[发明专利]一种测量热流固耦合作用下材料力学特性的实验装置及其实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料力学特性测试装置及其实验方法，尤其涉及一种用于测量热流固耦合作用下材料力学特性的实验装置及其实验方法。

背景技术

目前尚不存在针对热流固耦合作用下材料力学特性的测试装置，特别是没有试验材料在高应力条件时对材料热流固耦合作用下材料疲劳强度采集的装置。

发明内容

本发明的目的之一是，提供一种装置结构简单、调节灵活简便的用于测量热流固耦合作用下材料力学特性的实验装置。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是，一种测量热流固耦合作用下材料力学特性的实验装置，包括管道系统、实验台、应变采集仪、计算机、材料切片以及粘附在材料切片上的应变片；其特征在于，所述管道系统包括恒温水箱、一首尾连接的环形管道和水泵；

所述恒温水箱内设置有一加热装置；

所述环形管道上设置有天窗；

所述试验台包括有夹具，所述夹具用于夹持所述材料切片；

所述永磁体插接在所述材料切片上缘，所述材料切片的下缘由所述夹具加紧；

所述应变片粘结在所述材料切片表面的下部，并随材料切片一道通过所述天窗竖立伸入所述环形管道内部；所述永磁铁与所述环形管道上方内壁保持一定间隙；所述应变片整体伸入环形管道内部，应变片的底部与其下方的管壁之间保留一定间隙；

所述应变片依次与所述应变采集仪、计算机连接；

所述天窗包括可拆卸密封板，所述密封板上开设有供所述材料切片插入的通孔；所述材料切片安装到位后，所述密封板在其与所述材料切片之间、所述环形管道管壁之间均形成密封；

所述电磁铁以所述材料切片延长线与所述环形管道上部的外壁面的交点为中心，固定在所述环形管道的外壁面上；

所述水泵由带变频器控制的电机驱动；

所述温度检测装置与压力检测装置成对设置，共三对；其中，两对对称设置在所述实验台的左右两侧；另一对设置在所述实验台的正上方；所述温度检测装置与压力检测装置均分别与所述计算机进行通信连接；

所述电磁体在与外接电源之间还连接有可调式变阻器。

作为优选，上述应变片数量为三个，各应变片顶端相连接、尾端向外伸展；其中两个应变片相互垂直，另一个应变片与上述两个应变片之间的夹角均为135°。

进一步优选，上述加热装置采用电磁变频加热方式加热。

进一步优选，上述测量热流固耦合作用下材料力学特性的实验装置还包括有若干用于支撑固定所述环形管道的支柱，所述循环管道每隔一定距离分别通过管夹固定在对应的支柱上；

所述循环管道整体呈椭圆形，其中心轴线所在平面与地平面成30°夹角。

进一步优选，上述环形管道外壁设置有保温层。

上述技术方案直接带来的技术效果是，整个实验装置结构简单，安装与拆卸、使用操作简便，能充分满足热固流藕合应力变场模拟实验的需要。

本发明的目的之二是，提供一种操作简便、热固流模拟实验真实准确的测量热流固耦合作用下材料力学特性的实验方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种测量热流固耦合作用下材料力学特性的实验装置的实验方法，包括以下步骤：

第一步，将粘贴有应变片的材料切片通过夹具夹持、伸入环形管道内，将密封板安装到位；

第二步，关闭放水口，通过加水口向环形管道内加水直至加满；

第三步，接通加热装置的电源，至环形管道内水温上升至设定温度后，接通电磁铁电源并启动水泵，按实验目的，分别或者交替进行不同组合方式的如下操作：调节变阻器的电阻和/或通过变频器调节水泵出口压力，直至实验人员通过计算机分析得出所需的实验结果；

第四步，切断各电源，开启放水口将环形管道内水排放干净；

第五步，拆卸密封板并更换不同的材料切片后，依次重复上述步骤。

上述技术方案直接带来的技术效果是，温度、液体(水)流速(压力)、材料应力等变量参数可以十分方便地根据实验目的进行各种不同组合形式的任意调节，从而保证实验人员根据研究需要获得真实准确的实验结果，其热固流耦合应力应变场模拟真实可靠，具有较高的精度。即，在多场耦合作用下对材料力学性质进行全面的测定，并获得材料的疲劳破断数据，为热流固耦合作用下材料的破坏相关理论研究提供基础实验数据支撑。

综上所述，本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、实验装置结构简单，安装与拆卸、使用操作简便，能充分满足热固流藕合应力变场模拟实验的需要；