[发明专利]一种高温压力同步施加方法

说明书

技术领域

本发明一种高温压力同步施加方法属于结构热强度试验领域。

背景技术

由于隔热材料的隔热性能受到温度和表面压力的影响，变化规律非线性，曲线外推误差大，因此其隔热性能测试要求在温度和压力环境下进行测试。现在通用的试验方法为：

选取200mm×200mm或300mm×300mm标准尺寸的测试材料平板试验件，利用石英灯加热，利用压梁或推杆加载机构加力载荷。为使热、力载荷均匀分布在试验件表面，试验通常采用采用厚度约5mm的金属平板放置在其受载面作为匀热匀载板。但此类的试验装置在测试中存在以下问题：

a)与测试要求状态差异大。采用金属平板向测试材料平板试验件表面传递热、力载荷时，在初始状态下可保证贴合较好，温度场和压力分布满足要求，但由于在受到热、力载荷作用下，随着时间效应的累积，所有测试材料平板试验件和金属平板会发生变形，从而在局部区域出现缝隙和过渡压缩，造成不同区域温度场和压力大小不一致，与测试要求的均匀温度场和均布压力差异大。

b)热流和温升速率测试能力受限。由于金属平板和加载结构热沉大，温度场破坏严重。石英灯加热条件下，金属平板表面温度平均升温速率小于5℃/s，平均自然降温速率小于0.5℃/s。受其影响，测试材料表面温度可控性很差，温度变化速率低，无法实现瞬态大热流和大温升速率的测试。

c)测试件易损伤或破坏。加载机构加载不均匀、金属平板高温下变形或测试材料变形时，会在测试材料表面造成压力分布不均，局部区域的压力载荷超过材料承受极限容易引起测试材料局部损伤或整体破坏。

发明内容

本发明的目的:通过采用金属箔代替厚金属板，用气体压力代替金属平板分散集中载荷的压力载荷施加方式，改进现在通用的高温-压力同步施加方法，提高温度场和压力载荷的模拟精度，实现温度、压力快速同步耦合施加。

本发明的技术方案:一种高温压力同步施加方法，其特征在于，该方法采取以下步骤：

1）准备一个耐温压力容器，耐温压力容器内部有活动隔板[4]能将其空腔分为两个独立部分空腔一[2]和空腔二[7]，空腔一[2]内壁面预留有加热器的安装座和气压调节口[1]；空腔一[2]内壁面预留有试验件安装平台的安装座[6]、气压调节口[8]；活动隔板[4]采用金属箔制成；

2）准备可调节高度的试验件安装平台[6]、加热器[3]；

3）打开耐温压力容器，取出活动隔板[4]；将试验件[5]及试验件安装平台[6]固定在空腔二[7]内，调节试验件[5]安装位置，使试验件[5]受载面比活动隔板[4]安装面凸出0mm～20mm；将加热器[3]安装在空腔[1]内，确保加热器[3]能加热活动隔板[4]；安装活动隔板[4]，能使空腔一[2]和空腔二[7]之间相互气密独立；

4）分别控制金属容器空腔一[2]和空腔二[7]气压，使其压差满足试验要求，并启动加热器[3]进行加热。

本发明的有益效果，采用此方法相比于现在的试验方法，其优点为：

a)金属箔隔膜受到力、热载荷后，依靠金属的延展性可很好地贴合测试材料表面，并随其表面变形，使力、热载荷传递损失小；

b)采用石英灯加热时，金属箔自身升温速率可超过100℃/s，受热之后可将热量迅速传递至测试材料表面，温度变化速率较高；

c)无论测试件表面如何变形，由气压产生的压力载荷可保证测试区域内各处力载荷均一致。

附图说明

图1是高温压力同步施加方法示意图

1是空腔一的气压调节口，2是空腔一，3是加热器，4是活动隔板，5是测试材料平板试验件，6是试验件安装平台，7是空腔二，8是空腔二的气压调节

具体实施方式

发明原理：针对现在通用的试验方法中金属平板在匀热匀载时产生的与测试要求状态差异大，热流和温升速率测试能力受限，测试件易损伤或破坏等问题，提出了利用金属箔代替厚金属板，用气体压力代替金属平板分散集中载荷的压力载荷施加方式。由于金属箔隔膜厚度薄，热沉小，热导率高，当试验件加载面与之贴合良好时，金属箔隔膜在加载面形成的附加热沉和热阻小，有利于热量的传递与控制。

下面结合图1对本发明进行详细描述：

1）准备一个耐温压力容器，耐温压力容器内部有活动隔板[4]能将其空腔分为两个独立部分空腔一[2]和空腔二[7]，空腔一[2]内壁面预留有加热器的安装座和气压调节口[1]；空腔一[2]内壁面预留有试验件安装平台的安装座[6]、气压调节口[8]；活动隔板[4]采用金属箔制成；