[实用新型]一种疲劳试验环境模拟箱

说明书

本实用新型提供的疲劳试验环境模拟箱，包括箱体，箱体连接有环境模拟装置；箱体上设置有试样伸入口，试样或连接试样的喇叭与试样伸入口的内壁留有间隙。试样伸入口处设置有环形的密封布；密封布的下端连接试样伸入口，密封布的上端与试样上部或连接试样的喇叭相连接，密封布用于密封试样伸入口与试样或喇叭之间的间隙。本实用新型提供的疲劳试验环境模拟箱，通过柔性材料制成的密封布密封试样伸入口与试样或喇叭之间的间隙，能够起到较好的密封效果，使箱体内的模拟环境与外界分隔，防止箱体内的模拟环境与外界换气；且密封布能够随着试样或喇叭的振动而变形，不会影响试样或喇叭的振动，不影响试验结果。

技术领域

本实用新型涉及一种环境模拟装置，具体涉及一种应用于疲劳试验机，能够对试验环境进行有效模拟的疲劳试验环境模拟箱。

背景技术

疲劳破坏是现代工程构件的主要失效形式之一，尤其是高强度材料的疲劳断裂，高强度材料长时间在交变载荷作用下，疲劳断裂往往非常突然的发生，进而容易导致重大灾难性事故。同时，很多工程构件的失效原因不仅仅是由于疲劳破坏造成的，工程构件失效往往是温度、湿度、腐蚀气氛等多种环境因素与疲劳破坏共同作用的结果。现在市场上已经出现能够模拟高/低温、不同湿度、不同腐蚀环境的力学试验箱，但在疲劳试验中，试样需一端固定在喇叭上，另一端悬空，试样随喇叭振动。现有技术中，由于振动式的疲劳试验过程中试样和喇叭不断的振动，试样伸入口与试样或喇叭之间的间隙难以密封，而振动式的疲劳试验周期长，该间隙会造成环境模拟箱内的空气与外界空气长时间换气，进而影响环境控制的精确度，影响试验结果。当试样伸入口与试样或喇叭之间的间隙通过密封垫勉强密封后，密封垫将影响试样或喇叭的振动，进而影响试验结果。

在机械设备发展中，九十年代对机械设备的寿命和强度要求低，一般工程构件使用低碳钢等金属材料，工程构件通常是在低于10⁷周次循环的疲劳数据下设计的，当构件经过10⁷周次循环而不破坏时，便认为它不再发生断裂。随着工业科技的进步，航天、汽车、机械等领域对部分构件的疲劳寿命提出了更高的要求，实际需要达到10⁸周次以上,有时甚至要10¹¹周次。现有的常规疲劳试验机，频率上限一般为50Hz，测试10⁹周次循环试验需要230天，而超声疲劳试验机能以20KHz的重复频率快速测试金属材料的疲劳寿命，同样10⁹周次循环试验也需要14h。由上述可知，疲劳测试试验耗费时间极长。

疲劳试样的断口是一对相互匹配的断裂面，断面一般发生在金属组织中最薄弱的地方，记录着有关断裂整个过程中包括裂纹的形核和扩展，以及环境因素对断裂过程的影响等有用信息。通过对断口的形态分析，可以研究断裂起因、断裂性质、断裂方式、断裂机制、断裂韧性、断裂过程的应力状态以及裂纹扩展速率等。根据疲劳试样断口裂纹源的确认，可以有效的分析疲劳试样的失效原因。腐蚀环境作用下表面蚀坑的存在或者加工缺陷等会造成表面断裂，材料组织中夹杂物、铸造孔洞等往往会成为内部裂纹源。更深入地研究环境因素和材料的冶金因素对断裂过程的影响，需要进一步对断口表面进行微区成分分析、主体分析、结晶学分析以及断口的应力与应变分析等。断口分析是对工程材料和结构进行失效分析的重要手段，因此对断口进行保护有重要意义。

通过上述内容可知，通过常规疲劳试验机进行试验，试验周期非常长，测试人员无法保证随时在疲劳试验机附近等待试验结束。而且因为试验过程中样品共振和压缩机运行产生的噪声，实验人员无法时刻对试样进行观察，一旦试样断裂，实验人员也很难知道。试样断裂后，下部分断口掉落在试验台上容易造成物理损伤，尤其对裂纹源在表面的断口有很大影响；如若长时间未取出断口，断口极易被模拟环境箱内的湿气、腐蚀气体腐蚀或者高温氧化，影响后续对疲劳试样断口进行分析。另外值得一提的是，即使是采用超声波疲劳试验机进行试验，相对于其他力学测试实验的试验时间也较长。

现有的能够模拟试验环境的疲劳实验装置，有如下两种：