[发明专利]超高温高频材料力学性能测试仪器及方法

说明书

本发明涉及一种超高温高频材料力学性能测试仪器及方法，属于精密仪器测试领域。预拉伸加载模块由铅直方向两个伺服电机驱动，实现十字形试件铅直方向拉伸预荷载的加载；高频疲劳加载模块基于超声疲劳实验原理，实现试件的高频疲劳材料力学性能测试；拉伸/压缩加载模块由两个水平放置的电动作动缸驱动，实现十字形试拉伸/压缩复杂载荷的加载；超高温加载模块配备了低中频感应对开式加热炉，实现试件测试区域的超高温局部加载，最高加载温度可达1600℃。优点在于：在对试件进行拉伸/压缩测试的同时，增设了高频疲劳测试以及超高温加载环境，使材料的拉伸/压缩测试与高频疲劳测试更加接近真实服役环境，提高了测试结果的可靠性和准确性。

技术领域

本发明涉及精密仪器测试领域，特别涉及一种超高温高频材料力学性能测试仪器及方法。本发明能够在真空、惰性气体或是局部氧化的氛围下为超高温高频材料提供拉/压复杂荷载的加载，同时在上述复杂载荷和环境下利用超声疲劳试验技术开展材料的高频疲劳试验，实现特定工况下材料服役性能的测试。

背景技术

在航空航天领域，关键零部件都服役在高温高压、高速旋转、多重应力以及复杂荷载等极端环境下。尽管有大量的科研工作者致力于研究极端环境下材料失效模式/机理的研究，但对于材料的失效模式/机理仍然知之甚少，最重要的原因是缺乏模拟航空航天领域所涉及的极端环境的试验仪器，无法通过试验验证所提出的各种理论模型的正确性。因此，面向关键材料复杂载荷下失效模式/机理的研究需要，开展高温/复杂载荷下测试仪器的研制，以评估进而保障关键材料服役性能，将为服务国家重大战略需求提供重要的技术支撑。

获取航空航天材料服役在极端环境下力学性能的数据，不仅有益于该类材料失效模式/机理的研究，减少甚至消除因材料失效导致的严重事故的发生；而且助于改善该领域零部件的制造工艺以提高材料的使用性能。因此，研制开发针对航空航天领域服役在高温、高频以及承受复杂荷载下材料的测试仪器意义重大并且拥有十分广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高温高频材料力学性能测试仪器及方法，解决现有技术存在的复杂荷载难以加载、常规疲劳测试周期长、极端环境难以模拟的问题。本发明除可实现对材料拉伸/压缩复杂荷载加载、超生疲劳加载外，还能够模拟高温/真空氛围，实现对航空航天领域高温高频材料力学性能的测试；若结合双比色测温仪、数字散斑技术等，可实现对材料实时观测的原位测试。

本发明用于对各种高温、高频材料力学性能测试，探究其在实际服役过程中的失效机理，获取材料的力学性能数据。本发明集拉伸/压缩加载模块、超声疲劳加载单元、超高温加载模块于一体，双轴拉伸/压缩测试能够模拟多种平面应力状态，本发明利用拉伸/压缩加载模块来模拟材料所承受的复杂荷载；超声疲劳试验技术是一种共振式的高频疲劳试验方法，由于其测试频率可达20kHz，完成一组10¹⁰周次疲劳试验仅需14小时，可以极大的缩短疲劳试验时间，本发明利用超声疲劳加载模块对试件展开高频疲劳测试；航空航天领域关键材料大都服役于超高温、真空环境，本发明利用超高温加载模块对试件进行加热并模拟试件的真空氛围。基于以上所述，本发明可以实现超高温高频材料力学性能测试仪器平台的搭建并完成相关力学性能的测试。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：