一种针对-196℃下低损耗力学测试装置及方法

本发明属于低温疲劳测试，尤其涉及一种针对-196℃下低损耗力学测试装置及方法。

背景技术：

1、随着科技的进步与发展，现代工业对低温环境服役的设备需求日益迫切，例如外太空飞行器、破冰船、极地科考站、低温恒温器、液氮、液氧和液氦运输存储等领域，存在相关部件在低温工况下服役。低温下材料的性能会有所转变，例如随温度降低，部分材料会出现强度增加，延伸率下降，材料的脆性增加，断裂形式由塑性断裂转变为脆性断裂等现象。因此，随着低温结构材料需求的增加，对材料在低温环境下各种性能测试不可或缺。只有准确掌握材料在低温下的特点和各项力学性能，才能尽最大可能避免在实际应用中因材料意外损伤失效发生意外。

2、工程应用中，材料在运行过程中易承受交变载荷等作用力，材料的疲劳损伤是主要失效模式之一。低温疲劳检测装置需要实现在低温环境下对材料疲劳性能进行检测，以此获得材料在低温环境下的疲劳性能，为低温部件和设备的应用提供重要参考和依据。

3、然而，目前的低温疲劳检测装置依靠低温环境箱系统营造低温环境，低温环境箱系统内部空间大，消耗的液氮多，环境箱系统与外部传递热量多，也增加了液氮的消耗量，因此为减少液氮用量，亟需一种针对-196℃下低损耗力学测试装置及方法来解决。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种针对-196℃下低损耗力学测试装置及方法，以解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种-196℃低温下低损耗疲劳测试装置，包括：疲劳试验组件、低温工装夹具、低损耗低温环境组件、低温控制组件和数据检测系统；

4、所述数据检测系统与所述疲劳试验组件和所述低温控制组件电性连接；

5、所述低温控制组件用于控制所述低损耗低温环境组件内温度；

6、所述低温工装夹具包括上夹具和下夹具，所述上夹具和所述下夹具分别夹紧疲劳试样的两端；

7、所述下夹具外部设有螺纹，所述低损耗低温环境组件底部内侧与所述下夹具螺纹连接，所述低损耗低温环境组件内腔尺寸与所述疲劳试样尺寸贴合；

8、所述上夹具在所述低损耗低温环境组件内活动设置；

9、所述上夹具和所述下夹具均与所述疲劳试验组件连接。

10、优选的，所述低损耗低温环境组件包括低温环境罐，所述低温环境罐底部内侧设有螺纹，所述低温环境罐底部内壁与所述下夹具外壁螺纹连接；所述上夹具在所述低温环境罐内活动设置；

11、所述低温环境罐设置在所述疲劳试样的外侧，所述低温环境罐内腔尺寸与所述疲劳试样尺寸贴合；

12、所述低温环境罐顶部固接有闭孔型泡沫玻璃，所述闭孔型泡沫玻璃中心开设有通孔；

13、所述低温环境罐内壁与外壁之间设有真空层，所述低温环境罐内壁设有测温部，所述测温部与所述低温控制组件电性连接。

14、优选的，所述测温部包括测温元件，所述测温元件与所述低温控制组件电性连接。

15、优选的，所述低温控制组件包括低温控制系统，所述低温控制系统与所述测温元件电性连接，所述低温控制系统与所述数据检测系统电性连接；

16、所述低温环境罐顶部一侧设有液氮输入接口，所述液氮输入接口通过液氮输送管道连通有液氮罐，所述液氮输送管道的进口端设有电磁阀，所述电磁阀与所述低温控制系统电性连接，所述低温控制系统获取所述测温元件反馈的温度数据调整所述电磁阀开度，控制所述液氮罐自动向所述低温环境罐内补充液氮来控制温度，液氮下液面位于所述下夹具的上端。

17、优选的，所述疲劳试验组件包括上拉杆和下延长杆，所述上拉杆底端贯穿所述闭孔型泡沫玻璃中心的通孔与所述上夹具固接；

18、所述下延长杆的顶端与所述下夹具底端固接；

19、所述上拉杆和所述下延长杆设置在载荷施加部上，所述数据检测系统与所述载荷施加部电性连接。

20、优选的，所述载荷施加部包括底座，所述下延长杆的底端固接与所述底座顶部固接，所述底座内设有伺服机构和控制面板；

21、所述底座顶部设有若干支撑立柱，若干所述支撑立柱滑动连接有同一横梁，所述横梁传动连接有若干作动轴，所述作动轴与所述伺服机构传动连接；

22、所述上拉杆的顶端固接在所述横梁的底部；

23、所述下延长杆的底端与所述底座的顶部固接；

24、所述伺服机构与所述控制面板电性连接；

25、所述横梁上安装有载荷传感器，所述载荷传感器与所述数据检测系统电性连接。

26、一种-196℃低温下低损耗疲劳测试装置的使用方法，基于一种-196℃低温下低损耗疲劳测试装置，包括以下步骤：

27、s1、将低损耗低温环境组件与所述下夹具螺纹连接，将疲劳试样安置在所述下夹具内，并将整体与所述疲劳试验系统连接；

28、s2、启动所述低温控制组件，使所述低损耗低温环境组件内温度持续符合试验要求；

29、s3、启动所述疲劳试验系统，获取试验数据，数据传输至所述数据检测系统；

30、s4、试验完成后，所述数据检测系统得到结果。

31、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

32、使用时，将疲劳试样安置在低损耗低温环境组件内，并将疲劳试样与疲劳试验系统连接；随后启动低温控制组件，使低损耗低温环境组件内温度持续符合试验要求；启动疲劳试验系统，将荷载施加在疲劳试样上，获取试验数据，将数据传输至数据检测系统；等试验完成后，数据检测系统得到结果。本发明通过在低损耗低温环境组件底部内侧设计螺纹与下夹具紧密连接，减小内腔尺寸，减少液氮用量，从而实现液氮的低损耗。

技术特征：

1.一种-196℃低温下低损耗疲劳测试装置，其特征在于，包括：疲劳试验组件、低温工装夹具、低损耗低温环境组件、低温控制组件和数据检测系统(8)；

2.根据权利要求1所述的一种-196℃低温下低损耗疲劳测试装置，其特征在于：所述低损耗低温环境组件包括低温环境罐(14)，所述低温环境罐(14)底部内侧设有螺纹，所述低温环境罐(14)底部内壁与所述下夹具(13)外壁螺纹连接；所述上夹具(12)在所述低温环境罐(14)内活动设置；

3.根据权利要求2所述的一种-196℃低温下低损耗疲劳测试装置，其特征在于：所述测温部包括测温元件(19)，所述测温元件(19)与所述低温控制组件电性连接。

4.根据权利要求3所述的一种-196℃低温下低损耗疲劳测试装置，其特征在于：所述低温控制组件包括低温控制系统(11)，所述低温控制系统(11)与所述测温元件(19)电性连接，所述低温控制系统(11)与所述数据检测系统(8)电性连接；

5.根据权利要求2所述的一种-196℃低温下低损耗疲劳测试装置，其特征在于：所述疲劳试验组件包括上拉杆(5)和下延长杆(3)，所述上拉杆(5)底端贯穿所述闭孔型泡沫玻璃(16)中心的通孔与所述上夹具(12)固接；

6.根据权利要求5所述的一种-196℃低温下低损耗疲劳测试装置，其特征在于：所述载荷施加部包括底座，所述下延长杆(3)的底端固接与所述底座顶部固接，所述底座内设有伺服机构(1)和控制面板(2)；

7.一种-196℃低温下低损耗疲劳测试装置的使用方法，基于权利要求1-6任一所述的一种-196℃低温下低损耗疲劳测试装置，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明属于低温疲劳测试技术领域，尤其涉及一种针对‑196℃下低损耗力学测试装置及方法，包括：疲劳试验组件、低温工装夹具、低损耗低温环境组件、低温控制组件和数据检测系统；低温控制组件用于控制低损耗低温环境组件内温度；低温工装夹具包括上夹具和下夹具，上夹具和下夹具分别夹紧疲劳试样的两端；下夹具外部设有螺纹，低损耗低温环境组件底部内侧与下夹具螺纹连接，低损耗低温环境组件内腔尺寸与疲劳试样尺寸贴合；上夹具在低损耗低温环境组件内活动设置；上夹具和下夹具均与疲劳试验组件连接。本发明通过在低损耗低温环境组件底部内侧设计螺纹与下夹具紧密连接，减小内腔尺寸，减少液氮用量，从而实现液氮的低损耗。

技术研发人员：林红娇,张璐,冯涛,温志勋,岳珠峰
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19