一种多因素复合环境双向加载试验系统

1.本发明涉及材料力学试验技术领域，尤其涉及一种多因素复合环境双向加载试验系统。


背景技术：

2.薄板、薄膜类复合材料已经广泛应用在航空航天、土木建筑、汽车工业等各个领域。由于大气环境中长期存在光照、湿热、氧化作用，对薄板、薄膜复合材料的力学性能产生了重要影响。为了研究环境作用对力学性能的影响，传统的研究方法将环境老化与力学试验分开进行，先将材料置于环境箱中进行老化试验，然后对老化后的材料进行力学试验。但是材料的蠕变、松弛试验往往需要采用特定环境与力学加载同步的方式进行研究。
3.目前大部分的试验机仅能够实现在不同的高低温环境中进行材料拉伸试验。赵飞龙等分别在23℃常温和70℃的高温环境进行了pvdf涂层织物膜材、焊缝、膜边节点的单轴拉伸试验；刘昶江等对厚度为250μm的乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ectfe)薄膜进行了不同温度下的单轴拉伸试验，温度范围-50～80℃，间隔10℃。但是上述的方法仅仅为考虑单个环境因素的拉伸试验系统，所营造的试验环境有很大局限性，无法模拟真实大气环境中广泛存在的紫外光、温度、臭氧等环境因素对材料力学性能的影响。
4.因此，本领域的技术人员致力于提供一种多因素复合环境双向加载试验系统，营造全面的光照、温度、氧化环境系统，模拟单环境因素动态环境、多因素复合动态环境，用于材料力学性能研究。


技术实现要素：

5.有鉴于现有技术上的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种多因素复合环境双向加载试验系统。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种多因素复合环境双向加载试验系统，包括双向加载试验机、环境模拟集成器、主环境箱、液氮罐，所述双向加载试验机用于加载待测试的试件，所述试件位于所述主环境箱内，所述液氮罐和所述环境模拟集成器通过管道连接，所述环境模拟集成器与所述主环境箱通过进气管和排气管连接。
7.进一步地，所述双向加载试验机包括呈十字分布的四个水平台架，所述水平台架上设置有伺服油缸，所述伺服油缸的输出端依次与拉力传感器、组合夹具连接，所述试件加载于所述组合夹具上。
8.进一步地，所述主环境箱的箱体为双层壁板，所述双层壁板内填充保温隔热棉。
9.进一步地，所述主环境箱内侧的顶部设有紫外灯，所述主环境箱内侧的顶部和底部还各自设有一个温度传感器。
10.进一步地，所述主环境箱为中空八棱柱形箱体，所述主环境箱与所述双向加载试验机对应的四个面上设有通孔，不与所述双向加载试验机对应的四个面上设有舱门，所述舱门上设有观察窗。
11.进一步地，所述环境模拟集成器内设有高温系统、低温系统、臭氧系统。
12.进一步地，所述高温系统包括风道和设置在所述风道上的离心风机、电加热丝。
13.进一步地，所述低温系统包括气体压力阀和流量控制系统，所述流量控制系统包括鼓风泵和所述温度传感器，所述气体压力阀和所述鼓风泵通过管道与所述液氮罐连接；所述鼓风泵和所述温度传感器电连接。
14.进一步地，所述臭氧系统包括臭氧发生器、臭氧浓度传感器，所述臭氧浓度传感器位于所述主环境箱内，所述臭氧发生器与所述臭氧浓度传感器电连接。
15.进一步地，所述环境模拟集成器还包括尾气处理装置，所述尾气处理装置包括进风风机，所述进风风机的入口连接大气，所述进风风机的出口排出的气体与所述排气管排出的气体混合。
16.本发明至少具有如下有益技术效果：
17.1、本发明提供的多因素复合环境双向加载试验系统，环境因素多样，实现了紫外、高温、低温、臭氧四种环境因素复合的控制调节，可根据试验需求，四种因素单独或复合使用。
18.2、本发明提供的多因素复合环境双向加载试验系统，应用场景全面，环境模拟系统和双轴拉伸试验机可单独或组合使用，可进行材料循环拉伸、单调拉伸试验、常规力学性能、自然老化及加速老化性能试验研究。
19.3、本发明提供的多因素复合环境双向加载试验系统，实现了环境模拟和力学加载耦合试验条件，适用于特殊环境的材料力学性能研究。
20.4、本发明提供的多因素复合环境双向加载试验系统，适用于测试薄板、薄膜材料的双向加载下的力和变形，为工程设计、产品生产等环节提供所需的材料参数。
21.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
22.图1是本发明实施例提供的双向加载试验系统的整体示意图；
23.图2是本发明实施例提供的主环境箱与双向加载试验机示意图；
24.图3是本发明实施例提供的双向加载试验系统的高温系统示意图；
25.图4是本发明实施例提供的双向加载试验系统的低温系统示意图；
26.图5是本发明实施例提供的双向加载试验系统的臭氧系统示意图。
27.图中，
28.1-双向加载试验机，11-水平台架，12-伺服油缸，13-拉力传感器，14-组合夹具；
29.2-主环境箱，21-舱门，22-观察窗，23-紫外灯，24-照明灯，25-顶部温度传感器，26-底部温度传感器，27-主环境箱进气阀门；
30.3-环境集成模拟器，31-离心风机，32-电加热丝，33-蒸发器，34-鼓风泵，35-尾部加热器，36-进风风机，37-臭氧发生器，38-臭氧浓度传感器；
31.4-液氮罐，41-气体压力阀；
32.5-进气管，6-排气管，7-金属软管。
具体实施方式
33.以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
34.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
35.本发明提供了一种多因素复合环境双向加载试验系统，如图1所示，本发明的多因素复合环境双向加载试验系统，包括双向加载试验机1、主环境箱2、环境模拟集成器3、液氮罐4。双向加载试验机1用于加载待测试的试件，同时，试件位于主环境箱2内。液氮罐4和环境模拟集成器3通过管道连接，以向主环境箱2提供低温环境。环境模拟集成器3与主环境箱2通过进气管5和排气管6连接，以改变主环境箱2内的环境。本实施例中，液氮罐4和环境模拟集成器3之间的管道为金属软管7。
36.如图2所示，双向加载试验机1包括呈十字分布的四个水平台架11，每个水平台架11均为双层台架，每个水平台架11的上层安装有伺服油缸12，伺服油缸12的输出端依次连接有拉力传感器13和组合夹具14，试件加载于四台组合夹具14上，进行单向或双向拉伸试验等。
37.具体地，在水平台架11的上层还设置有直线导轨，组合夹具14设置在导轨上，使组合夹具14能够沿加载方向移动。系统配有液压动力站为伺服油缸12提供动力。
38.如图2所示，主环境箱2呈八边形，为中空的八棱柱形箱体。主环境箱2与水平台架11对应的四个面上留有孔洞，使夹具14穿过主环境箱2侧壁的开孔，安装试件后，试件处于主环境箱2内部。主环境箱2另外四个侧面为可开启的主环境箱舱门21，试验人员能够通过舱门21进行相关试验操作。舱门21上设置有圆形的观察窗22，观察窗22上安装双层真空玻璃，便于对主环境箱2的内部进行观察。主环境箱2的顶部和底部分别设置孔洞，顶部孔洞连接进气管5，底部孔洞连接排气管6。主环境箱2内顶部集成紫外灯23和照明灯24，提供紫外光环境和照明环境。主环境箱2内的顶部和底部还分别安装有一个温度传感器，分别为顶部温度传感器25和底部温度传感器26。
39.如图1所示，环境模拟集成器3的整体为方形柜体，在环境模拟集成器3内集成了高温系统、低温系统和臭氧系统。
40.如图3所示，高温系统采用离心风机31从外界吸入空气，通过电加热丝32对吸入的空气进行加热，空气通过循环平衡调温后，将热空气通过进气管5送入主环境箱2中。在主环境箱2内，通过顶部温度传感器25和底部温度传感器26监测主环境箱2内的温度。完成试验后，主环境箱2中气体经过排气管6至蒸发器33循环冷却，使空气温度不高于常温5℃，冷却后气体排放至室外。
41.如图4所示，低温系统采用液氮作为降温介质，液氮存储在液氮罐4内，打开液氮罐4上的气体压力阀41，开启环境集成模拟器3内的鼓风泵34，通过pid闭环调节实现低温控制，液氮气化后通过进气管5送入主环境箱2中。在主环境箱2内，通过顶部温度传感器25和底部温度传感器26监测主环境箱2内的温度。完成试验后，主环境箱2中的气体经过排气管6至尾部加热器35，直至不低于常温5℃，随后排放至室外。
42.如图5所示，臭氧通过臭氧发生器37产生，通过臭氧浓度传感器38检测主环境箱2内的臭氧浓度，通过pid闭环调节臭氧发生器37的臭氧产生量，实现臭氧浓度的控制。臭氧产生后通过进气管5进入主环境箱2。完成试验后，主环境箱2中臭氧经由排气管6至尾部加热器35，经热分解成无害气体。
43.如图4和图5所示，环境集成模拟器3还设有尾气处理装置，尾气处理装置包括进风风机36，进风风机36从大气中吸入空气，再将吸入的空气与排气管6排出的气体进行混合和稀释，以降低排出的尾气中氮气和臭氧的浓度。
44.在主环境箱2上还设有主环境箱进气阀门27，在液氮系统的设备停机后，打开主环境箱进气阀门27，进入新风将主环境箱中残留的氮气置换至室外；在臭氧系统的设备停机后，打开主环境箱进气阀门27，进入新风将箱体内中残留的臭氧置换至室外。
45.本发明的多因素复合环境双向加载试验系统的具体使用过程如下：试件通过主环境箱2的舱门21放入主环境箱2内，并安装到双轴拉伸试验机1的组合夹具14上。根据试验需求，分别在双轴拉伸试验机1和环境模拟集成器3的控制系统中设置试验加载条件。试验过程中，试件始终处于主环境箱2内部。试验结束时，先将双轴拉伸试验机1的力卸载，再对环境模拟集成器3的尾气处理过程。
46.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。