熱機疲勞試驗方法及試驗設備與流程

本發明涉及機械疲勞測試技術，尤其是一種熱機疲勞試驗方法及試驗設備。

背景技術：

實際工程中，很多疲勞損傷是由于機械載荷和熱載荷共同作用引發的，疲勞在結構及部件的安全評估中尤為重要。目前多進行單一的機械疲勞測試和熱疲勞測試，或將熱載荷轉化為機械載荷進行疲勞性能的測試，這些方式都不能準確反映材料在機械載荷和熱載荷共同作用下的疲勞損傷情況。

20世紀80年代后期，才開始出現熱機疲勞試驗系統。熱機疲勞加載中，溫度處于循環狀態，目前常用的加熱方式為電爐加熱、電阻加熱和感應加熱。一般來說，這類加熱方式的不足在于：試驗周期比較長，加熱區域和歷程可調性差。如感應線圈的布置方式對材料表面溫度分布會產生影響，但線圈位置精確度較差，難以精確控制。

現有熱機疲勞試驗通過將溫度載荷和機械載荷獨立加載，難以實現溫度載荷和機械載荷之間的對應關系，循環周期內，溫度載荷和機械載荷的相位差容易發生變化。

技術實現要素：

本發明提供一種熱機疲勞試驗方法及試驗設備，用于克服現有技術中的缺陷，試驗周期較短、精度高、可控性好。

本發明提供一種熱機疲勞試驗方法,包括以下步驟:

步驟1,設定載荷加載參數；

步驟2,控制試樣的表面溫度在設定的溫度范圍內循環，對試樣施加溫度 載荷；

步驟3,根據設定的機械載荷與溫度之間的函數關系向試樣施加機械載荷；

步驟4,達到設定的循環加載次數則結束試驗。

本發明還提供一種熱機疲勞試驗設備，包括：

加熱裝置，用于對試樣進行加熱，電源控制端與控制裝置連接；

冷卻裝置，用于對試樣進行冷卻，電源控制端與所述控制裝置連接；

溫度測量裝置，用于對試樣表面溫度進行測量，感應端朝向所述試樣表面，控制端與所述控制裝置連接；

機械加載裝置，用于對所述試樣施加機械載荷，控制端與所述控制裝置連接；

控制裝置，包括用于采集試樣表面溫度的數據采集模塊、用于根據試樣表面溫度及設定的加載參數對所述加熱裝置及冷卻裝置進行控制的溫度控制模塊和用于根據試樣表面溫度及設定的加載參數對機械加載裝置進行控制的機械加載控制模塊；所述數據采集模塊連接所述溫度測量裝置，所述溫度控制模塊連接所述加熱裝置及冷卻裝置，所述機械加載控制模塊連接所述機械加載裝置。

本發明提供的熱機疲勞試驗方法及試驗設備，將溫度載荷和機械載荷耦合加載，使兩種載荷實時對應，而這種實時對應關系與實際工況條件吻合，可同時控制溫度載荷和機械載荷的加載方式，實現溫度載荷和機械載荷的對應關系，能更加準確反映試樣材料在機械載荷和熱載荷共同作用下的疲勞損傷情況，且具有試驗周期較短、精度高、可控性好的特點。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的熱機疲勞試驗設備的結構示意圖；

圖2是發明實施例提供的熱機疲勞試驗方法的流程圖。

具體實施方式

參見圖1、圖2，本發明實施例提供一種熱機疲勞試驗方法及試驗設備，下面結合附圖對本發明進一步詳細描述：

如圖1所示，準備工作，搭建本發明熱機械機疲勞試驗平臺，并將試樣放置好。如果進行熱-壓縮疲勞試驗，機械加載裝置1對試樣施加機械載荷，采用可采用壓縮疲勞機；加熱裝置2采用激光器，用激光作為熱源對試樣加載循環溫度載荷，具有加熱速率快，溫度時空分布可控性好的優點；冷卻裝置3采用采用風冷或水冷或兩者結合的方式對試樣進行降溫冷卻，這里采用氣冷方式，由空氣壓縮機和電磁閥組成；測溫裝置4采用紅外測溫儀對試樣受熱區域表面溫度進行實時檢測，測溫裝置4將采集到的溫度數據輸入控制裝置5，控制裝置5根據預先設定的載荷加載參數，控制機械加載裝置1施加載荷，同時控制激光器和冷卻裝置3的開啟和關閉以實現溫度載荷的加載，實現對試樣的熱機械疲勞試驗。

首先在控制裝置5中輸入預先設定的載荷加載參數：

a.激光束為連續激光，功率＝500W、光斑直徑＝8mm；

b.溫度載荷-機械載荷的數值大小對應關系，機械載荷＝200+溫度/5，機械載荷的數值大小以單位為牛頓計算，溫度的數值大小以單位為℃計算；這里僅僅以一種與實際工況吻合的溫度載荷-機械載荷的對應關系為例進行說明，如果換一種工況，也需要相應改變溫度載荷-機械載荷的對應關系，這里不再一一窮舉。

c.溫度變化范圍的上限溫度為600℃、下限溫度為300℃；

d.循環次數為1000次；

開始試驗，參見圖2，測溫裝置4的外紅測溫儀檢測到試樣表面初始溫度，通過數據采集模塊反饋給溫度控制模塊，判斷單元接收數據采集模塊輸入的溫度信號，并將該溫度信號值與上限溫度600℃和下限溫度300℃進行比較，若該溫度信號值低于下限溫度300℃，則通過控制單元向加熱裝置2發送加熱信號，控制開啟加熱裝置2即激光器(連續激光，功率＝500W、光斑直徑＝8mm)，同時關閉冷卻裝置3的電磁閥。若該溫度信號值高于上限溫度600℃，通過控制單元向冷卻裝置3發送冷卻信號，控制開啟冷卻裝置3的電磁 閥，同時關閉加熱裝置2的激光器。如此循環，實現固定溫度區間的熱循環。若該溫度信號值介于下限溫度為300℃至上限溫度為600℃之間時，則判斷單元向機械加載控制模塊發送加載信號，機械加載裝置1接收該加載信號向試樣施加機械載荷，例如，某一時刻，檢測到的溫度為400℃，根據機械載荷＝200+溫度/5，則需加載280N的力。隨著溫度的循環變化，也隨之施加循環變化的機械載荷(最小機械載荷260N，最大機械載荷320N)。達到循環次數后，停止試驗，觀察試樣狀態，考察其熱機械疲勞性能。