[实用新型]用于材料低温静态力学性能连续应变与图像记录测试系统

说明书

技术领域

本实用新型属于材料低温力学性能测试领域，具体涉及一种用于材料静态低温力学性能连续可视化应变与图像记录测试系统，特别涉及300-80K材料静态力学性能可视化应变与图像记录测试系统。

背景技术

随着材料(包括金属材料、非金属材料、复合材料等)在低温环境下(室温-4K)的应用越来越广泛，相关的研究与设计对材料在低温环境下的力学性能、破坏行为，特别是实时破坏的应变和图像信息需求很迫切。在材料投入实际低温环境应用前，人们必须进行大量的低温力学试验，以获取材料在低温下的力学性能及破坏行为，为产品的设计、加工及应用提供必要的数据支持。传统上对于材料的破坏过程只能在测试结束后通过对所获得的结果进行分析、模拟，还原材料在受力过程中本身的变化行为。从事低温领域研究的工作者一直都希望低温下材料的受力变化情况像室温试验一样，能实时观察并记录材料每一时刻受力导致材料的外形变化及瞬间的破坏情况。在材料的低温力学测试过程中，若能实时观察试样受力时的应变变化与图像、断裂行为等，对进一步研究材料在低温下的力学行为有很大的帮助。例如高分子薄膜在低温环境中的力学性能测试，由于薄膜材料本身尺寸及柔韧性等原因，导致想要获得薄膜在低温环境下的应力-应变曲线及整个测试过程的图像信息变得十分困难。直接接触式测量薄膜在低温环境中的应变不容易实现，这就需要一种无接触式的同时又能准确测量薄膜材料在低温环境中受力变形的试验装置。

目前虽有报道在试验腔体保持真空的情况下，利用制冷源间接制冷试样，可以实现窗口观测。但是此种方式受制于制冷介质、制冷时间与温度梯度等因素的影响，很难实现不同种类材料、不同低温力学测试形式、不同试样尺寸特别是大尺寸试样的低温力学性能测试。传统的低温力学试验装置很难实现实时观察材料受力变形的图像信息，主要的原因在于传统上材料的低温力学性能(包括拉伸、压缩、弯曲、层间剪切等)测试需要在相对密闭的低温环境中或浸泡在相应的低温制冷介质中来实现，一旦破坏密闭的低温环境，大量的水蒸气或沸点较低的气体会液化成小液雾，充盈在整个空间，导致无法用肉眼或摄像设备来观察、记录。浸泡在制冷介质中的试样，由于光线的折射及液面上大量的小液雾，导致无法直接观测。因此研制一种低温环境下(300-80K)能实时记录材料应力与应变及图像信息的力学性能测试系统，显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型一个目的在于提供一种用于300-80K材料静态力学性能连续可视化图像记录测试系统，该系统在实现材料低温环境中力学性能测试的同时，又能实时以应变及图像的形式记录材料受力变化的整个过程。该测试系统具有宽泛的测试温区(300-80K)且控温精确；试样受力时应变及图像变化的记录与应力采集同步；适用于各种标准或非标准试样、不同静态力学测试类型在低温环境下的力学性能连续可视化图像记录测试；安装及测试方便。

本实用新型提供的用于300-80K材料静态力学性能连续可视化应变与图像记录测试系统，包括一带有可视化窗口的低温环境箱、制冷及控温系统、除霜装置与高速应变记录系统，其特征在于：

所述低温环境箱为一保温环境箱，所述低温环境箱的前表面设置有带有透明的观测窗的门；所述环境箱的上侧面和下侧面各带有一密封保温板；所述低温环境箱的上侧面和下侧面的中心位置各有一承力轴；所述承力轴通过密封保温板上的穿孔，贯穿进入到环境箱内部；

所述制冷及控温系统包括制冷装置和控温装置；

所述制冷装置包括液氮雾化器和导流板；所述导流板位于低温环境箱内后半部液氮雾化器的前面；

所述控温装置包括温度计、风机、加热器和排气装置；所述温度计位于低温环境箱的内部材料力学性能测试区域；所述风机的主机部分位于低温环境箱外部的后表面上，风机的扇叶穿过环境箱的后侧面位于环境箱的内部；所述扇叶位于液氮雾化器与导流板之间；所述风机电源线和信号线与温度控制器连接；所述排气装置的一端处于环境箱的外部，另一端位于低温环境箱内部的导流板上；

所述高速应变记录系统包括一高速应变及图像采集设备；

所述处在环境箱外部的承力轴分别与材料静态力学试验机的横梁和基座连接，所述环境箱内部承力轴的端头上装卡不同类型的试验夹具。

优选的，所述制冷装置还包括液氮罐和液氮输液管，所述液氮输液管上设置有低温电磁阀。

优选的，所述制冷装置还包括加热器，所述加热器位于环境箱内部的导流板与液氮雾化装置之间。