[发明专利]一种基于激光辐照的材料可控高温试验装置与方法

说明书

本发明属于材料科学、高温实验力学、固体力学等领域，涉及一种基于激光辐照的材料可控高温试验装置与方法。该装置包括：材料试验机系统、试验件夹持装置、试验件加热装置、试验件温度测度装置、试验件应变测量装置。本发明满足各类材料在高温下的力学性能测试与标定，解决现阶段材料高温实验温度控制精度低、效率低、对夹持装置要求高等技术问题。

技术领域

本发明属于材料科学、高温实验力学、固体力学等领域，涉及一种基于激光辐照的材料可控高温试验装置与方法。

背景技术

在航天航空、兵器、船舶等工业领域中，部分结构(如涡轮叶片、膛口)常常面临高温环境，其在高温环境下的变形损伤特性是评估其寿命的重要指标。需要了解相应材料在高温环境下的力学特性。

目前针对高温下材料的力学性能测试，主要通过高温箱或加热炉对试验件进行加热处理，结合材料试验机获得试验件的力学特性。但是上述使用高温箱或加热炉需要将加持装置包含其中，每次实验对夹持装置等进行加温，温度控制精度低，对夹持装置等提出了很高的要求，并大大缩短夹持装置等的使用寿命，且高温夹持装置等对实验人员存在烧伤风险；同时，该方法中仅能通过观察窗口观察试验件，极大限制了非接触应变测量和试验件失效观察角度。

因此，亟需一种对温度控制精度高、夹持装置要求低、实验效率高、方便观察试验件变化等的材料高温实验方法。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于激光辐照的材料可控高温试验装置与方法，满足各类材料在高温下的力学性能测试与标定，解决现阶段材料高温实验温度控制精度低、效率低、对夹持装置要求高等技术问题。

本发明的技术方案是：

本发明提出一种基于激光辐照的材料可控高温试验装置，包括：材料试验机系统、试验件夹持装置、试验件加热装置、试验件温度测度装置、试验件应变测量装置；

所述的材料试验机系统包括材料试验机1(包括满足材料准静态、中低应变率试验)、力传感器7、第一计算机8；所述第一计算机8与材料试验机1通过数据线连接，力传感器7位于材料试验机底座6下方；

所述试验件夹持装置包括上夹具3、下夹具5；下夹具5下端与试验机底座6连接，上夹具3上端与试验机运动轴2连接，下夹具5和上夹具3夹持待测试验件4；

所述试验件加热装置与试验件温度测度装置通过支架安装在试验件一侧，试验件加热装置中心与试验件标距段中心在同一水平面；

所述试验件应变测量装置通过支架安装在试验件另外一侧，非接触应变测量装置中心与试验件标距段中心在同一水平面。

进一步的，所述试验件加热装置包括激光器设备11；所述激光器设备包括连续激光器、脉冲激光器、脉冲-连续复合激光器，以及配套所需的冷却、电源。

进一步的，所述试验件温度测度装置包括非接触温度测量装置10、第二计算机9；所述非接触温度测量装置10需给出温度场变化。

进一步的，试验件应变测量装置包括非接触应变测量装置13、冷光源12、第三计算机14。

本发明提供一种基于激光辐照的材料可控高温试验方法，包括：

将试验件通过夹持装置安装在材料试验机上；

在试验件喷有漆斑一侧搭建非接触应变测量装置、冷光源，非接触应变测量装置中心与试验件标距段中心在同一水平面；

在试验件光滑表面一侧搭建激光器设备、非接触温度测量装置，其中激光器激光束与试验件标距段中心在同一水平面；

打开激光器设备，使激光束辐照试验件表面，调整激光束直径；

打开非接触温度测量装置，测量试验件温度场，并调整激光器功率，重复温度测量，至试验件温度满足实验需求；