[发明专利]一种热疲劳实验装置

说明书

本发明提供了一种热疲劳实验装置，包括：工作架，包括激光固定架；激光加热系统，安装在激光固定架上，用于加热样品；样品放置座，位于激光发生器的下方，包括固定样品的夹持装置，夹持装置包括两块相对设置的夹持块，和驱动两块夹持块相对运动的动力装置；温度测量装置，用于实时监测样品在实验过程中的温度变化；裂纹观测装置，用于通过图像设备监测样品表面在实验过程中的状态变化；冷却装置，用于降低样品的温度；控制单元，用于控制各部件的实验参数。本发明的样品在经历热循环温度波动的同时受到恒定机械应力加载，能在平行于压缩载荷方向上产生定向扩展裂纹，能够满足材料样品以及结构件的热疲劳性能测试，具有重要的科学意义及工程价值。

技术领域

本发明涉及热疲劳实验领域，特别涉及一种恒定机械应力加载的以脉冲激光为热源的热疲劳实验装置。

背景技术

随着发动机向高功率密度、高紧凑方向发展，由高热负荷引起的燃烧室组件及其材料的热损伤问题日益突出，已引起各国研究机构的高度重视，并分别基于高频感应线圈、石英灯、高温辐射、电阻加热器、高温燃气等加热方法建立起相应的实验平台，进行热疲劳实验研究，但是这几种加热方式在实现准确的构件温度分布方面难度大，并存在不同程度的缺陷，主要表现在热源能量不够集中、可控性较差，导致实验周期长、耗资巨大。另外，现有对样品的加热方式多是采用整体加热，使得样品本身的温度梯度很小。

此外，由于自由膨胀的热疲劳实验样品的疲劳裂纹扩展方向是随机的，现有实验中为了在热疲劳实验时产生定向扩展裂纹，通常采用带缺口的样品，但这样就不可避免地对样品表面产生损伤，影响了实验效果。

发明内容

本发明的目的是要提供一种恒定机械应力加载的以脉冲激光为热源的热疲劳实验装置。

特别地，本发明提供一种热疲劳实验装置，包括：

工作架，包括激光固定架；

激光加热系统，安装在所述激光固定架上，用于加热样品；

样品放置座，位于所述激光发生器的下方，包括固定样品的夹持装置，所述夹持装置包括两块相对设置的夹持块，和驱动两块所述夹持块相对运动的动力装置；

温度测量装置，用于实时监测样品在实验过程中的温度变化；

裂纹观测装置，用于通过图像设备监测样品表面在实验过程中的状态变化；

冷却装置，用于降低样品的温度；

控制单元，用于控制各部件的实验参数。

在本发明的一个实施方式中，所述激光固定架通过升降装置与所述工作架连接，所述工作架包括垂直设置的安装柱，所述升降装置包括套在所述安装柱上的调节套，所述调节套的侧边固定有与所述激光固定架连接的横杆，所述调节套通过穿过所述调节套的固定螺栓与所述安装柱固定。

在本发明的一个实施方式中，所述激光发生器包括脉冲激光发生器，和调节所述脉冲激光发生器的激光输出时空间光强分布的光束变换系统。

在本发明的一个实施方式中，所述温度测量装置为红外测温仪或热电偶。

在本发明的一个实施方式中，所述冷却装置包括输送冷却介质的输送管路，安装在所述输送管路上的电磁阀和流量计；所述输送管路的输出端与放置在所述夹持装置上的样品相对，所述冷却介质为压缩空气或水。

在本发明的一个实施方式中，两块所述夹持块分为主动夹持块和被动夹持块，所述被动夹持块包括相互垂直连接的夹持板和滑动座，所述主动夹持块放置在所述滑动座上，在所述主动夹持块上设置有压力传感器和位移传感器。

在本发明的一个实施方式中，所述动力装置包括分别设置在所述主动夹持块和所述被动夹持块相对外侧的夹持气缸；或将被动夹持块固定，同时用丝杆连接所述主动夹持块相对所述被动夹持块相对运动的机械夹持结构。