非导体材料在单面受热条件下的力学性能测试系统及方法技术方案

本说明书涉及力学性能测试技术领域，特别涉及一种非导体材料在单面受热条件下的力学性能测试系统及方法，在对试件进行力学性能测试时，加热线圈在通电时对第二加载组件的压头进行加热，使得试件的底端至顶端存在温度梯度，在试件底端的温度达到目标温度后保持预设时间，这样在加载过程中就可以获得准确的温度和应变场分布，通过电子万能试验机获得试件的压缩、剪切或弯曲的高温模量与强度。因此，上述技术方案相比利用辐射加热的方式对试件整体进行加热，可以测试非导体材料在具有温度梯度条件下的高温模量及强度。条件下的高温模量及强度。条件下的高温模量及强度。

【技术实现步骤摘要】
非导体材料在单面受热条件下的力学性能测试系统及方法


[0001]本说明书实施例涉及力学性能测试
，特别涉及一种非导体材料在单面受热条件下的力学性能测试系统及方法。

技术介绍

[0002]随着航天技术的发展，人类冲破地球引力的束缚飞向太空。航天器发射时，固体火箭发动机的喷管防热材料在短时间内承受着短时大载荷和高热流的极端载荷条件，返回舱再入时同样将受到极端气动力和气动热的作用，这类在材料一侧施加的极端热
‑
力载荷条件将给航天器设计带来巨大挑战。为了保障航天器的安全，常采用保障烧蚀防热并增加安全余量的设计方法，但是材料在单侧高温和大载荷下的力学响应及其变化机制仍然不明。因此，建立材料在单面受热条件下高温力学性能测试系统及其表征方法迫在眉睫。
[0003]目前，通常是利用辐射加热的方式对试件整体进行加热，这无法测试非导体材料在具有温度梯度条件下的高温模量及强度。
[0004]因此，目前亟待需要一种非导体材料在单面受热条件下的力学性能测试系统及方法来解决上述技术问题。

技术实现思路

[0005]为了能够测试非导体材料在具有温度梯度条件下的高温模量及强度，本说明书实施例提供了一种非导体材料在单面受热条件下的力学性能测试系统及方法。
[0006]第一方面，本说明书实施例提供了一种非导体材料在单面受热条件下的力学性能测试系统，包括计算机、环境控制装置、力学性能测试装置和水冷装置；
[0007]所述力学性能测试装置包括电子万能试验机、壳体、加热线圈、供电组件、变形测试组件和温度监测组件，所述电子万能试验机包括位于上方的第一加载组件和位于下方的第二加载组件，所述第一加载组件的压头、所述加热线圈和所述第二加载组件的压头设置于所述壳体内，所述加热线圈套设于所述第二加载组件的压头的外部，所述第二加载组件上用于放置采用非导体材料制成的试件，所述加热线圈用于对所述第二加载组件的压头进行加热，以使所述压头产生的热量传导至所述试件的底端，所述供电组件与所述加热线圈连接，所述供电组件用于向所述加热线圈供电，所述变形测试组件用于测试所述试件的变形量，所述温度监测组件用于测试所述试件的表面温度，所述计算机分别与所述电子万能试验机、所述供电组件、所述变形测试组件和所述温度监测组件连接；
[0008]在对所述试件进行力学性能测试时，所述加热线圈在通电时对所述第二加载组件的压头进行加热，使得所述试件的底端至顶端存在温度梯度，在所述试件底端的温度达到目标温度后保持预设时间；
[0009]所述环境控制装置用于使所述壳体内处于真空环境或惰性氛围环境；
[0010]所述水冷装置用于对所述第一加载组件和所述第二加载组件进行降温。
[0011]第二方面，本说明书实施例还提供了一种非导体材料在单面受热条件下的力学性
能测试方法，应用于上述任一项所述的非导体材料在单面受热条件下的力学性能测试系统，所述方法包括：
[0012]采用毛刷喷溅的方式在所述试件的表面制作高温散斑，先在常温下干燥，再在干燥箱中干燥；
[0013]对所述力学性能测试系统进行力学性能测试的预处理，以使所述力学性能测试系统处于正常工作状态；
[0014]利用所述供电组件对所述加热线圈供电，使得所述加热线圈对所述第二加载组件的压头进行加热，以使所述试件的底端至顶端存在温度梯度，在所述试件底端的温度达到目标温度后保持预设时间；
[0015]对所述电子万能试验机的力传感器清零后按预设启动加载程序直至所述试件失去承载能力后结束试验。
[0016]本说明书实施例提供了一种非导体材料在单面受热条件下的力学性能测试系统及方法，在对试件进行力学性能测试时，加热线圈在通电时对第二加载组件的压头进行加热，使得试件的底端至顶端存在温度梯度，在试件底端的温度达到目标温度后保持预设时间，这样在加载过程中就可以获得准确的温度和应变场分布，通过电子万能试验机获得试件的压缩、剪切或弯曲的高温模量与强度。因此，上述技术方案相比利用辐射加热的方式对试件整体进行加热，可以测试非导体材料在具有温度梯度条件下的高温模量及强度。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本说明书一实施例提供的力学性能测试装置的结构示意图；
[0019]图2是本说明书一实施例提供的压缩试件单面加热高温试验应变及温度测量光路的结构示意图；
[0020]图3是本说明书另一实施例提供的力学性能测试装置的结构示意图；
[0021]图4是本说明书一实施例提供的碳/酚醛单面加热试验压头与试件热端的温度响应的示意图；
[0022]图5是本说明书一实施例提供的碳/酚醛单面加热试验材料侧壁温度场分布的示意图；
[0023]图6是本说明书一实施例提供的碳/酚醛单面加热试验材料侧壁应变场分布的示意图；
[0024]图7是本说明书一实施例提供的碳/酚醛单面受热压缩试件高温引伸计测量端材料变形量的示意图；
[0025]图8是本说明书一实施例提供的碳/酚醛压缩试件单面加热试验材料侧壁应变场分布的示意图。
[0026]附图标记：
[0027]10
‑
试件；
[0028]3‑
力学性能测试装置；
[0029]31
‑
电子万能试验机；
[0030]311
‑
第一加载组件；
[0031]311a
‑
第一垫块；
[0032]311b
‑
隔热毡；
[0033]311c
‑
止脱片；
[0034]311d
‑
防辐射挡片；
[0035]312
‑
第二加载组件；
[0036]312a
‑
加载轴；
[0037]312c
‑
压头；
[0038]312d
‑
第二垫块；
[0039]312e
‑
水冷套；
[0040]312f
‑
第一水冷管路；
[0041]312g
‑
第二水冷管路；
[0042]32
‑
壳体；
[0043]321
‑
第一可视窗口；
[0044]322
‑
第二可视窗口；
[0045]33
‑
加热线圈；
[0046]34
‑
供电组件；
[0047]35
‑
变形测试组件；
[0048]351
‑
高温引伸计；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非导体材料在单面受热条件下的力学性能测试系统，其特征在于，包括计算机、环境控制装置、力学性能测试装置(3)和水冷装置；所述力学性能测试装置(3)包括电子万能试验机(31)、壳体(32)、加热线圈(33)、供电组件(34)、变形测试组件(35)和温度监测组件(36)，所述电子万能试验机(31)包括位于上方的第一加载组件(311)和位于下方的第二加载组件(312)，所述第一加载组件(311)的压头(312c)、所述加热线圈(33)和所述第二加载组件(312)的压头(312c)设置于所述壳体(32)内，所述加热线圈(33)套设于所述第二加载组件(312)的压头(312c)的外部，所述第二加载组件(312)上用于放置采用非导体材料制成的试件(10)，所述加热线圈(33)用于对所述第二加载组件(312)的压头(312c)进行加热，以使所述压头(312c)产生的热量传导至所述试件(10)的底端，所述供电组件(34)与所述加热线圈(33)连接，所述供电组件(34)用于向所述加热线圈(33)供电，所述变形测试组件(35)用于测试所述试件(10)的变形量，所述温度监测组件(36)用于测试所述试件(10)的表面温度，所述计算机分别与所述电子万能试验机(31)、所述供电组件(34)、所述变形测试组件(35)和所述温度监测组件(36)连接；在对所述试件(10)进行力学性能测试时，所述加热线圈(33)在通电时对所述第二加载组件(312)的压头(312c)进行加热，使得所述试件(10)的底端至顶端存在温度梯度，在所述试件(10)底端的温度达到目标温度后保持预设时间；所述环境控制装置用于使所述壳体(32)内处于真空环境或惰性氛围环境；所述水冷装置用于对所述第一加载组件(311)和所述第二加载组件(312)进行降温。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加热线圈(33)采用铜材料制成，所述水冷装置还用于对所述加热线圈(33)进行降温。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变形测试组件(35)包括高温引伸计(351)、DIC镜头(352)和补光灯(353)，所述高温引伸计(351)设置于所述壳体(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：林晓初，许承海，孟松鹤，解维华，易法军，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：