一种基于重力加载三点弯的蠕变实验装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于重力加载三点弯的蠕变实验装置及测试方法。该蠕变实验装置包括加载支架和装夹系统。加载支架主要包括加载基座、固支基杆、加载杆、加载支架、砝码吊架和砝码。装夹系统放置有试样，放置于加载基座的卡槽内。加载支架与试样上端面接触，与砝码吊架共同通过加载杆形成杠杆作用，实现对试样的重力加载三点弯；该测试方法一方面利用三点弯试样弯曲挠度的二次导数与截面弯矩的关系，另一方面利用三点弯试样截面正应力的线性递增规律，不需高温下对蠕变变形进行同步测量，单组试样即可实现不同应力水平对应蠕变性能参数的测试。

A creep test device and test method based on gravity loading three point bending

The invention discloses a creep test device and a test method based on gravity loading three point bending. The creep test device includes loading bracket and clamping system. The loading bracket mainly includes loading base, fixed support bar, loading rod, loading bracket, weight hanger and weight. The clamping system is provided with a sample placed in the slot of the loading base. The loading bracket contact with the upper end of the sample, and together with the weight hanger to form the lever effect through the loading rod, to realize the three point bending of the gravity load to the sample. On the one hand, the test method uses the relation between the two derivative of the bending deflection of the three point bending specimen and the section bending moment, on the other hand, it uses the linear recursion of the normal stress of the section section of the three point bending specimen. The creep deformation can be measured at different stress levels without synchronous measurement at high temperature.

【技术实现步骤摘要】
一种基于重力加载三点弯的蠕变实验装置及测试方法
本专利技术属于蠕变力学
，具体涉及一种基于重力加载三点弯的蠕变实验装置及测试方法。
技术介绍
蠕变问题是石油、化工、航空航天和核电等领域关注的问题，可引起构件变形和断裂。应用蠕变力学理论，准确建立材料的蠕变模型，对于保证关键承载构件的精度耐久性和服役寿命具有重要的意义。准确建立材料蠕变模型的基本前提是建立精确有效的蠕变实验装置及测试方法。目前，常用的传统蠕变实验方法是单轴拉伸蠕变实验方法。单轴拉伸蠕变实验方法发展至今，相关技术已经成熟，实验方法、试样尺寸、实验设备及数据处理都已经形成标准，是研究材料蠕变性能的重要方法。但是，单轴拉伸很难进行较低载荷的蠕变实验，取样尺寸大，无法满足工程实际对蠕变实验方法准确性和灵敏性的要求。三点弯实验，一方面试样制备方便、操作简单，变形挠度灵敏度高，可以准确高效地用于材料蠕变实验测试；另一方面，利用三点弯的截面正应力随距离线性递增的规律，三点弯实验可测量不同应力下的蠕变参数。但是，通过三点弯获取不同应力下材料的蠕变性能数据却未见报道。中国专利文献库公开的名称为《一种多头型试样蠕变实验装置及测试方法》（CN102519803A）的专利申请，庄法坤、周帼彦和涂善东发表的《三点弯小试样测试材料蠕变性能的方法》（华东理工大学学报,2012,38(1):107-115）均公开了一种可同时对某一工况下多个相同或不同尺寸微型试样进行蠕变实验的装置及测试方法，还通过更换夹具实现包括悬臂试样、三点弯、四点弯和小冲杆等不同类型的蠕变实验。但是，在该装置及测试方法中，微型试样是放置在高温装置中同步进行试样挠度变形的测量。高温装置、夹具工装的热膨胀变形和高温蠕变变形对测量结果影响较大，限制了该装置的稳定性和精度。同时，该测试方法需要进行较多组试样测量不同应力下材料的蠕变性能参数，难以推广到工程应用中。
技术实现思路
本专利技术所要解决的一个技术问题是提供一种基于重力加载三点弯的蠕变实验装置，本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种基于重力加载三点弯的蠕变实验测试方法。本专利技术的基于重力加载三点弯的蠕变实验装置，其特点是，所述的装置包括加载支架和装夹系统；所述的加载支架包括砝码吊架、砝码加载杆、加载支架、固支基杆、加载基座；加载基座的基准面为水平面，固支基杆通过基杆螺母竖直固定在加载基座的左端，固支基杆与加载基座的基准面垂直；加载杆通过基杆横销和横销螺母连接在基杆上，加载杆与加载基座的基准面平行；加载支架通过支架螺母竖直固定在加载杆上，加载支架位于加载基座的中部并与加载基座的基准面垂直；砝码吊架通过吊架螺母竖直固定在加载杆上，砝码吊架位于加载基座的右侧并与加载基座的基准面垂直；砝码放置在砝码吊架的下端面上；所述的装夹系统包括装夹基座、右支撑销、上盖板、上加载销、下加载销、左支撑销；装夹基座安装在基座的卡槽内，装夹基座内开有装夹基座凹槽，左支撑销和右支撑销放置在装夹基座凹槽底部的左右两侧相应凹槽内，左支撑销和右支撑销为圆柱销；试样支撑在左支撑销和右支撑销上；上盖板与装夹基座配装并放置在装夹基座的上端面；上盖板开有中心通孔，上加载销放置在上盖板的中心通孔的上部，上加载销的顶端与加载支架接触，上加载销的下端与放置在上盖板中心通孔下部的下加载销的顶端接触，下加载销的下端与试样的上表面接触；加载支架通过上加载销顶紧下加载销和试样。所述的下加载销的上下端面均为圆球面。所述的加载支架下端为球面，球面的顶点与上加载销下端的中心对心。所述的悬挂在砝码吊架的砝码通过加载杆、加载支架、上加载销和下加载销对试样的上侧中心进行重力加载。本专利技术的基于重力加载三点弯的蠕变实验的测试方法包括如下步骤：a.将试样放置在装夹基座凹槽底部的左支撑销和右支撑销上，并依次放置上盖板、上加载销和下加载销，完成装夹系统装配；b.将装配完成的装夹系统装入加载基座的卡槽内；c.在加载基座上，依次安装固支基杆、加载杆、加载支架和砝码吊架，调整加载支架的位置和高度，使加载支架的下侧端部与上加载销对心接触，基于重力加载的三点弯蠕变实验装置装配完成；d.预热常规加热炉，将常规加热炉升温至实验温度20℃~1200℃，并保温0.5~2小时；e.将基于重力加载三点弯的蠕变实验装置放置于常规加热炉内；f.待常规加热炉的温度稳定后，逐级、平稳地施加砝码，随后开始计时；g.待实验计时时间t1结束，打开常规加热炉，逐级、平稳卸载砝码；h.待常规加热炉的炉温缓冷至室温后，将试样取出，利用三坐标或光学位移传感器测量试样的蠕变挠度曲线w(x)，其中x为试样的横坐标，取试样中心为坐标原点；i.蠕变应变率与时间t、温度T、应力σ的关系式如下：其中，Q为活化能，k为玻尔兹曼常数，n(σ)为关于应力σ的蠕变应力指数函数，ft(t)为时间t的函数，由此可以获得恒温下，试样（14）的三点弯蠕变挠度曲线w(x)的关系式如下：其中，B为试样的宽度，Iz为试样的惯性矩，Mx为试样坐标x处的截面弯矩，根据测得的试样的蠕变挠度曲线w(x)和n(σ)的连续性，利用数值计算获得关于应力σ的应力指数函数n(σ)；j.重复步骤a-步骤i，改变时间t，求得时间函数ft(t)。本专利技术的基于重力加载三点弯的蠕变实验装置及测试方法具有以下优点：1.采用小型试样进行蠕变实验，取材少，试样结构简单；2.采用砝码进行重力加载，避免了实验过程中的载荷波动；3.本专利技术是测量蠕变试样后的蠕变挠度变形，降低了对测试装置的稳定性要求，改善了测量精度；4.本专利技术可以通过一个试样获得关于应力的蠕变应力指数函数，经济成本低，时间代价小。本专利技术的基于重力加载三点弯的蠕变实验装置及测试方法不需高温下对蠕变变形进行同步测量，单组试样即可实现不同应力水平对应蠕变性能参数的测试。附图说明图1为本专利技术的基于重力加载三点弯的蠕变实验装置结构示意图（正视图）；图2为本专利技术的基于重力加载三点弯的蠕变实验装置结构示意图（俯视图）；图3为本专利技术的基于重力加载三点弯的蠕变实验装置中的试样受力示意图；图4为本专利技术的基于重力加载三点弯的蠕变实验装置测试的蠕变挠度曲线w(x)；图5为本专利技术的基于重力加载三点弯的蠕变实验测试方法获得的蠕变应力指数曲线；图中，1.砝码吊架2.砝码3.吊架螺母4.加载杆5.支架螺母6.加载支架7.固支基杆8.基杆横销9.横销螺母10.基杆螺母11.加载基座12.装夹基座13.右支撑销14.试样15.上盖板16.上加载销17.下加载销18.左支撑销19.装夹基座凹槽。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术。如图1-3所示，本专利技术的基于重力加载三点弯的蠕变实验装置包括加载支架和装夹系统；所述的加载支架包括砝码吊架1、砝码2加载杆4、加载支架6、固支基杆7、加载基座11；加载基座11的基准面为水平面，固支基杆7通过基杆螺母10竖直固定在加载基座11的左端，固支基杆7与加载基座11的基准面垂直；加载杆4通过基杆横销8和横销螺母9连接在基杆7上，加载杆4与加载基座11的基准面平行；加载支架6通过支架螺母5竖直固定在加载杆4上，加载支架6位于加载基座11的中部并与加载基座11的基准面垂直；砝码吊架1通过吊架螺母3竖直固定在加载杆4上，砝码吊架1位于加载基座11的右侧并与加载基座11的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于重力加载三点弯的蠕变实验装置，其特征在于：所述的装置包括加载支架和装夹系统；所述的加载支架包括砝码吊架（1）、砝码（2）加载杆（4）、加载支架（6）、固支基杆（7）、加载基座（11）；加载基座（11）的基准面为水平面，固支基杆（7）通过基杆螺母（10）竖直固定在加载基座（11）的左端，固支基杆（7）与加载基座（11）的基准面垂直；加载杆（4）通过基杆横销（8）和横销螺母（9）连接在基杆（7）上，加载杆（4）与加载基座（11）的基准面平行；加载支架（6）通过支架螺母（5）竖直固定在加载杆（4）上，加载支架（6）位于加载基座（11）的中部并与加载基座（11）的基准面垂直；砝码吊架（1）通过吊架螺母（3）竖直固定在加载杆（4）上，砝码吊架（1）位于加载基座（11）的右侧并与加载基座（11）的基准面垂直；砝码（2）放置在砝码吊架（1）的下端面上；所述的装夹系统包括装夹基座（12）、右支撑销（13）、上盖板（15）、上加载销（16）、下加载销（17）、左支撑销（18）；装夹基座（12）安装在加载基座（11）的卡槽内，装夹基座（12）内开有装夹基座凹槽（19），左支撑销（18）和右支撑销（13）放置在装夹基座凹槽（19）底部的左右两侧相应凹槽内，左支撑销（18）和右支撑销（13）为圆柱销；试样（14）支撑在左支撑销（18）和右支撑销（13）上；上盖板（15）与装夹基座（12）配装并放置在装夹基座（12）的上端面；上盖板（15）开有中心通孔，上加载销（16）放置在上盖板（15）的中心通孔的上部，上加载销（16）的顶端与加载支架（6）接触，上加载销（16）的下端与放置在上盖板（15）中心通孔下部的下加载销（17）的顶端接触，下加载销（17）的下端与试样（14）的上表面接触；加载支架（6）通过上加载销（16）顶紧下加载销（17）和试样（14）。...

【技术特征摘要】
1.一种基于重力加载三点弯的蠕变实验装置，其特征在于：所述的装置包括加载支架和装夹系统；所述的加载支架包括砝码吊架（1）、砝码（2）加载杆（4）、加载支架（6）、固支基杆（7）、加载基座（11）；加载基座（11）的基准面为水平面，固支基杆（7）通过基杆螺母（10）竖直固定在加载基座（11）的左端，固支基杆（7）与加载基座（11）的基准面垂直；加载杆（4）通过基杆横销（8）和横销螺母（9）连接在基杆（7）上，加载杆（4）与加载基座（11）的基准面平行；加载支架（6）通过支架螺母（5）竖直固定在加载杆（4）上，加载支架（6）位于加载基座（11）的中部并与加载基座（11）的基准面垂直；砝码吊架（1）通过吊架螺母（3）竖直固定在加载杆（4）上，砝码吊架（1）位于加载基座（11）的右侧并与加载基座（11）的基准面垂直；砝码（2）放置在砝码吊架（1）的下端面上；所述的装夹系统包括装夹基座（12）、右支撑销（13）、上盖板（15）、上加载销（16）、下加载销（17）、左支撑销（18）；装夹基座（12）安装在加载基座（11）的卡槽内，装夹基座（12）内开有装夹基座凹槽（19），左支撑销（18）和右支撑销（13）放置在装夹基座凹槽（19）底部的左右两侧相应凹槽内，左支撑销（18）和右支撑销（13）为圆柱销；试样（14）支撑在左支撑销（18）和右支撑销（13）上；上盖板（15）与装夹基座（12）配装并放置在装夹基座（12）的上端面；上盖板（15）开有中心通孔，上加载销（16）放置在上盖板（15）的中心通孔的上部，上加载销（16）的顶端与加载支架（6）接触，上加载销（16）的下端与放置在上盖板（15）中心通孔下部的下加载销（17）的顶端接触，下加载销（17）的下端与试样（14）的上表面接触；加载支架（6）通过上加载销（16）顶紧下加载销（17）和试样（14）。2.根据权利要求1所述的基于重力加载三点弯的蠕变实验装置，其特征在于：所述的下加载销（17）的上下端面均为圆球面。3.根据权利要求1所述的基于重力加载三点弯的蠕变实验装置，其特征在于：所述的加载支架（6...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤金钢，孔金星，黄文，杜东兴，王立航，马绍兴，陈一，魏巍，黄小津，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51