，加载轴8会一起带动上端的夹具固定头16一起运动，上端的夹具固定头16又通过如图4中的各种连接带动对ct试样12进行拉伸，ct试样12的变形的位移通过试样销钉11传递给传导杆9，这样就把ct试样12的位移转化为传导杆9的上下移动，由传导杆9的上下移动带动引出件10的上下移动，通过cod规6进行测量第一引出件101、第二引出件102的上下移动的位移差，也为第一传导杆91、第二传导杆92的位移差，即为ct试样12的变形量，cod规6的测量值通过一电信号传递给控制器，控制器就会读取两组cod规6的测量值，控制器会将两组cod规6测得的数值进行取平均值的方式使得得到的结果更加准确，最终测量出ct试样12的变形量，根据计算也得出了ct试样的开口量。再根据弹性断裂力学，通过公式及尺寸换算即可求解出ct试样的疲劳裂纹长度，最终实现在高温导电溶液下对ct试样疲劳裂纹扩展速率的测量。

本实施例中，控制器的型号为eau-2200，品牌：凯尔孚，控制器还可以选择现有的型号，仅需读取两组cod规6的数据并进行取平均值，再将结果显示至显示屏即可，控制器的型号并不用于限制本实用新型的保护范围。

以上公开的仅为本实用新型优选实施例。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属领域技术人员能很好地利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。