[发明专利]一种双层封闭式超低温力学试验装置和试验方法

说明书

本发明提出一种双层封闭式超低温力学试验装置，属于测量测试技术领域，包括液氮槽、液氮、试件夹具、承力地轨、滑轮组合及固定支架组合、钢丝绳、测力计、作动筒、CCD镜头、镜头固定支架、石英玻璃罩、石英玻璃盖板、双气刀、氮气瓶、液氮加注瓶、数字图像相关测量系统以及加载控制系统；试验件水平固定在液氮中；试件夹具一侧连接测力计和作动筒；双气刀的气流流经试件夹具正上方；石英玻璃罩设置在石英玻璃盖板的正上方；CCD镜头设置在试验件的正上方，与数字图像相关测量系统连接；数字图像相关测量系统用于对采集数据进行后处理。本发明还提出了试验方法，解决了现有技术不能实现低温环境下应用数字图像相关方法的问题。

技术领域

本发明属于测量测试技术领域，具体涉及一种双层封闭式超低温力学试验装置和试验方法。

背景技术

在航天航空工业领域中，研究材料和结构的超低温力学性能具有重要意义。然而，由于低温环境的复杂性和特殊性，准确获得材料及结构在超低温环境下的力学性能通常十分困难。

数字图像相关方法是一种基于图像采集的先进光学非接触变形测量技术，目前已被广泛应用于常温和高温环境下材料及结构的力学性能研究。而在低温环境下，由于结霜、起雾、气流扰动等干扰因素，在使用这种光学测量方法时可能会出现测量结果不准确甚至方法失效的情况。

现有技术无法实现在超低温环境下利用数字图像相关方法进行变形测量及力学性能研究，准确获得材料及结构在超低温环境下的力学性能十分困难，有必要作出改进。

发明内容

本发明提供一种双层封闭式超低温力学试验装置和试验方法，目的是解决现有技术中低温环境下应用数字图像相关方法时测量结果不准确甚至方法失效的问题。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种双层封闭式超低温力学试验装置，包括液氮槽、液氮、试件夹具、承力地轨、滑轮组合及固定支架组合、钢丝绳、测力计、作动筒、CCD镜头、镜头固定支架、石英玻璃罩、石英玻璃盖板、双气刀、氮气瓶、液氮加注瓶、数字图像相关测量系统以及加载控制系统；承力地轨固定在地面上，上表面水平设置；液氮槽为上方敞口的箱型结构，用于容纳液氮，液氮槽水平固定在承力地轨上；试件夹具分别夹持试验件的两端，使其水平固定在液氮槽内的液氮中；试件夹具的其中一侧与液氮槽侧壁连接固定，另一侧通过钢丝绳绕过滑轮组合及固定支架组合后，依次连接测力计和作动筒；加载控制系统用于控制作动筒施加载荷；液氮加注瓶通过管路连通液氮槽，加载控制系统还用于控制液氮加注瓶向液氮槽内加注液氮；双气刀包括沿水平方向平行设置的上层风刀和下层风刀，两套风刀分别独立连接氮气瓶，叠放设置于液氮槽的一侧上方，产生的氮气气流流经试件夹具所在位置的正上方；石英玻璃盖板为一体式结构，采用石英玻璃材料制成，截面为对称形状，投影面与液氮槽的开口形状尺寸一致；石英玻璃盖板包括顶盖、侧板和支撑板，顶盖上设置有预制孔，用于安装钢丝绳，顶盖和侧板构成通风槽，下层气刀设置在通风槽一侧，与石英玻璃盖板连接固定；石英玻璃罩设置在石英玻璃盖板的正上方；CCD镜头设置在试验件的正上方，位于石英玻璃罩和石英玻璃盖板之间，通过镜头固定支架悬吊固定，CCD镜头与数字图像相关测量系统连接，通过数字图像相关测量系统控制采集图像；镜头固定支架的悬臂部分贯穿石英玻璃罩顶部并固定在外部支架上；石英玻璃罩为分体式结构，采用石英玻璃材料制成，包括气刀侧半罩和加载侧半罩；气刀侧半罩和加载侧半罩的顶部对接面上设置有缺口，用于安装镜头固定支架，加载侧半罩的顶部还设置有预制孔，用于安装钢丝绳，石英玻璃罩的底部还设置有开口槽，上层气刀设置在石英玻璃罩中气刀侧半罩的开口槽内，与石英玻璃罩连接固定；数字图像相关测量系统用于对CCD镜头采集的图像数据进行后处理，获得试验结果；加载控制系统还用于控制液氮加注瓶向液氮槽内加注液氮，保持槽内液面高度稳定。

作为进一步优化，测力计和作动筒竖直设置。

作为进一步优化，双气刀通过低温胶或铁丝连接固定。

作为进一步优化，液氮槽采用Q345钢制成。