[发明专利]恒定拉力加载下金属试件激光辐照效应的实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于激光破坏效应的实验装置，特别是一种在恒定拉力加载下金属试件受激光辐照效应的实验装置。

背景技术

在激光辐照受力结构试件实验研究中，需要研究在恒定拉力和激光辐照同时作用下试件的应变历程及表面辐照特性，因此需要建立相应的激光辐照效应实验装置，同时对试件的位移、温度及辐照光强进行监测。

在现有的实验装置中，拉力加载方式有万能材料试验机加载和悬挂重物加载等方式。常规万能材料试验机通常依靠位移控载，其工作模式包括预定位移、预定力值、预定拉伸速率的设定。在预定力值工作模式下，当处于拉伸状态的试件因受热而力学性能发生改变时，需要将试件进一步拉伸才能使实际输出力值趋近于预定力值。在进一步拉伸的过程中，万能材料试验机需要接收力值反馈信号，通过改变位移来改变输出拉力，而万能材料试验机中的信号接收处理、电机和丝杆等都需要响应时间，且位移速度有限，因此无法在瞬间调整位移使输出拉力恢复至预定力值，甚至无法恢复至预定力值，难以满足激光效应实验中要求的恒力加载条件。

悬挂重物加载方式是将砝码直接吊挂在试件的下方，这种加载方式虽然能满足拉力恒定加载的实验需求，但是试件的拉力值仅决定于砝码的重量，受力有限，且操作不方便；此外在激光加载实验中常会出现试件断裂的情况，导致砝码脱落，存在着安全隐患，故难以满足恒拉力加载下激光辐照效应实验的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于金属试件在恒定拉力加载下的激光效应的实验装置，克服拉力加载中的难以恒定输出、受力有限、操作不便、安全可靠性不高等不足，同时为效应实验提供温度、应力、应变、及激光辐照光强测量系统，全面地研究恒定拉力加载下金属试件的激光破坏效应。

本发明的技术方案是：

恒定拉力加载下金属试件激光辐照效应的实验装置，其特征在于：包括激光器系统1、恒定拉力加载装置6、参数监测系统和数据采集处理系统12，所述恒定拉力加载装置6用于夹持金属试件7并为其提供拉力；激光器系统1用于入射激光至金属试件7表面；参数监测系统包括激光光强监测单元、散射光探测器11和力学参数监测单元，所述的激光光强监测单元包括设置在激光器光路上的分束镜2以及设置在分束光路上的光功率计5，所述的散射光探测器11设置在金属试件7受激光辐照后的漫反射区域；所述的力学参数监测单元包括正对金属试件7背面的高速相机10、设置在金属试件7上的温度传感器和设置在恒定拉力加载装置6上的拉力传感器8；所述参数监测系统的输出信号分别送入数据采集处理系统12。

上述的恒定拉力加载装置6包括台面2.12、夹具组件、重物2.11、支杆2.9、杠杆；所述的支杆2.9下端固定在台面2.12上，其上端与杠杆铰接；所述夹具组件包括上夹具2.5和下夹具2.7，所述上夹具和下夹具分别固定拉伸试件2.6的两端；所述杠杆的一端为长臂端2.2，其与加载的重物2.11相连，另一端为短臂端2.1，其与上夹具2.5上端相连；所述下夹具2.7下端与台面2.12固定联接。

还包括辅助杆2.10，所述辅助杆2.10的下端固定在台面上，其上端设置有U形槽2.22，所述U形槽2.22比杠杆宽，所述杠杆的长臂端穿过U形槽2.22。

上述上夹具2.5和杠杆短臂端2.1之间、杠杆长臂端2.2和重物2.11之间分别设置有拉力传感器2.41。

上述的下夹具2.7和台面2.12之间通过螺杆联接，所述螺杆两端设置有调节下夹具2.7和台面2.12之间距离的螺母；所述的支杆9包括固定在台面2.12上的底座93和设置在底座93与杠杆之间的升降螺杆91，所述的升降螺杆91上设置有调节支杆2.9高度的调节螺母92；所述的辅助杆2.10包括固定在台面2.12上的底座2.25和设置在底座2.25与U形槽2.22之间的升降螺杆2.23，所述的升降螺杆2.23上设置有调节辅助杆2.10高度的调节螺母2.24。

上述的恒定拉力加载下金属试件激光辐照效应的实验装置，其特征在于：所述的散射光探测器11的输出端与数据采集处理系统12的触发端、高速相机10触发端和光功率计5的触发端相连。

上述的激光器输出光路上设置有聚焦透镜3和光阑4。

上述的激光器系统1输出功率可调；所述的温度传感器为K型热电偶9；所述的拉力传感器8为应变式。

本发明具有以下的有益效果：

1、本发明实现了金属试件辐照效应中试件的温度、应力、形变及辐照光强参数的全方位监测，可以全面地研究恒定拉力加载下金属试件的激光破坏效应。