[实用新型]一种基于DIC测试技术的超低温力学试验系统

说明书

本实用新型涉及一种基于DIC测试技术的超低温力学试验系统，其包括静力试验装置、三维数字图像测试设备和测控系统，其采用先进的三维数字图像技术实现全场实时非接触测量，且测量范围可调节。试验过程使用液氮实现超低温环境，并通过CCD相机垂直于平板试件及液氮液面的安装方式避免了由于温度梯度造成的气流扰动对测量结果的影响；采用开放式的试验装置及加载系统消除了低温环境下试件表面结霜影响测量的难题。

技术领域

本实用新型涉及一种基于DIC测试技术的超低温力学试验系统，属于力学试验领域。

背景技术

材料和结构在低温环境下的力学性能测试是航天航空工业领域的一大技术难题。航天航空飞行器中的一些重要部件，如火箭贮箱、低温管路等，在空天环境中可能处于真空、低温及交变载荷耦合的恶劣环境状态下。复杂的服役环境将导致结构部件的强度极限和承载能力降低，影响航天航空飞行器的服役安全性能。因此，发展适用于低温环境的先进测量技术，表征材料和结构的低温力学性能，对于航天航空飞行器的可靠性评定、寿命预测及安全设计具有重要意义。

变形测量是研究材料和结构力学性能的重要手段。目前，极端环境(超高、低温)下的变形测量技术按测量方式可以分为传统的接触式测量技术和现代的非接触式测量技术。由于极端环境的复杂性，接触式测量技术在应用上往往会受到较大的限制。非接触式测量技术通常基于光学原理，克服了接触式测量无法获得全场变形信息的缺点而成为目前极端环境下的主流变形测量技术。

目前国内外虽然已有一些利用光学非接触测量技术对材料或结构在低温环境下的力学性能进行了试验研究，但大多仅限于零下几十度温度范围内的试验，关于如何实现试验中所需的低温或超低温(-196℃)环境，如何消除试验中由于温差过大造成的气流扰动，如何避免试件表面结霜等诸多问题依然没有统一且有效的解决手段，因此十分有必要针对低温环境下应用光学测量技术产生的具体问题进行深入研究，并建立一套完善的典型结构超低温力学试验系统，为准确测定材料和结构在超低温环境下的力学性能奠定技术基础。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提出一种基于DIC测试技术的超低温力学测试系统，其采用先进的三维数字图像技术实现全场实时非接触测量，且测量范围可调节。试验过程使用液氮实现超低温环境，并通过CCD相机垂直于平板试件及液氮液面的安装方式避免了由于温度梯度造成的气流扰动对测量结果的影响；采用开放式的试验装置及加载系统消除了低温环境下试件表面结霜影响测量的难题。

(二)技术方案

一种基于DIC测试技术的超低温力学试验系统，包括静力试验装置、三维数字图像测试设备和测控系统；其特征在于，所述静力试验装置包括液氮槽、液氮、四点弯支撑块、挡板、平板试件、四点弯加载块、压杆、力传感器、承力地轨、直立柱、承力梁、调节板、作动筒；所述三维数字图像测试设备包括LED光源、双目CCD相机；所述测控系统包括温度测量系统、电阻应变测量系统、液压自动协调加载与控制系统、数字图像相关测量系统；

液氮槽通过连接螺栓固定在承力地轨上，液氮槽内部加工有盲孔，四点弯支撑块通过螺栓固定在液氮槽的底板上，四点弯支撑块的两弧形支撑间距离为L1；平板试件水平放置于四点弯支撑块的两弧形支撑上，四点弯支撑块的两弧形支撑与平板试件的中心线距离相等；挡板通过螺栓固定在四点弯支撑块上，以限制平板试件沿水平方向移动；平板试件上方设置四点弯加载块，四点弯加载块的两个压头间距离为L2，L2＜L1，且与平板试件中心线的距离相等。

其中，在液氮槽的外周，由底部的承力地轨、两侧的直立柱、顶部的承力梁搭建成承力龙门架，力传感器的一端通过压杆与四点弯加载块连接，其另一端依次连接压杆、作动筒并通过调节板固定在承力龙门架上；所述力传感器与液压自动协调加载与控制系统协作。

其中，在平板试件上表面喷涂白色底漆，在所述白色底漆上喷涂黑色漆，以形成随机散斑图像。