【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于通电加热的原位ct剪切加载的试验夹具，属于高温剪切强度试验领域。
技术介绍
1、航天器作为空间技术的重要载体，可以显著提高人类进入、控制和利用空间的能力，在临近空间资源开发和博弈中发挥着近乎决定性的作用。作为航天器的关键部件，鼻锥、前缘/翼前缘、超燃冲压发动机燃烧室及火箭发动机喷管/喉衬等用耐高温材料与结构扮演着举足轻重的角色，已成为发展航天器的安全基石。
2、随着飞行速度与飞行高度的改变，航天器所受到的气动力/热载荷条件在不断变化，越来越多的耐高温材料用于航空航天领域，当航天器在大气中高速飞行时，表面材料受力热冲击。在高温下，材料的力学性能发生突变，材料失效会导致航天器表面的结构性能受损，甚至影响整体的安全性。因此，在高温下研究材料的力学性能以及加载时的破坏情况对航空航天领域的发展有重要作用。
3、传统的高温力学试验装置通常用感应加热或者卤素灯辐射加热，感应加热高温力学试验装置使用感应线圈产生高频交变磁场，放置于高频交变磁场中的试样内部产生涡流并快速升温。卤素灯辐射加热高温力学试验装置通常包含一个或多个卤素灯作为加热源，卤素灯产生的光辐射主要集中红外光谱范围内，这种辐射能被材料吸收并转化为热能实现升温。但传统的高温力学试验装置存在着以下技术难点：(1)加热温度有限，无法满足材料超高温试验的需求；(2)试样和夹具体积较大，x射线无法穿透试样，在试验过程中无法对试样内部进行ct成像，无法得到试样在载荷加载过程中的损伤演化结果；(3)加热速率缓慢，无法实现航天器在高速飞行时表面材料快速升
4、通电加热高温力学试验机使用高电流低电压对试样进行加热，能够在较小空间将试样加热到极高的温度。同时，小体积的高温力学试验机也能够满足原位ct扫描的要求。原位ct扫描是一种采用x射线和探测器对试样进行扫描而不对试样产生影响的技术，允许在试验或操作中对试样连续扫描获得试样内部结构的立体图像，研究人员能够研究试样在特定环境条件下的行为和响应。通电加热高温力学试验装置使用通电控制柜产生高电流低电压，通过导线与高温力学试验机外部连接，再通过试验夹具传递给试样，试样在电流作用下迅速升温。通电加热高温力学试验机存在以下优点：(1)通过控制电流对试样加热能准确控温，可以提升温升速率，实现快速升温；(2)使试样加热至极高的温度；(3)体积小，可以进行高分辨率原位ct扫描；(4)加热试验时间短，实验简单。
5、通电加热高温力学试验中剪切夹具是用于夹持试样并给试样施加剪切力的夹具，目前成熟的通电加热高温力学试验方案大多为拉升和压缩试验，很少涉及剪切试验。现有用于通电加热高温剪切加载试验的剪切夹具存在着以下缺点：(1)剪切夹具与试样内部形成的电流回路较为复杂，不能准确地对剪切加载面进行加热；(2)夹具尺寸大且构型复杂，无法对试样进行原位ct扫描。
6、综上所述，对适用于高温力学试验机通电加热ct扫描小装置的剪切加载方式及夹具进行研究，提出一种结构简单，使用方便，并能使电流顺利通过试样感兴趣区域，使试样剪切加载面快速准确升温，适用于通电加热ct扫描小装置的专用剪切夹具具有重要意义。
技术实现思路
1、为解决目前缺少可用于通电加热原位ct扫描小装置剪切夹具的现状，本专利技术的目的是提供一种可用于通电加热的原位ct剪切加载的试验夹具，实现高温力学试验机通电加热ct扫描小装置剪切试验。
2、本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
3、本专利技术公开的一种用于通电加热的原位ct剪切试验夹具，包括上夹具、下夹具、上夹具连接件、下夹具连接件和耐高温绝缘涂层。上夹具和下夹具为施力单元，上夹具连接件和下夹具连接件为连接固定单元。所述上夹具、下夹具通过共同施力夹持原位ct剪切试验的试件。
4、所述上夹具顶部为半圆柱形，并将上夹具顶端削平，通过上夹具顶部削平的平面与上夹具连接件接触，增大接触面积，使电流通过上夹具并对试样进行加热。上夹具底部为固定位置的两根立柱，靠近中轴线的立柱为长方体，远离中轴线的立柱为半圆柱。远离中轴线的立柱底部表面喷涂耐高温绝缘涂层。
5、所述上夹具连接件通过螺纹与力学试验机的载荷-位移传感器连接，用于给试样加载并测量位移。
6、所述下夹具顶部为固定位置的两根立柱，靠近中轴线的立柱为长方体，远离中轴线的立柱为半圆柱。远离中轴线的立柱底部表面喷涂耐高温绝缘涂层。
7、所述下夹具连接件通过螺纹与外围通电加热原位ct扫描小装置的下端固定。
8、所述下夹具与下夹具连接件接触部分一体化加工，便于夹具与试样的装卸，简化实验过程。
9、所述上夹具、下夹具、上夹具连接件、下夹具连接件，使用高强度耐高温易导电石墨材料制作，使高电流依次通过上夹具连接件、上夹具、试样、下夹具、下夹具连接件，实现对试样感兴趣区域准确加热。所述对试样感兴趣区域准确加热，实现方法为：所述上夹具底端和下夹具的顶端，远离试样中轴线与试样接触的两根立柱表面喷涂耐高温绝缘涂层，耐高温绝缘涂层在超高温度下不发生脱落，耐高温绝缘涂层用于防止电流通过；靠近中轴线与试样接触的两根立柱未镀耐高温绝缘涂层，使电流能通过试样中部的感兴趣区域进行加热。需要对试样感兴趣区域准确加热时，外部通电控制柜通过导线分别与上夹具连接件、下夹具连接件连接，通电控制柜产生电流通过导线传递至上夹具连接件，再传递至上夹具，再通过上夹具底部靠近中轴线的立柱流入试样中的感兴趣区域，传递至下夹具顶部靠近中轴线的立柱中，最后传入下夹具连接件通过导线流回通电控制柜，实现对试样中部的感兴趣区域精准加热。
10、所述上夹具、下夹具、上夹具连接件、下夹具连接件，由于采用高强度耐高温易导电石墨制作，能够在高温状态下保持高强度，传递载荷给试样而自身不发生破坏，实现对试样的剪切破坏。
11、所述上夹具和下夹具的底端具有的两根立柱，位置相对于中轴线对称，四根立柱与试样接触，固定试样并施加对应位置的正应力，在试样中心形成剪力，从而使试样发生剪切破坏。
12、原位ct扫描是将试样通过上夹具、下夹具、上夹具连接件、下夹具连接件固定在外围通电加热原位ct扫描小装置中，并将通电加热原位ct扫描小装置放置在原位ct扫描设备中，确定好通电加热原位ct扫描小装置的扫描位置，启动ct扫描设备进行原位ct预扫描，调整扫描参数以保证后续扫描获得清晰、高质量图像。接入通电控制柜导线和试验机的载荷位移传感器进行试验，同时启动ct扫描设备进行扫描，获得通电加热高温剪切试验中试样清晰的扫描图像。
13、所述上夹具连接件上端与外围试验机的载荷位移传感器连接，连接处经过绝缘处理，防止电流流入试验机中。试验机将力传递给上夹具连接件，再传递给上夹具，通过上夹具底部的立柱将力传传递给试样，再通过下夹具顶部的两根立柱传递给下夹具连接件，下夹具连接件与通电加热原位ct扫描小装置底部固定。上夹具底部的两根立柱和下夹具顶部的两根立柱给试样提供载荷，在试样中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于通电加热的原位CT剪切试验夹具，其特征在于：包括上夹具、下夹具、上夹具连接件、下夹具连接件和耐高温绝缘涂层；上夹具和下夹具为施力单元，上夹具连接件和下夹具连接件为连接固定单元；所述上夹具、下夹具通过共同施力夹持原位CT剪切试验的试件；
2.如权利要求1所述的一种用于通电加热的原位CT剪切试验夹具，其特征在于：所述下夹具与下夹具连接件接触部分一体化加工。
3.如权利要求1或2所述的一种用于通电加热的原位CT剪切试验夹具，其特征在于：所述上夹具、下夹具、上夹具连接件、下夹具连接件，使用高强度耐高温易导电石墨材料制作，使高电流依次通过上夹具连接件、上夹具、试样、下夹具、下夹具连接件，实现对试样感兴趣区域准确加热；所述对试样感兴趣区域准确加热，实现方法为：所述上夹具底端和下夹具的顶端，远离试样中轴线与试样接触的两根立柱表面喷涂耐高温绝缘涂层，耐高温绝缘涂层在超高温度下不发生脱落，耐高温绝缘涂层用于防止电流通过；靠近中轴线与试样接触的两根立柱未镀耐高温绝缘涂层，使电流能通过试样中部的感兴趣区域进行加热；需要对试样感兴趣区域准确加热时，外部通电控制柜通过导
4.如权利要求3所述的一种用于通电加热的原位CT剪切试验夹具，其特征在于：所述上夹具、下夹具、上夹具连接件、下夹具连接件，由于采用高强度耐高温易导电石墨制作，能够在高温状态下保持高强度，传递载荷给试样而自身不发生破坏，实现对试样的剪切破坏；
5.如权利要求3所述的一种用于通电加热的原位CT剪切试验夹具，其特征在于：原位CT扫描是将试样通过上夹具、下夹具、上夹具连接件、下夹具连接件固定在外围通电加热原位CT扫描小装置中，并将通电加热原位CT扫描小装置放置在原位CT扫描设备中，确定好通电加热原位CT扫描小装置的扫描位置，启动CT扫描设备进行原位CT预扫描，调整扫描参数以保证后续扫描获得清晰、高质量图像；接入通电控制柜导线和试验机的载荷位移传感器进行试验，同时启动CT扫描设备进行扫描，获得通电加热高温剪切试验中试样清晰的扫描图像。
6.如权利要求3所述的一种用于通电加热的原位CT剪切试验夹具，其特征在于：所述上夹具连接件上端与外围试验机的载荷位移传感器连接，连接处经过绝缘处理，防止电流流入试验机中；试验机将力传递给上夹具连接件，再传递给上夹具，通过上夹具底部的立柱将力传传递给试样，再通过下夹具顶部的两根立柱传递给下夹具连接件，下夹具连接件与通电加热原位CT扫描小装置底部固定；上夹具底部的两根立柱和下夹具顶部的两根立柱给试样提供载荷，在试样中心形成剪力，使试样发生剪切破坏；基于受力平衡条件，剪力形成如下所示：
7.如权利要求3所述的一种用于通电加热的原位CT剪切试验夹具，其特征在于：工作方法为，使用夹具夹持试样并安装在外围高温力学试验机通电加热CT扫描小装置中，将外围高温力学试验机通电加热原位CT小装置放置在原位CT扫描设备中，确定好外围高温力学试验机通电加热原位CT装置的扫描位置，启动CT扫描设备进行原位CT预扫描，调整扫描参数以保证后续扫描获得清晰、高质量图像；打开真空泵抽取外围高温力学试验机通电加热CT扫描装置内的空气，再打开水冷装置以及通电控制柜电源，通电控制柜产生电流通过导线传递到上夹具连接件，再传递到上夹具，再通过上夹具底部靠近中轴线的立柱流入试样的感兴趣区域，传递到下夹具顶部靠近中轴线的立柱中，再传入下夹具连接件，通过导线流回通电控制柜，实现对试样的加热；同时上夹具连接件上端与试验机的载荷位移传感器连接，连接处经过绝缘处理，防止电流流入试验机中；试验机将力传递给上夹具连接件，再传递给上夹具，通过上夹具底部的立柱将力传传递给试样，再通过下夹具顶部的两根立柱传递给下夹具连接件，下夹具连接件与外围通电加热原位CT扫描装置底部固定；上夹具底部的两根立柱和下夹具顶部的两根立柱给试样提供正应力，在试样中心感兴趣区域形成剪力，使试样感兴趣区域发生剪切破坏，实现原位CT剪切加载。
...【技术特征摘要】
1.一种用于通电加热的原位ct剪切试验夹具，其特征在于：包括上夹具、下夹具、上夹具连接件、下夹具连接件和耐高温绝缘涂层；上夹具和下夹具为施力单元，上夹具连接件和下夹具连接件为连接固定单元；所述上夹具、下夹具通过共同施力夹持原位ct剪切试验的试件；
2.如权利要求1所述的一种用于通电加热的原位ct剪切试验夹具，其特征在于：所述下夹具与下夹具连接件接触部分一体化加工。
3.如权利要求1或2所述的一种用于通电加热的原位ct剪切试验夹具，其特征在于：所述上夹具、下夹具、上夹具连接件、下夹具连接件，使用高强度耐高温易导电石墨材料制作，使高电流依次通过上夹具连接件、上夹具、试样、下夹具、下夹具连接件，实现对试样感兴趣区域准确加热；所述对试样感兴趣区域准确加热，实现方法为：所述上夹具底端和下夹具的顶端，远离试样中轴线与试样接触的两根立柱表面喷涂耐高温绝缘涂层，耐高温绝缘涂层在超高温度下不发生脱落，耐高温绝缘涂层用于防止电流通过；靠近中轴线与试样接触的两根立柱未镀耐高温绝缘涂层，使电流能通过试样中部的感兴趣区域进行加热；需要对试样感兴趣区域准确加热时，外部通电控制柜通过导线分别与上夹具连接件、下夹具连接件连接，通电控制柜产生电流通过导线传递至上夹具连接件，再传递至上夹具，再通过上夹具底部靠近中轴线的立柱流入试样中的感兴趣区域，传递至下夹具顶部靠近中轴线的立柱中，最后传入下夹具连接件通过导线流回通电控制柜，实现对试样中部的感兴趣区域精准加热。
4.如权利要求3所述的一种用于通电加热的原位ct剪切试验夹具，其特征在于：所述上夹具、下夹具、上夹具连接件、下夹具连接件，由于采用高强度耐高温易导电石墨制作，能够在高温状态下保持高强度，传递载荷给试样而自身不发生破坏，实现对试样的剪切破坏；
5.如权利要求3所述的一种用于通电加热的原位ct剪切试验夹具，其特征在于：原位ct扫描是将试样通过上夹具、下夹具、上夹具连接件、下夹具连接件固定在外围通电加热原位ct扫描小装置中，并将通电加热原位ct扫描小装置放置在原位ct扫描设备中，确定好通电加热原位ct扫描小装置的扫描位置...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈彦飞，杜旺革，鲁文科，陈俊伟，曲兆亮，黄睿哲，方岱宁，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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