CN214200923U

CN214200923U - 高温弯曲疲劳原位测试装置

Info

Publication number: CN214200923U
Application number: CN202022853766.8U
Authority: CN
Inventors: 赵宏伟; 王可心; 张世忠; 王洋; 赵久成; 李霄琳
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2021-09-14
Anticipated expiration: 2030-12-02

Abstract

本实用新型涉及一种高温弯曲疲劳原位测试装置，该装置由电磁谐振加载模块、液压加载模块、高温加载模块、原位监测模块、试样夹持装置组成。其中，电磁谐振加载模块能够实现对被测试样高频弯曲疲劳加载；液压加载模块能够实现对被测试样低频弯曲疲劳加载；高温加载模块能够实现对被测试样高温及变温环境加载；原位监测模块能够监测试样裂纹萌生、扩展的特征和机理；试样夹持装置可实现对不同尺寸、不同形状被测试样的牢固夹持与精确定位。本实用新型可用于高温弯曲疲劳性能的高分辨率原位测试，为航空航天、汽车制造、轨道交通等领域材料弯曲疲劳性能测试、服役安全性保障提供了一种可行性技术手段。

Description

高温弯曲疲劳原位测试装置

技术领域

本实用新型涉及精密科学仪器领域，特别涉及一种高温弯曲疲劳原位测试装置。本实用新型基于电液伺服驱动技术、电磁谐振驱动技术、辐射式电阻体间接加热技术，实现对被测试样高温弯曲疲劳加载以及静动态机械载荷复合加载。并集成表面变形损伤测量组件、微观组织结构测量组件，实现对被测试样微观力学行为、变形损伤模式与性能演化规律的并行精准原位测量。本实用新型结合原位测试仪器，提出了一种高温弯曲疲劳原位测试装置，可用于材料高温疲劳、弯曲疲劳以及高温弯曲疲劳测试；本实用新型为一种功能集中型疲劳试验机，能够代替传统功能单一型疲劳试压机。

背景技术

金属疲劳断裂现象最早从18世纪60年代开始进入人们视野，随着蒸汽机车在第一次工业革命中的大量涌现，一系列疲劳断裂事故也随之发生。19世纪出现了更多的重型卡车、汽车、轮船等大型机械，伴随而来的还有受循环载荷作用的关键部件的断裂失效；直到第二次世界大战中，被投入战争的大规模船舰在冷水中发生了严重的开裂事故，这迫使当时的人们真正认识并了解金属疲劳断裂现象。

在航空航天、汽车制造、轨道交通等领域，关键结构材料疲劳失效酿成的悲剧屡见不鲜。 1998年德国高铁事故至今仍是世界抹不去的伤痛，这场造成101人死亡、88人重伤、106 人轻伤的史上最惨烈高铁悲剧起因是车轮轮毂疲劳断裂；国防工事上较为引人注目的是美军 F-15C鹰式战斗机凌空解体，起因是持续性的高强度飞行活动使结构出现疲劳。随着科学技术的不断进步，上述关键领域中核心零部件的服役工况愈发恶劣。因此，建立有效而可靠的疲劳测试装置及测试方法，保障材料服役安全性成为现阶段亟需解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高温弯曲疲劳原位测试装置，解决了现有技术存在的上述问题，满足航空航天、汽车制造和核工业等众多关键领域材料的测试需求。测试装置由电磁谐振加载模块、液压加载模块、高温加载模块、原位监测模块、试样夹持装置组成。其中，电磁谐振加载模块能够实现对被测材料试样100～4000Hz的高频弯曲疲劳加载；液压加载模块能够实现对被测材料试样0.01～100Hz、0～10kN的低频弯曲疲劳加载；高温加载模块能够实现对被测材料试样RT～1100℃的高温及变温环境加载；原位监测模块能够监测试样裂纹萌生、扩展的特征和机理；试样夹持装置可实现对不同尺寸、不同形状被测材料试样的牢固夹持与精确定位。本实用新型可用于材料高温低周、高周以及超高周弯曲疲劳性能的高分辨率原位测试，高度模块化、功能多样、试验频率范围广，为汽车制造、核工业等领域材料弯曲疲劳性能测试、服役安全性保障提供了一种可行性技术手段。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

高温弯曲疲劳原位测试装置，包括电磁谐振加载模块1、高温加载模块2、原位监测模块3、液压加载模块4、试样夹持装置5，所述电磁谐振加载模块1与底座10303刚性连接，整体固定在底座10303上，实现对被测试样的疲劳加载；高温加载模块2与平台10301刚性连接，整体固定在平台10301上，设置在砝码10205的正下方，实现对被测试样的高温加载；原位监测模块3与平台10301刚性连接，设置在高温加载模块2的观测孔208旁边，实现在疲劳试验中观察记录被测试样表面萌生裂纹的过程；液压加载模块4通过连接板一407与平台10301刚性连接，实现对被测试样的低频加载、静态弯曲预加载；试样夹持装置5包含三点弯曲试样夹持装置501及悬臂弯曲试样夹持装置502；三点弯曲试样夹持装置501整体固定在高温加载模块2内，实现对三点弯曲试样50110的定位夹紧；悬臂弯曲试样夹持装置 502整体固定在高温加载模块2内，实现对悬臂弯曲试样50204的定位夹紧。

所述的电磁谐振加载模块1是：升降机构101设置在支撑框架103内，与高频加载子模块102刚性连接，实现高频加载子模块102在一定范围内沿竖直方向的上升和下降；高频加载子模块102设置在试样夹持装置5的上方，实现对被测试样的高频疲劳加载，根据实际测试需要还可施加静态弯曲预载荷；支撑框架103用于实现对各个零部件的牢固支撑与精确定位。

所述的升降机构101动力源为三相异步电动机10104，通过联轴器将运动传到二级减速器10105，再传到另一阶梯轴，带动蜗轮蜗杆升降机10101中的蜗轮转动，使蜗杆产生竖直方向的位移；蜗杆顶端圆盘通过螺钉与立柱10103下端圆盘刚性连接，从而带动与立柱10103 刚性连接的横梁10202上下移动，实现高频加载子模块102在一定范围内沿竖直方向的上升与下降，进而实现对被测试样不同应力比下的高周疲劳加载。

所述的高温加载模块2是：炉壳204上下各有外部导向凸台205，耐火层207上下各设有内部导向凸台209，以引导电磁弯曲压杆10207、液压弯曲压杆411伸入高温加载模块2内对被测试样进行力的加载，侧壁有观测孔208，观测被测试样在实验过程中的变化。保温层206的上下设有导向通孔，使电磁弯曲压杆10207、液压弯曲压杆411通过。

所述的三点弯曲试样夹持装置501通过三点弯曲底板50103与高温加载模块2的耐火层207刚性连接，整体固定在耐火层207上；悬臂弯曲试样夹持装置502具有与三点弯曲底板50103相同尺寸结构的悬臂弯曲底板50206，可互相替换使用。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型为一种高温弯曲疲劳原位测试装置，用于材料的高温疲劳、弯曲疲劳、高温弯曲疲劳测试，功能集中。

(2)本实用新型具有两种加载装置，可实现0.01～100Hz、10KN的低频弯曲疲劳加载和100～4000Hz的高频弯曲疲劳加载。

(3)本实用新型具有两种试样夹持装置，能够实现静态三点弯曲测试和悬臂弯曲测试。

(4)本实用新型具有高温加载装置，能够实现对被测材料试样RT～1100℃的高温及变温环境加载。

(5)本实用新型具有原位测试装置，能够使用高速相机、显微镜原位监测试样裂纹萌生、扩展的特征和机理。

(6)本实用新型为一种功能集中型疲劳试验机，能够代替传统功能单一型疲劳试压机。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型的整体结构轴测结构示意图；

图2为本实用新型的电磁谐振加载模块轴测结构示意图；

图3为本实用新型的电磁谐振加载模块升降机构轴测结构示意图；

图4为本实用新型的电磁谐振加载模块高频加载子模块轴测结构示意图；

图5为本实用新型的电磁谐振加载模块支撑框架轴测结构示意图；

图6为本实用新型的高温加载模块(马弗炉)轴测结构示意图；

图7为本实用新型的高温加载模块(马弗炉)剖视结构示意图；

图8为本实用新型的原位监测模块轴测结构示意图；

图9为本实用新型的原位测试X-Y移动装置的轴测结构示意图；

图10为本实用新型的液压加载模块轴测结构示意图；

图11为本实用新型的三点弯曲测试的试样夹持装置轴测结构示意图；

图12为本实用新型的三点弯曲测试的试样夹持装置正视结构示意图；

图13为本实用新型的三点弯曲测试的试样夹持装置俯视结构示意图；

图14为本实用新型的三点弯曲试样轴测结构示意图；

图15为本实用新型的悬臂弯曲测试的试样夹持装置轴测结构示意图；

图16为本实用新型的悬臂弯曲试样轴测结构示意图；

图17为本实用新型的整体结构正视结构示意图；

图18为本实用新型的整体结构左视结构示意图；

图19至图20为本实用新型的高温加载、弯曲加载测试原理图，其中图19为三点弯曲加载测试原理图，图20为悬臂弯曲加载测试原理图。

图中：1、电磁谐振加载模块；2、高温加载模块；3、原位监测模块；4、液压加载模块；5、试样夹持装置；101、升降机构；102、高频加载子模块；103、支撑框架；10101、蜗轮蜗杆升降机；10102、齿轮；10103、立柱；10104、三相异步电动机；10105、二级减速器；10106、轴承座；10201、激振器；10202、横梁；10203、弓形环；10204、支架；10205、砝码；10206、力传感器；10207、电磁弯曲压杆；10208、电磁弯曲压头；10301、平台；10302、立柱型材； 10303、底座。201、把手；202、合页；203、炉门；204、炉壳；205、外部导向凸台；206、保温层；207、耐火层；208、观测孔；209、内部导向凸台；210、螺纹孔；211、十字槽圆柱头螺钉；212、电热体。301、高速相机支架；302、高速相机；303、显微镜；304、显微镜支架；305、原位测试X-Y移动装置；30501、X向丝杠螺母副；30502、Y向移动平台一； 30503、显微镜Y向丝杠螺母副；30504、联轴器一；30505、步进电机一；30506、步进电机二；30507、联轴器二；30508、步进电机三；30509、联轴器三；30510、高速相机Y向丝杠螺母副；30511、Y向移动平台二；30512、X向移动平台。401、保护套；402、液压缸缸筒；403、蓄能器；404、液压管路；405、电液比例阀；406、阀板；407、连接板一；408、活塞杆；409、胀紧套；410、力传感器；411、液压弯曲压杆；412、液压弯曲压头。501、三点弯曲试样夹持装置；502、悬臂弯曲试样夹持装置；50101、夹紧螺母；50102、支撑板一；50103、三点弯曲底板；50104、支撑板二；50105、夹紧爪；50106、固定V形块；50107、支撑板三；50108、活动V形块；50109、连接板二；50110、三点弯曲试样；50111、夹紧螺栓；50112、内六角圆柱头螺钉；50113、A型普通平键；50114、双头螺柱；50115、六角螺母；50116、梯形块；50117、圆柱销；50118、阶梯轴；50119、圆柱螺旋压缩弹簧；50201、外六角螺栓；50202、螺母；50203、支撑板四；50204、悬臂弯曲试样；50205、内六角螺栓； 50206、悬臂弯曲底板。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图20所示，本实用新型的高温弯曲疲劳原位测试装置，该装置由电磁谐振加载模块、液压加载模块、高温加载模块、原位监测模块、试样夹持装置组成。其中，电磁谐振加载模块能够实现对被测材料试样高频弯曲疲劳加载；液压加载模块能够实现对被测材料试样低频弯曲疲劳加载；高温加载模块能够实现对被测材料试样高温及变温环境加载；原位监测模块能够监测试样裂纹萌生、扩展的特征和机理；试样夹持装置可实现对不同尺寸、不同形状被测材料试样的牢固夹持与精确定位。本实用新型可用于材料高温疲劳、弯曲疲劳性能的高分辨率原位测试，高度模块化、功能多样、试验频率范围广，为航空航天、汽车制造、轨道交通等领域材料弯曲疲劳性能测试、服役安全性保障提供了一种可行性技术手段。

如图1所示，本实用新型的一种高温弯曲疲劳原位测试装置由电磁谐振加载模块1、高温加载模块2、原位监测模块3、液压加载模块4、试样夹持装置5等组成。参见图16及图17所示，电磁谐振加载模块1的支撑框架103能够起到支撑整个装置的作用；高频加载子模块102设置在试样夹持装置5的上方，用来实现对被测试样的高频疲劳加载，根据实际测试需要还可施加静态弯曲预载荷；升降机构101被设置在支撑框架103内，与高频加载子模块102刚性连接，能够实现高频加载子模块102在一定范围内沿竖直方向的上升和下降；高温加载模块2与平台10301之间为刚性连接，高温加载模块2整体固定在平台10301的中部凸台上，设置在砝码10205的正下方，用来实现对被测试样的高温加载；外部导向凸台205 用来引导电磁弯曲压杆10207、电磁弯曲压头10208、液压弯曲压杆411、液压弯曲压头412 对被测试样的加载。原位监测模块3与平台10301之间为刚性连接，整体固定在平台10301 上，设置在观测孔208旁边，用于实现在疲劳试验中记录被观测试样表面萌生裂纹的过程，观察试样在疲劳加载下所产生的表面裂纹的长度、宽度、形态等特征。液压加载模块4通过连接板一407与平台10301刚性连接，整体设置在平台10301的下方，用于实现对被测试样的弯曲载荷加载。试样夹持装置5包含三点弯曲试样夹持装置501及悬臂弯曲试样夹持装置 502；三点弯曲试样夹持装置501通过三点弯曲底板50103与高温加载模块2的耐火层207 刚性连接，整体固定在耐火层207上，用来实现对三点弯曲试样50110的定位夹紧；悬臂弯曲试样夹持装置502通过悬臂弯曲底板50206与高温加载模块2的耐火层207刚性连接，整体固定在耐火层207上，用来实现对悬臂弯曲试样50204的定位夹紧；三点弯曲底板50103 与悬臂弯曲底板50206具有相同的尺寸结构，与耐火层207均为螺纹连接，可随时安装和拆卸，所以三点弯曲试样夹持装置501、悬臂弯曲试样夹持装置502可根据要求替换使用，但不能同时使用。

如图2所示，本实用新型的电磁谐振加载模块1由升降机构101、高频加载子模块102、支撑框架103等组成；其中，升降机构101竖直布置，整体固定在支撑框架103的底座10303 上，通过立柱10103与横梁10202刚性连接，实现高频加载子模块102在一定范围内沿竖直方向的上升与下降；高频加载子模块102设置在试样夹持装置5的上方，用来实现对被测试样的高频疲劳加载，根据实际测试需要还可施加静态弯曲预载荷；支撑框架103对整个装置起到支撑固定的作用。

如图3所示，本实用新型的升降机构101由蜗轮蜗杆升降机10101、齿轮10102、立柱10103、三相异步电动机10104、二级减速器10105、轴承座10106等组成；其中，三相异步电动机10104通过联轴器与二级减速器10105相连接；二级减速器10105通过联轴器与阶梯轴相连接；阶梯轴与齿轮10102实现键连接；轴承座10106通过螺钉与底座10303刚性连接；蜗轮蜗杆升降机10101通过螺钉与底座10303刚性连接，蜗杆顶端圆盘通过螺钉与立柱10103 下端圆盘刚性连接；立柱10103顶端轴肩上的一段外螺纹与螺母内螺纹配合，用来实现将横梁10202固定在立柱10103上，从而实现高频加载子模块102在一定范围内沿竖直方向的上升与下降。

如图4所示，本实用新型的高频加载子模块102由激振器10201、横梁10202、弓形环10203、支架10204、砝码10205、力传感器10206、电磁弯曲压杆10207、电磁弯曲压头10208等组成；其中，横梁10202通过螺钉与激振器10201刚性连接；支架10204两端通过螺钉分别与横梁104、砝码10205刚性连接；弓形环10203下端通过螺钉与支架10204中部托盘刚性连接；砝码10205通过连接盘与力传感器10206刚性连接；力传感器10206一端内螺纹与电磁弯曲压杆10207一端外螺纹配合；电磁弯曲压杆10207一端内螺纹与电磁弯曲压头10208 外螺纹配合。

如图5所示，本实用新型的支撑框架103由平台10301、立柱型材10302、底座10303等组成；其中，平台10301上表面具有相互垂直的“T”型槽，能够满足其余各模块沿“T”型槽精密移动、定位，且便于后期拓展集成其余模块，契合装置整体的模块化设计思想；平台10301下表面加工有相互垂直的加强肋，以保证其具有较大的刚度；平台10301中间加工有凹槽，用于液压加载模块4的安装定位。立柱型材10302的横截面为空心正方形，具有较强的抗弯抗扭能力，上与平台10301刚性连接，下与底座10303刚性连接，设置在底座10303 的四个方形凹槽处，整体固定在平台10301与底座10303的中间区域，实现对其余各模块的牢固支撑。底座10303与平台10301的长宽尺寸完全一致，底座10303上面具有与蜗轮蜗杆升降机10101、三相异步电动机10104、二级减速器10105、轴承座10106相对应的凸台，为电磁谐振加载模块1提供精确的安装定位；底座10303上还具有与立柱型材10302对应的凹槽，为立柱型材10302提供精确的安装定位。

如图6及图7所示，本实用新型的高温加载模块2由把手201、合页202、炉门203、炉壳204、外部导向凸台205、保温层206、耐火层207、观测孔208、内部导向凸台209、螺纹孔210、十字槽圆柱头螺钉211、电热体212等组成，其中，合页202的两个扇面通过十字槽圆柱头螺钉211分别与炉门203、保温层206刚性连接，用来实现将炉门203固定在保温层206上，并使炉门203可以实现开启与关闭的功能，把手201设置在炉门203上；炉壳204与保温层206嵌套在一起；保温层206与耐火层207嵌套在一起；电热体212固定在耐火层207内侧，用来实现对被测试样的高温加热。

如图8及图9所示，本实用新型的原位监测模块3由高速相机支架301、高速相机302、显微镜303、显微镜支架304、原位测试X-Y移动装置305、X向丝杠螺母副30501、Y向移动平台一30502、显微镜Y向丝杠螺母副30503、联轴器一30504、步进电机一30505、步进电机二30506、联轴器二30507、步进电机三30508、联轴器三30509、高速相机Y向丝杠螺母副30510、Y向移动平台二30511、X向移动平台30512等组成，其中显微镜303 通过显微镜支架304与原位测试X-Y移动装置305的Y向移动平台一30502刚性连接；Y 向移动平台一30502通过螺钉与显微镜Y向丝杠螺母副30503刚性连接；高速相机302通过高速相机支架301与Y向移动平台二30511刚性连接，Y向移动平台二30511通过螺钉与高速相机Y向丝杠螺母副30510刚性连接；显微镜Y向丝杠螺母副30503、高速相机Y向丝杠螺母副30510通过螺钉与X向移动平台30512刚性连接；X向移动平台30512通过螺钉与X向丝杠螺母副30501刚性连接；步进电机一30505通过联轴器一30504与显微镜Y 向丝杠螺母副30503连接，步进电机二30506通过联轴器二30507与高速相机Y向丝杠螺母副30510连接，步进电机三30508通过联轴器三30509与X向丝杠螺母副30501连接。

如图10所示，本实用新型的液压加载模块4由保护套401、液压缸缸筒402、蓄能器403、液压管路404、电液比例阀405、阀板406、连接板一407、活塞杆408、胀紧套409、力传感器410、液压弯曲压杆411、液压弯曲压头412等组成，其中保护套401通过螺钉与液压缸缸筒402刚性连接，用来实现对另一端活塞杆的保护作用；阀板406通过螺钉与液压缸缸筒402刚性连接；电液比例阀405通过螺钉与阀板406刚性连接；液压管路404通过螺纹管接头与阀板406连接，并固定在阀板上；蓄能器403安装在阀板406上，用来存贮能量，应急液压，作为辅助动力源；连接板一407通过螺钉一端与液压缸缸筒402刚性连接，另一端与平台10301刚性连接，用来实现将液压加载模块4固定在支撑框架103的平台10301 上；活塞杆408顶端外螺纹与胀紧套409的内螺纹配合，胀紧套409通过连接杆与力传感器 410相连；力传感器410一端内螺纹与液压弯曲压杆411一端外螺纹配合，液压弯曲压杆411 另一端内螺纹与液压弯曲压头412外螺纹配合。

如图11至图15所示，本实用新型的试样夹持装置5包括三点弯曲试样夹持装置501、悬臂弯曲试样夹持装置502。所述三点弯曲试样夹持装置501由夹紧螺母50101、支撑板一 50102、三点弯曲底板50103、支撑板二50104、夹紧爪50105、固定V形块50106、支撑板三50107、活动V形块50108、连接板二50109、夹紧螺栓50111、内六角圆柱头螺钉50112、 A型普通平键50113、双头螺柱50114、六角螺母50115、梯形块50116、圆柱销50117、阶梯轴50118、圆柱螺旋压缩弹簧50119等组成，其中支撑板一50102、支撑板二50104、支撑板三50107通过内六角圆柱头螺钉50112与三点弯曲底板50103刚性连接；阶梯轴50118轴径较大一端的外圆柱面与支撑板一50102的对应内圆面配合，并通过A型普通平键50113 实现键连接；阶梯轴50118轴径较小一端与支撑板一50102内孔之间装配有圆柱螺旋压缩弹簧50119；阶梯轴50118轴径较小一端的外螺纹与夹紧螺母50101内螺纹配合；阶梯轴50118 通过圆柱销50117与梯形块50116刚性连接；夹紧爪50105通过双头螺柱50114与支撑板二 50104实现铰连接，夹紧爪50105可绕双头螺柱50114转动，实现对三点弯曲试样50110的定位和夹紧；六角螺母50115内螺纹与双头螺柱50114一端外螺纹配合，防止夹紧爪50105 在转动过程中掉落；固定V形块50106通过销、螺钉与支撑板三50107刚性连接，实现对三点弯曲试样50110的定位；活动V形块50108通过销、螺钉与连接板二50109刚性连接，连接板二50109通过夹紧螺栓50111与支撑板三50107刚性连接，用来实现对三点弯曲试样 50110的夹紧；三点弯曲底板50103上具有光孔，可通过螺钉固定在高温加载模块2上。

如图15所示，本实用新型的试样夹持装置5的其中之二，悬臂弯曲试样夹持装置502 由外六角螺栓50201、螺母50202、支撑板四50203、内六角螺栓50205、悬臂弯曲底板50206 等组成，其中悬臂弯曲底板50206与三点弯曲底板50103的结构尺寸完全一致，可通过螺钉固定在高温加载模块2上；支撑板四50203通过内六角螺栓50205与悬臂弯曲底板50206刚性连接；支撑板四50203上的凹槽与试样一端的方形结构配合，通过外六角螺栓50201、螺母50202与悬臂弯曲试样50204刚性连接，用来实现对悬臂弯曲试样50204的定位夹紧。

参见图1至图20所示，本实用新型在进行高温弯曲疲劳原位测试试验时，以三点弯曲试样50110为例，具体步骤如下：

步骤一：三点弯曲试样50110的安装。将三点弯曲试样50110水平放置在固定V形块50106上，拧紧夹紧螺母50101，使夹紧爪50105夹紧试样50110；拧紧夹紧螺栓50111，使活动V形块50108夹紧试样50110。

步骤二：三点弯曲试样50110的高温加载。三点弯曲试样50110的高温加载由高温加载模块2实现，将三点弯曲试样夹持装置501通过三点弯曲底板50103与耐火层207的螺纹连接，整体固定在高温加载模块2上，温度控制器向电热体212通入大小不同的电压使其发热，通过热辐射的方式实现不同温度的高温加载。

步骤三：三点弯曲试样50110的静态弯曲载荷的加载。三点弯曲试样50110静态弯曲载荷的加载由液压加载模块4来实现，液压油推动活塞杆408单方向直线运动，活塞杆将动力传递给液压弯曲压杆411、液压弯曲压头412，实现三点弯曲试样50110的静态弯曲加载。

步骤四：三点弯曲试样50110的高低周复合疲劳加载。三点弯曲试样50110的低频加载由液压加载模块4实现，高频加载由电磁谐振加载模块1实现；改变输入电液比例阀405的电信号频率，液压油控制活塞杆408进行往复直线运动，能够实现0.01～100Hz的疲劳加载；激振器10201、弓形环10203、支架10204、砝码10205、力传感器10206组成电磁激振系统，控制电磁激振系统按设定振幅和频率振动，共振后，砝码10205产生反复惯性力作用于三点弯曲试样50110上，能够实现100～4000Hz的疲劳加载。先对三点弯曲试样50110进行高频加载，再通过升降机构101将高频加载子模块102抬起，然后对三点弯曲试样50110进行低频加载，从而实现对三点弯曲试样50110的高低周复合疲劳加载。

步骤五：三点弯曲试样50110的原位监测。三点弯曲试样50110的原位监测由原位监测模块3实现，高速相机302能够在疲劳试验中记录材料表面萌生裂纹的过程，显微镜303能够观察材料在疲劳加载下所产生的表面裂纹的长度、宽度、形态等特征。

本实用新型涉及到的基本理论公式如下：

(一)三点弯曲试样的应力应变公式

σ_1,max——试样的最大弯曲正应力，Pa；

M_1,zmax——试样的最大弯矩，N·m；

W_1,z——试样的抗弯截面系数；

ε_1,max——试样的最大线应变；

E——弹性模量。

(二)悬臂弯曲试样的应力应变公式

σ_2,max——试样的最大弯曲正应力，Pa；

M_2,zmax——试样的最大弯矩，N·m；

W_2,z——试样的抗弯截面系数；

ε_2,max——试样的最大线应变。

(三)高低温加载测试的基本理论公式

1.灰体间的辐射换热量计算公式：

Q_1,2——辐射换热量，W；

ε_s——系统发射率；

A₁——试样表面积，m²；

C_b——黑体辐射系数，其值为5.67W/(m²·K⁴)；

T₁——炉腔表面的热力学温度，K；

T₂——试样表面的热力学温度，K。

第三类边界条件下的一维非稳态导热：

Q₀＝2δρcθ₀ (7)

θ——试样表面的过余热量，W；

θ₀——试样表面的初始过余热量，W；

F_O——傅里叶准则；

B_i——毕渥准则；

Q₀——试样每平方米截面的初始内能，W；

δ——试样的半径，m；

ρ——试样的密度，kg/m³；

c——比热容，J/(kg·℃)；

Q——试样表面的累计热量，W。

试样获得的总热量：

Q_total＝Q_1,2+Q (9)

Q_total——试样获得的总热量，W。

本实用新型的符号说明如下：

以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡对本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种高温弯曲疲劳原位测试装置，其特征在于：包括电磁谐振加载模块（1）、高温加载模块（2）、原位监测模块（3）、液压加载模块（4）、试样夹持装置（5），所述电磁谐振加载模块（1）与底座（10303）刚性连接，实现对被测试样的疲劳加载；高温加载模块（2）整体固定在平台（10301）上，设置在砝码（10205）的正下方，实现对被测试样的高温加载；原位监测模块（3）与平台（10301）刚性连接，设置在高温加载模块（2）的观测孔（208）旁边，记录被测试样表面萌生裂纹的过程；液压加载模块（4）通过连接板一（407）与平台（10301）刚性连接，实现对被测试样的低频加载、静态弯曲预加载；试样夹持装置（5）包含三点弯曲试样夹持装置（501）及悬臂弯曲试样夹持装置（502）；三点弯曲试样夹持装置（501）整体固定在高温加载模块（2）内，实现对三点弯曲试样（50110）的定位夹紧；悬臂弯曲试样夹持装置（502）整体固定在高温加载模块（2）内，实现对悬臂弯曲试样（50204）的定位夹紧。

2.根据权利要求1所述的高温弯曲疲劳原位测试装置，其特征在于：所述的电磁谐振加载模块（1）是：升降机构（101）设置在支撑框架（103）内，与高频加载子模块（102）刚性连接，实现高频加载子模块（102）沿竖直方向的上升和下降；高频加载子模块（102）设置在试样夹持装置（5）的上方，实现对被测试样的高频疲劳加载，或者施加静态弯曲预载荷。

3.根据权利要求2所述的高温弯曲疲劳原位测试装置，其特征在于：所述的升降机构（101）动力源为三相异步电动机（10104），通过联轴器将运动传到二级减速器（10105）、再传到另一阶梯轴，带动蜗轮蜗杆升降机（10101）中的蜗轮转动，使蜗杆产生竖直方向的位移；蜗杆顶端圆盘通过螺钉与立柱（10103）下端圆盘刚性连接，从而带动与立柱（10103）刚性连接的横梁（10202）上下移动，实现高频加载子模块（102）沿竖直方向的上升与下降，进而实现对被测试样不同应力比下的高周疲劳加载。

4.根据权利要求1所述的高温弯曲疲劳原位测试装置，其特征在于：所述的高温加载模块（2）是：炉壳（204）上下各有外部导向凸台（205），耐火层（207）上下各设有内部导向凸台（209），以引导电磁弯曲压杆（10207）、液压弯曲压杆（411）伸入高温加载模块（2）内对被测试样进行力的加载，侧壁有观测孔（208），保温层（206）的上下设有导向通孔，使电磁弯曲压杆（10207）、液压弯曲压杆（411）通过。

5.根据权利要求1所述的高温弯曲疲劳原位测试装置，其特征在于：所述的三点弯曲试样夹持装置（501）通过三点弯曲底板（50103）与高温加载模块（2）的耐火层（207）刚性连接，整体固定在耐火层（207）上；悬臂弯曲试样夹持装置（502）具有与三点弯曲底板（50103）相同尺寸结构的悬臂弯曲底板（50206），互相替换使用。