[发明专利]活塞热负荷试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种激光诱发活塞热疲劳的实验装置，包括：

支架，用于支撑待测活塞(100)；加热装置(2)，用于对活塞(100)的不同区域分别进行加热，以模拟活塞真实工况下的受热状况；

冷却装置(5)，用于对活塞(100)进行冷却；

测温装置(3)，用于测量活塞(100)受热区域的温度；

监视装置(4)，用于监视活塞(100)表面的变化；以及

控制装置，该控制装置分别与所述加热装置(2)、冷却装置(5)、测温装置(3)和监视装置(4)相连，用于分别执行加热控制、冷却控制、测量的读数采集和采集活塞表面变化图像。

2.根据权利要求1所述的激光诱发活塞热疲劳的实验装置，其特征在于，所述加热装置(2)主要包括激光器(21)和光束整形器(22)，所述激光器(21)的开启和关闭受所述控制装置(1)控制，所述激光器(21)发出的激光通过所述光束整形器(22)后照射垂直照射到所述活塞(100)上表面；所述光束整形器(22)适于将所述激光器(21)发出的激光变换成为具有多个同心环形光斑的激光，以对所述活塞(100)的不同表面位置进行加热。

3.根据权利要求2所述的激光诱发活塞热疲劳的实验装置，其特征在于，所述冷却装置(5)采用风冷或水冷，或者以两者结合的方式进行冷却。

4.根据权利要求2所述的激光诱发活塞热疲劳的实验装置，其特征在于，所述冷却装置(5)主要包括空气压缩机(51)和通过管道(53)与其相连的喷头(52)，该喷头(52)用于将空气压缩机中的冷却气体喷到所述活塞(100)的表面；或者所述冷却装置(5)结构被布置为：将活塞(100)放置在预铺设管路的水箱上，在活塞(100)的底部设有开口，从预铺设管路流进的冷水从活塞(100)底部的开口通入，喷射到活塞(100)内表面，从活塞(100)内表面流下的水落入活塞(100)下设置的回水收集槽内，并顺着设置在回水收集槽的回水出口流走。

5.根据权利要求1所述的激光诱发活塞热疲劳的实验装置，其特征在于，所述测温装置(3)包括多个热电偶，将热电偶埋于有激光作用的活塞之内且使每个同心环激光照射区设置至少一个热电偶，用于测量活塞的各个激光照射区的表面温度；或者所述测温装置(3)包括多个红外测温仪，将其设置在用于照射活塞表面的每个同心环激光光路上，用于测量活塞(100)的各个激光照射区的表面温度。

6.根据权利要求5所述的激光诱发活塞热疲劳的实验装置，其特征在于，所述热电偶或所述红外测温仪在活塞表面的每个激光照射区设置至少两个，以其测量均值作为该区域的测量结果。

7.根据权利要求1所述的激光诱发活塞热疲劳的实验装置，其特征在于，所述监视装置(4)包括摄像装置，用于采集反映所述活塞(100)疲劳状态的图像。

8.根据权利要求7所述的激光诱发活塞热疲劳的实验装置，其特征在于，所述监视装置(4)包括空间等间距布置的多个CCD或CMOS摄像头，以覆盖所述活塞(100)的整个检测表面，且所述控制装置(1)中进一步包括与所述CCD或CMOS摄像头配合使用的图像采集卡。

9.根据权利要求7所述的激光诱发活塞热疲劳的实验装置，其特征在于，所述控制装置为PC机，所述加热装置(2)、冷却装置(5)、测温装置(3)和监视装置(4)通过现场总线与所述PC机相连，且进一步包括与所述CCD或CMOS摄像头适配的图像采集卡，输入输出卡和现场总线卡。

10.一种利用如权利要求1-9中任一项激光诱发活塞热疲劳的实验装置来执行激光诱发活塞热疲劳实验的方法，包括时间控制模式和/或温度控制模式，

对于时间控制模式，包括如下步骤：

1)通过控制装置(1)预设加热装置(2)的加热时间与冷却装置(5)冷却时间，以及循环次数；

2)设定加热装置(2)的激光器(21)输出激光的波形；

3)控制激光器(21)出光，以多个同心环形激光斑的形式照射到活塞(100)的上表面上，以模拟活塞真实工况条件下的受热情况；

4)判断出光时间，当大于等于设定的加热时间时，关闭激光器(21)，然后对活塞(100)进行冷却；

5)判断冷却时间，当大于等于设定的冷却时间时，关闭冷却装置；

6)判断是否达到设定的循环次数；如果是，则结束实验；如果否，则返回步骤3)；

对于温度控制模式，包括如下步骤：

a)设定活塞(100)上某一观测点或某些观测点为控制参考点，并设定该点的温度变化范围的上限温度与下限温度，设定循环次数；

b)控制装置(1)控制加热装置(2)的激光器(21)出光；

c)判断控制参考点的温度；当从测温装置(3)中观测到参考点温度低于下限温度时，关闭冷却装置(5)，激光器(21)光闸打开，激光束作用于活塞(100)上，活塞(100)表面温度上升；当该点温度高于上限温度时，激光器(21)光闸关闭，冷却装置(5)打开，活塞(100)表面温度下降；

d)判断是否达到设定的循环次数；如果是，则结束操作；如果否，返回步骤b)。