[发明专利]一种用于测试高温材料阻尼性能的测试系统

说明书

一、技术领域

本发明属于材料力学性能测试领域，具体是一种用于测试高温材料阻尼性能的测试系统。

二、背景技术

材料阻尼是决定结构系统动力学特性的关键因素之一，结构的振动、噪声分析与减噪抑振都必须考虑材料阻尼。但材料阻尼的内在机理非常复杂，与多种因素有关，不仅与材料的内部组织结构有关，与应变幅、温度和振动频率也有密切关系。因此进行材料阻尼的精确测试要求测试系统能够同时满足环境温度可控、应变幅恒定、测试频率可调、系统附加阻尼(包括空气阻尼)影响小等条件。对于较低温度环境下(＜400℃)的材料阻尼测试，以上综合试验条件还较为容易实现，目前国内外已经有相应的标准测试方法发布。传统的材料阻尼测试装置如：扭摆仪、DMTA动态热机械分析仪等。扭摆仪主要工作部分由样品、夹头和惯性体(平衡杆加平衡锤)组成，按照自由衰减法和强迫次共振法进行测量，但是由于扭摆仪的工作部分增加了一个惯性体，所以关于扭摆仪的测试精度问题引发了诸多讨论。DMTA动态热机械分析仪试样两端经过夹具、连杆分别与驱动器、应力传感器和位移检测器相连接，是强迫次共振型动态力学性能测量仪器，但是由于影响动态力学试验结果的因素很多，很难从理论上对不同模式不同条件下的试验结果进行换算。对于高温高频环境下工作的材料，如航空发动机叶片等，工作温度大于1000℃甚至更高，传统的材料阻尼测试装置已不再适用。主要困难表现在以下几个方面：一、高温条件下常规的激振和测试方法无法直接应用，必须采用特殊的激励和测振方式；二、空气阻尼、接触阻尼以及测试系统阻尼等附加阻尼的影响难以消除；三、高温高频条件下难以稳定控制试件温度和维持恒定的较大振幅。

三、发明内容

为克服现有技术中存在的附加阻尼的影响难以消除，高温高频条件下难以稳定控制试件温度和无法维持恒定的较大振幅的不足，本发明提出了一种用于测试高温材料阻尼性能的测试系统。

本发明包括高温真空室，常温真空室和激振机构。高温真空室用于加热测试件。常温真空室位于高温真空室的下方，二者之间通过环形水冷套连通。激振机构位于常温真空室内部。波纹管分别与上炉体和下炉体连通。上炉体的壳体上分布有真空计、热电偶和发热体的端子的过孔；下炉体的壳体上分布有加速度计信号线的过孔与电磁激振器的密封接线柱。数据分析系统和数据采集系统与激光位移传感器和加速度计通过数据线连接。

高温真空室包括上炉盖、上炉体、发热体、保温盖、保温层、隔热罩和测试窗口。上炉体底板中心有水冷套的安装孔，在水冷套安装孔的两侧有测试窗口。上炉盖的中心安装有丝杠。上炉盖与上炉体相固定。

保温层包括上保温层和下保温层，均位于上炉体内；保温盖位于上保温层上方。上保温层的内腔里有发热体，通过发热体对位于上保温层内的测试件进行加热。下保温层位于上层保温层与上炉体底板之间；有中心块的双悬臂梁结构的测试件和水冷套均位于下保温层内，并且测试件中心块两侧的双悬臂梁穿过隔热罩位于高温炉膛之中，被发热体加热。

隔热罩位于双悬臂梁测试件中心块的上方，将对称双悬臂梁测试件的中心块与发热体隔开，以防止中心块的温度过高。隔热块上对称分布有四个连接孔，隔热块的中心有激振杆的固定孔。加速度计安装孔位于任意两个连接孔之间的对称线上，并且加速度计安装孔的圆心与各连接孔的圆心距隔热块的圆心等距。隔热块位于测试件的下方、水冷套内，并且隔热块的一端面与测试件一端面贴合；测试件的中心块通过位于隔热块上的连接孔被固定在隔热块的上表面。加速度计位于隔热块的另一端面上，拾取测试件中心块的加速度，拾取的加速度信号通过下炉体上的过孔传递给数据采集系统。测试窗口位于上炉体底部，激光位移传感器安装在测试窗口的下方，以采集测试件悬臂梁末端的振动信号。

常温真空室包括下炉体和下炉门，用于安装电磁激振器。，电磁激振器位于下炉体中心处，被固定在下炉体的底板上；激振杆的一端通过连接套与位于下炉体内的电磁激振器连接，另一端穿过水冷套，与位于上炉体内的隔热块连接。下炉体上端的端盖与水冷套下端的端盖通过螺栓连接。

本发明以真空泵为动力，通过波纹管将真空泵连接到高温真空室和常温真空室的抽气口上，并通过高温真空室上的真空计实时观测高温真空阻尼测试炉内部的压力。同时真空计、真空泵和电炉控制柜构成控制回路，自动控制高温真空室内的真空度。

本发明通过分布在上层保温层的矩形内腔中的电炉丝做为发热体，由分布在矩形内腔中的两支热电偶监控炉温；发热体和热电偶的信号通过密封接线柱连接到电炉控制柜上，组成控制回路控制炉膛温度。