一种用于平面双轴疲劳试验的高温加载试验装置

本发明涉及材料试验设备，具体为一种用于平面双轴疲劳试验的高温加载试验装置。

背景技术：

1、在航空航天领域，薄壁结构常常用于飞机机身、飞行器外壳、火箭推进器壳体等部件的制造。这些部件通常由复合材料制成，具有轻质、高强度和刚度的特点，能够满足航空航天领域对于结构轻量化和性能要求的需求。薄壁结构在使用过程中会受到各种载荷的作用，其中包括静载荷和动载荷，静载荷主要包括自重、外部压力等，而动载荷则包括飞行过程中的气动载荷、惯性载荷等，这些载荷会导致薄壁结构产生面内应力，即在结构平面内产生的应力分量，包括拉伸、压缩、剪切等。双轴试验是一种常用的评估薄壁结构在面内应力下的性能和强度的方法，通过双轴试验可以获取薄壁结构在不同载荷条件下的应力-应变曲线、极限载荷、疲劳性能等关键参数，为结构设计和优化提供重要参考。能够有效地研究和评估结构在复合载荷作用下的力学性能。十字型双轴试验件是一种国内外研究学者广泛认可的试验方法，可以模拟航空航天器在实际运行中所受到的多轴载荷，通过在试验件上施加沿不同方向的拉伸、压缩和剪切载荷，可以模拟出实际工况下的复杂载荷情况，提供更为准确的试验数据。

2、复合材料相比于金属材料具有优异的高温性能，能够在极端的温度条件下保持稳定的力学性能，复合材料相比于金属材料具有更高的比强度和比刚度，在相同强度要求下，使用复合材料可以减轻航空航天器的重量，提高有效载荷和燃油经济性。目前，对于复合材料的十字形双轴试验件因为其不导电性无法进行电磁感应加热，也因为金属夹具无法在高温下保持良好的力学性能而无法进行高温试验，为此，我们提出一种用于平面双轴疲劳试验的高温加载试验装置炉。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于平面双轴疲劳试验的高温加载试验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于平面双轴疲劳试验的高温加载试验装置，应用于十字双轴试验件，包括加热炉，所述加热炉的前后两侧分别安装有前炉门和后炉门，所述前炉门与后炉门的中部均安装有高温加载模块，用于对十字双轴试验件进行电磁感应加热，且高温加载模块的数量为两个，两个高温加载模块布设于十字双轴试验件两侧，并正对于十字双轴试验件中心位置；

3、所述加热炉的外侧壁上滑动连接有多个高温疲劳夹具模块，用于对十字双轴试验件进行安装及加载，且多个高温疲劳夹具模块均贯穿加热炉，整体围绕加热炉呈环形分布。

4、进一步地，所述加热炉的整体设置为圆柱筒体结构，加热炉通过销轴与前炉门、后炉门之间转动连接，且前炉门上安装有把手。

5、进一步地，所述前炉门与后炉门的侧壁上均开设有炉门冷却水进口、炉门冷却水出口，且炉门冷却水进口与炉门冷却水出口之间相互贯通。

6、进一步地，所述高温加载模块包括固定在前炉门或后炉门上的隔热挡板，所述隔热挡板的一端安装有石墨加热体，所述石墨加热体的外表面连接有石墨碳毡，所述石墨碳毡的外表面连接有绝缘隔热陶瓷，所述绝缘隔热陶瓷的外表面连接有陶瓷纤维隔热毡，所述陶瓷纤维隔热毡的外表面安装有感应线圈，感应线圈通高频感应电流，产生感应磁场作用于所述石墨加热体；

7、所述感应线圈外部设置有绝缘陶瓷，绝缘陶瓷外表面连接有铁氧体隔磁层。

8、进一步地，所述高温疲劳夹具模块的数量设置为四组，且四组高温疲劳夹具模块呈十字形布设。

9、进一步地，所述高温疲劳夹具模块包括滑动连接在所述加热炉上的安装筒，所述安装筒的顶部螺纹连接有外部夹持筒，所述安装筒的中部滑动连接有顶杆，所述顶杆的顶部螺纹连接有顶板，所述顶板位于外部夹持筒内；

10、所述顶板的底部固定连接有多个弹性件，且弹性件的底端固定在安装筒的顶部，所述安装筒的底端固定连接有夹具外壳，顶杆贯穿安装筒与夹具外壳，所述顶杆的底端固定连接有底板；

11、所述夹具外壳的内部左右两侧均滑动连接有夹块，所述夹块的顶部开设有与底板相适配的卡槽，底板位于卡槽内，且顶杆通过底板与卡槽作用于夹块。

12、进一步地，所述安装筒的中部开设有与顶杆相适配的通孔，所述外部夹持筒的上下两端均设置为开口。

13、进一步地，所述夹具外壳的底部设置为开口，夹具外壳两侧壁均设置为斜面，且夹具外壳的外侧通过螺栓安装有限位块。

14、进一步地，所述夹块的数量设置为八个，夹具外壳的数量设置为四个，每个夹具外壳内均滑动连接有两个夹块，且两个夹块沿夹具外壳中线为对称轴左右对称布设，两个夹块之间形成夹持槽，且夹块通过夹持槽作用于十字双轴试验件。

15、进一步地，所述夹块的内部安装有水冷管道，加热炉的外表面设置有通水口，水冷管道通过通水口与外部循环水连通。

16、本发明至少具备以下有益效果：

17、1.本发明利用高频感应加热石墨加热体，再通过石墨加热体加热复合材料十字双轴试验件，有效解决复合材料不导电性导致无法使用电磁感应加热的问题。

18、2.本发明通过设置的陶瓷纤维隔热毡、绝缘隔热陶瓷、石墨碳毡等结构能够有效隔绝石墨加热体对夹具外壳、夹块的加热，并且通过每个夹块上设置的水冷管道，还能够有效保证高温疲劳夹具模块在高温试验环境下的力学性能。

19、3.本发明通过铁氧体隔磁层能有效隔绝磁感应，减少对测量系统的干扰，保证测量数据的精确度。

20、4.本发明利用外部液压杆对液压顶杆施加作用力，从而控制夹块对十字双轴试验件进行夹紧与释放，使得拉伸试验时夹块受拉伸载荷作用被压紧，压缩试验时夹块受液压顶杆限制不会发生滑移，从而有效解决机械夹具的拉压间隙问题。

21、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种用于平面双轴疲劳试验的高温加载试验装置，应用于十字双轴试验件(9)，包括加热炉(1)，其特征在于，所述加热炉(1)的前后两侧分别安装有前炉门(2)和后炉门(3)，所述前炉门(2)与后炉门(3)的中部均安装有高温加载模块(4)，用于对十字双轴试验件(9)进行电磁感应加热，且高温加载模块(4)的数量为两个，两个高温加载模块(4)布设于十字双轴试验件(9)两侧，并正对于十字双轴试验件(9)中心位置；

2.根据权利要求1所述的一种用于平面双轴疲劳试验的高温加载试验装置，其特征在于：所述加热炉(1)的整体设置为圆柱筒体结构，加热炉(1)通过销轴与前炉门(2)、后炉门(3)之间转动连接，且前炉门(2)上安装有把手。

3.根据权利要求2所述的一种用于平面双轴疲劳试验的高温加载试验装置，其特征在于：所述前炉门(2)与后炉门(3)的侧壁上均开设有炉门冷却水进口(6)、炉门冷却水出口(7)，且炉门冷却水进口(6)与炉门冷却水出口(7)之间相互贯通。

4.根据权利要求3所述的一种用于平面双轴疲劳试验的高温加载试验装置，其特征在于：所述高温加载模块(4)包括固定在前炉门(2)或后炉门(3)上的隔热挡板(41)，所述隔热挡板(41)的一端安装有石墨加热体(42)，所述石墨加热体(42)的外表面连接有石墨碳毡(43)，所述石墨碳毡(43)的外表面连接有绝缘隔热陶瓷(44)，所述绝缘隔热陶瓷(44)的外表面连接有陶瓷纤维隔热毡(45)，所述陶瓷纤维隔热毡(45)的外表面安装有感应线圈(46)；

5.根据权利要求4所述的一种用于平面双轴疲劳试验的高温加载试验装置，其特征在于：所述高温疲劳夹具模块(5)的数量设置为四组，且四组高温疲劳夹具模块(5)呈十字形布设。

6.根据权利要求5所述的一种用于平面双轴疲劳试验的高温加载试验装置，其特征在于：所述高温疲劳夹具模块(5)包括滑动连接在所述加热炉(1)上的安装筒(51)，所述安装筒(51)的顶部螺纹连接有外部夹持筒(52)，所述安装筒(51)的中部滑动连接有顶杆(53)，所述顶杆(53)的顶部螺纹连接有顶板(54)，所述顶板(54)位于外部夹持筒(52)内；

7.根据权利要求6所述的一种用于平面双轴疲劳试验的高温加载试验装置，其特征在于：所述安装筒(51)的中部开设有与顶杆(53)相适配的通孔，所述外部夹持筒(52)的上下两端均设置为开口。

8.根据权利要求6所述的一种用于平面双轴疲劳试验的高温加载试验装置，其特征在于：所述夹具外壳(56)的底部设置为开口，夹具外壳(56)两侧壁均设置为斜面，且夹具外壳(56)的外侧通过螺栓安装有限位块(510)。

9.根据权利要求8所述的一种用于平面双轴疲劳试验的高温加载试验装置，其特征在于：所述夹块(58)的数量设置为八个，夹具外壳(56)的数量设置为四个，每个夹具外壳(56)内均滑动连接有两个夹块(58)，且两个夹块(58)沿夹具外壳(56)中线为对称轴左右对称布设，两个夹块(58)之间形成夹持槽，且夹块(58)通过夹持槽作用于十字双轴试验件(9)。

10.根据权利要求9所述的一种用于平面双轴疲劳试验的高温加载试验装置，其特征在于：所述夹块(58)的内部安装有水冷管道(511)，加热炉(1)的外表面设置有通水口(8)，水冷管道(511)通过通水口(8)与外部循环水连通。

技术总结
本发明公开了一种用于平面双轴疲劳试验的高温加载试验装置，涉及材料试验设备技术领域。本发明包括加热炉，所述加热炉的前后两侧分别安装有前炉门和后炉门，所述前炉门与后炉门的中部均安装有高温加载模块，用于对十字双轴试验件进行电磁感应加热。本发明利用高频感应加热石墨加热体，再通过石墨加热体加热复合材料十字双轴试验件，有效解决复合材料不导电性导致无法使用电磁感应加热的问题，且通过设置的陶瓷纤维隔热毡、绝缘隔热陶瓷、石墨碳毡等结构能够有效隔绝石墨加热体对夹具外壳、夹块的加热，并且通过每个夹块上设置的水冷管道，还能够有效保证高温疲劳夹具模块在高温试验环境下的力学性能。

技术研发人员：张大海,李昀龙,费庆国,陆方舟,赵京龙,李彦斌,陈强,朱锐
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/28