[发明专利]超高温原位双轴拉伸压缩疲劳测试平台

说明书

技术领域

本发明涉及材料原位力学性能测试领域，特别涉及一种耐高温材料在超高温环境复杂载荷作用材料力学性能参数测试方法与装置，尤指一种超高温原位双轴拉伸压缩疲劳测试平台。

背景技术

随着我国科学技术的迅速发展，材料的性能要求越来越苛刻，尤其在航空航天、国防安全、核能等领域，如航天器返回舱、航天飞机高压喷管、高超音速导弹天线罩等需承受2000℃以上的超高温环境，这就要求上述零部件材料具有足够的耐高温性能。传统的材料已不能满足需求，防热复合材料、高温陶瓷等耐高温材料应运而生，其具有轻质、耐高温、隔热、强度高、抗疲劳等特殊性能，是热防护系统设计的关键性材料，被广泛应用制成各种超高速飞行装置和导弹的发动机喉管喉衬、隔热环、高压喷管、涡轮机引擎等功能部件。

耐高温材料的力学性能参数(诸如弹性模量、硬度、极限强度等)会随着温度的改变发生非线性变化，世界各国对用于防热保护的耐高温材料的研究极度重视。早在上世纪九十年代，美国、俄罗斯、日本、法国等国就把复合材料的研究列入先进材料研究计划，许多国家都建立了相关超高温研究机构，对材料在超高温环境下的力学性能进行系统的研究。耐高温材料的力学性能指标评价技术的欠缺制约着我国耐高温材料的发展。同时，美国、俄罗斯等国对我国实行技术封锁，超高温环境下耐高温材料力学性能测试技术和装置进口受限，极大地阻碍了我国耐高温材料力学指标评价体系的建立，我国迫切需要对高温环境下耐高温材料力学性能进行研究。

鉴于耐高温材料大多数长期工作于超高温环境中，在设计耐高温材料及应用进行结构设计时，必须对符合材料及零部件进行系统的试验分析，充分掌握高温环境下耐高温材料在静载荷、动载荷、以及其他复杂载荷作用下的各种性能指标数据，建立耐高温材料结构的失效模型，探索失效机理，为耐高温材料的设计应用提供理论依据，保证耐高温材料应用的可靠性。对耐高温材料在极端高温环境中复杂载荷作用下的力学性能参数进行测定，获得耐高温材料在超高温、复杂载荷作用下的失效模式和机理，为航空航天、国防建设的发展提供理论支撑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高温原位双轴拉伸压缩疲劳测试平台，用于对耐高温材料在超高温环境复杂载荷应力作用下的力学性能参数进行测定，解决现有技术存在的上述问题。力学性能测试装置是检测材料力学性能的重要手段，是材料发展，科技进步的保障。本发明集驱动、加载、检测、力热耦合环境下双轴拉伸/压缩/疲劳力学性能测试以及原位观测于一体的多功能精密测试平台，进一步开展超高温双轴复杂载荷加载材料力学性能实验研究，加快我国对用于防热保护的耐高温材料的研究。本发明设计了一种对开式中频感应加热炉，使十字形板状试件与测试平台前后观测窗口平行放置，方便利用双比色红外测温仪对试件中心位置的温度测量以及利用数字散斑(或高速相机)对测试试件进行应变测量、试验过程实时原位观测等。本发明结构布局属于立式结构，整体装配于平台支撑块，固定在气浮隔震台上，立式结构布局以及平台前后开设观测窗口，方便试验过程的操作、温度测量、应变测量、实时原位观测等。本发明以耐高温材料为研究对象，提出的超高温环境原位双轴拉伸压缩疲劳测试平台为耐高温材料在极端高温环境复杂载荷作用下的力学性能参数测定，获取耐高温材料在超高温、复杂载荷作用下的失效模式与机理提供支撑，对相关产业的开发和产业化、填补我国相关领域的技术空白具有重要意义。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

超高温原位双轴拉伸压缩疲劳测试平台，包括双轴载荷加载单元、超高温环境加载单元、信号检测控制单元，所述双轴载荷加载单元是：电动缸2通过电动缸前法兰16、法兰连接架3固定安装在平台支撑块15上，电动缸输出轴与一级力传感器32、二级力传感器33螺纹连接，二级力传感器33与夹具体之间装有隔热板25，并通过螺栓连接起来，构成载荷驱动模块；平面相对四个方向布置的四个载荷驱动模块和十字形试件46装配组成双轴载荷加载单元；

所述超高温环境加载单元包括对开式中频感应加热炉和真空密封腔两部分，所述对开式中频感应加热炉通过前感应线圈固定立条20-1、后感应线圈固定立条20-2固定在真空密封腔的前屏蔽层35-1、后屏蔽层35-2内壁上，通过前感应线圈7-1、后感应线圈7-2对十字形试件46中心部分在真空环境或惰性气体环境下进行超高温加热。