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专利名称：一种复合材料湿热老化试验装置的制作方法
技术领域：
本发明属于属于树脂基复合材料湿热老化试验设备，具体涉及一种复合材料湿热老化试验装置。
背景技术：
碳纤维复合芯导线内部是一根由碳纤维与树脂复合而成的均勻固化体芯层，芯层外层为混杂纤维增强树脂基复合材料包覆层，外部有一系列圆形或梯形铝线绞合而成，与现有的钢芯铝绞线相比，具有重量轻、强度高、热膨胀系数小、抗冰雪能力强、导电率高、可实现倍容输电、节约土地、耐腐蚀及使用寿命长的特点。作为一种新型的导线，碳纤维复合芯在线路运行状态下的使用寿命是线路设计的重要依据。由于复合芯导线在运行过程中长期处于导线发热、铝线重力、风振等应力交变复杂工况状态下，与普通环境下单一热老化情况相比，还需要重点考量重力载荷的影响与风振对其微观形貌和宏观机械性能的影响。因此，需要对导线在不同温度、湿度和载荷下的使用寿命进行全面测试。目前，复合芯导线的加速老化试验装置主要考虑温度，湿度因素的影响考虑较少， 而对于碳纤维复合芯导线，湿度对其使用性能有较大的影响，因此设计一套复杂工况碳纤维复合芯导线的加速热老化设备用来评估碳纤维复合芯寿命具有较大理论与实际价值。

发明内容
本发明目的在于提供一种复合材料湿热老化装置，解决了单一热因素老化设备技术上的缺陷，本装置可实现多工位、机械式、可加载应力的加速湿热老化试验，为复合材料的应用提供理论参考。为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为—种复合材料湿热老化试验装置，所述装置包括老化箱和试样夹持系统，其改进之处在于所述装置包括平衡调节系统和应力应变测量系统；所述试样夹持系统包括钢架构，设置于所述钢架构两端的上横梁和下横梁，与所述下横梁连接的螺栓，与所述螺栓连接的夹具，试样和销轴；所述平衡调节系统包括平衡梁，用于连接所述平衡梁和钢架构的销轴，配重，所述应力应变测量系统包括横担、参比排、千分表。其中所述试样的工位个数为1-10。其中所述钢架构底端设置下横梁，下横梁为等距设置圆孔的方钢，螺栓穿过圆孔通过螺母固定于所述下横梁。其中所述钢架构顶端设置上横梁，上横梁为等距设置U型钢板的工字钢，U型钢板用于连接所述销轴，上横梁设置加强肋筋。其中试样两端通过夹具进行夹持，试样上端的夹具通过所述销轴与平衡梁连接， 试样下端的夹具通过螺栓与钢结构底端的下横梁连接。其中所述老化箱通过支撑平台固定于钢架构上，老化箱设置通孔，湿热加载区和控制区。其中所述横担通过紧固件夹持试样，老化箱的上下两侧分别设有横担。其中所述参比排下端固定于老化箱下端的横担上，所述千分表固定于老化箱上端的横担上，参比排上端与所述千分表连接。其中所述老化试验装置设置斜撑，所述斜撑用于保持老化试验装置平衡。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果包括1)可同时实现湿热老化试验老化装置设有温度控制系统和湿度控制系统，可以同时考虑湿热两方面因素对复合材料的影响，其中温度调节范围为室温至300°C，可跟进实际工况设定符合条件的试验参数，对复合材料进行湿热老化试验；2)多工位设计本发明装置设有10个工位，最多可同时实现10个试样同时试验，提高试验效率， 为设计人员多组试样的正交试验提供便利；3)可加载应力老化装置利用平衡梁和平衡调节系统实现对试样的应力加载，且装置中钢构架上横梁、下横梁和斜撑的设置可以有效的保证装置的平衡，保证试验安全可靠的进行；本装置应力加载范围为500kg-8000kg，且试样夹持系统可保证试样在受到8吨拉力的状况下，试样不滑移、松脱；4)机械式装置为机械式，可根据实际工况进行实验，操作灵活；5)装置结构简单、易于操作。


下面结合附图对本发明进一步说明。图1是老化寿命试验装置钢构架示意图；图2是老化寿命试验装置老化箱工位示意图；图3是老化寿命试验装置老化箱俯视示意图；图4是老化寿命试验装置老化箱主视示意图；图5是平衡梁结构示意图；图6是应变测量结构示意图；附图标记1-试样，2-螺栓，3-销轴，4-平衡梁，5-钢架构，6_配重，7_横梁，8_销轴，9_夹具， 10-通孔，11-老化箱，12-横担，13-参比排，14-千分表，15-支撑平台，16-上横梁，17-斜撑。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行详细的说明。本发明针对现有单一热因素老化设备技术上的缺陷，加工制造了一套可实现多工位、机械式、可加载应力的加速热老化试验设备。设备主要由钢架构5、平衡梁4、配重6、温湿度控制系统、湿度控制系统，应力应变测量结构，平衡调节系统。温湿度控制系统主要包括老化箱11，老化箱11分为温度、湿度控制区和加热、加湿区，且老化箱11上下两端设置同轴心的通孔10，用于试样1的通过。试验时，先将试样1 穿过老化箱11的通孔10，而后试样1的下端通过金具9与钢架构5固定。钢构架5的顶端设置上横梁16，上横梁16为工字钢结构，采用三角肋筋进行加强， 上横梁16的上端等距竖立焊接10个U型带孔钢板，用来连接平衡梁4上的销轴孔。钢架构5的底端设置下横梁7，下横梁7为方钢结构，方钢中心等距设置10个通孔，用来穿过连接金具9的螺栓2和螺母。湿热老化箱11通过可以上下移动的支撑平台15固定于钢构架 5上。湿热老化箱11上的通孔10轴心线与底部横梁7方钢通孔轴心线应该归为一条线。上横梁16的作用包括，一为销轴提供销轴孔，二 作为平衡梁4的支撑点，起到杠杆作用的平衡梁4 一端悬挂配重6，另一端通过销轴3与试样1连接，作为杠杆的另一端。试样1从上之下穿过湿热老化箱11上的通孔10，其两端通过夹具9进行夹持，试样上端的夹具9通过所述销轴3与平衡梁4连接，试样下端的夹具9通过螺栓2与钢结构 5底端的横梁7连接。应力应变测量结构主要包括横担12、参比排13和千分表14，如图6所示。参比排 13和横担12组合构成矩形的四个边，参比排13为左右两条边，横担12为上下两条边，矩形状的应力应变测量系统设置于老化箱11的外侧，即参比排13分别位于老化箱11的左右两侧，横担12分别位于老化箱的上下两侧。支撑平台15固定于钢架构5上，可沿钢架构5 上下移动，用于支撑老化箱11，参比排13的下端固定在横担12上，参比排13的上端与千分表14连接，千分表14固定于横担12上，横担12通过紧固件紧固夹持试样1，横担12会随试样1的上下移动而移动，试样1的位移会在千分表14上显示。如图1老化寿命试验装置钢构架结构图所示，两端夹持的复合材料试样1下端头通过螺栓2固定在钢架构5的底端，试样1上端通过销轴3固定于平衡梁4的端头处，平衡梁4通过销轴8固定于钢架构5上，销轴8和钢架构5上端设置的上横梁16组成平衡系统中杠杆的支撑点；平衡梁4的另一头为配重6，平衡系统包括平衡梁4和配重6，通过调节配重6的重量改变施加的张力。试样1并排放置，依次通过湿热老化箱11的通孔10，通过老化箱11温度、湿度控制系统进行调节。图1所示，湿热老化箱11放置于固定在钢架构5的支撑平台15上，湿热老化箱11可以提供单一热老化，也可实现湿、热老化。复合材料试样 1通过通孔10穿透湿热老化箱11顶面，通过底面的通孔10，通过夹具9固定。复合材料试样的形状可加工为四边形或棒材，试样两端首先通过两套夹具9进行紧固夹持，试样上端的夹具9连接销轴3结构，下端夹具9连接细纹螺柱结构。将试样由上向下穿过湿热老化箱11上通孔10，螺栓2通过螺母固定于钢架构5底端的横梁7上。再于钢架构5的上横梁16处利用平衡梁4连接试样。最后再放置配重6，施加相应的张力。配重6施加后会使得平衡梁4加载一头下沉，可利用千斤顶进行抬起，通过调节试样下端的螺母来调节平衡梁4平衡度，最终以平衡梁4平衡达到水平为准。试样装好后，可以依据工艺条件通过温度和湿度控制器对老化箱11进行调节，利用老化箱11两端的参比排13测定试样1不同老化时间的变形量。装置设置斜撑17，斜撑17的作用为用于调节装置平衡，保证试验能够安全可靠的进行。
如图2老化寿命试验装置老化箱工位示意图所示，本装置能实现1-10个试样同时进行试验，设备使用温度范围为室温到300摄氏度，可实现连续5000h恒温试验或热循环试验。配重6为10，20，50，100公斤标准砝码，可实现每个试样加载力0. 5吨到8吨。平衡梁 4比例可根据试验需要进行调节，比例系数在10-15倍之间调节。试样两端带有应力、应变测量装置，可实现试样在长久老化情况下试样的变形情况。试样夹持系统可保证试样在受到8吨拉力的状况下，试样不滑移、松脱。图6为测量装置结构示意图，试样1从老化箱11穿出后，在紧挨老化箱11顶底两面处安装应变测量装置，测量装置包括夹持试样1的横担12，横担12通过紧固件紧密夹持试样1，横担12随试样1伸长而相应移动，用于支撑老化箱11的支撑平台15固定于钢架构 5上，老化箱11左右两边设置低膨胀率材料制成的参比排13，参比排13下端与横担12固定连接，参比排13的上端与千分表14顶针相顶。试验的具体步骤为一 将试样1通过老化箱11的通孔10紧固与钢架构5上；二 放置平衡梁3，将平衡梁4通过销轴8与钢架构5连接，钢架构5上端设置的上平衡梁16作为平衡梁4的支撑点，即杠杆的支撑点；试样1通过销轴3与平衡梁4连接；三放置配重6，调节配重6使得装置处于平衡状态；四根据试验条件的需求，设定老化箱的温度和湿度，在不同的时间点进行应变数据采集。此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
权利要求
1.一种复合材料湿热老化试验装置，所述装置包括老化箱(11)和试样夹持系统，其特征在于所述装置包括平衡调节系统和应力应变测量系统；所述试样夹持系统包括钢架构 (5)，设置于所述钢架构(5)两端的上横梁(16)和下横梁(7)，与所述下横梁(7)连接的螺栓O)，与所述螺栓( 连接的夹具(9)，试样(1)和销轴(3)；所述平衡调节系统包括平衡梁G)，用于连接所述平衡梁(4)和钢架构(5)的销轴(8)，配重(6)，所述应力应变测量系统包括横担(12)、参比排(13)、千分表(14)。
2.如权利要求1所述的复合材料湿热老化试验装置，其特征在于所述试样(1)的工位个数为1-10。
3.如权利要求1所述的复合材料湿热老化试验装置，其特征在于所述钢架构(5)底端设置下横梁(7)，下横梁(7)为等距设置圆孔的方钢，螺栓O)穿过圆孔通过螺母固定于所述下横梁(7)。
4.如权利要求1所述的复合材料湿热老化试验装置，其特征在于所述钢架构(5)顶端设置上横梁(16)，上横梁(16)为等距设置U型钢板的工字钢，U型钢板用于连接所述销轴 (8)，上横梁(16)设置加强肋筋。
5.如权利要求1所述的复合材料湿热老化试验装置，其特征在于试样(1)两端通过夹具(9)进行夹持，试样上端的夹具(9)通过所述销轴C3)与平衡梁(4)连接，试样下端的夹具(9)通过螺栓O)与钢结构(5)底端的下横梁(7)连接。
6.如权利要求1所述的复合材料湿热老化试验装置，其特征在于所述老化箱(11)通过支撑平台(15)固定于钢架构(5)上，老化箱(11)设置通孔(10)，湿热加载区和控制区。
7.如权利要求1所述的复合材料湿热老化试验装置，其特征在于所述横担(1 通过紧固件夹持试样(1)，老化箱(11)的上下两侧分别设有横担(12)。
8.如权利要求1或7所述的复合材料湿热老化试验装置，其特征在于所述参比排(13) 下端固定于老化箱(11)下端的横担(1 上，所述千分表(14)固定于老化 箱(11)上端的横担(1 上，参比排(1 上端与所述千分表(14)连接。
9.如权利要求1所述的复合材料湿热老化试验装置，其特征在于所述老化试验装置设置斜撑(17)，所述斜撑(17)用于保持老化试验装置平衡。
全文摘要
本发明提供一种复合材料湿热老化试验装置，解决了单一热因素老化设备技术上的缺陷，本装置可实现多工位、机械式、可加载应力的加速湿热老化试验，为复合材料的应用提供理论参考。试验装置包括老化箱、试样夹持系统、平衡调节系统和应力应变测量系统；试样夹持系统包括钢架构，螺栓，夹具，试样工位和销轴3，平衡调节系统包括平衡梁，销轴8和配重。装置能实现1-10个试样同时进行试验，设备使用温度范围为室温到300摄氏度，每个试样加载力为0.5吨到8吨，可实现连续5000h恒温试验或着热循环试验，试样夹持系统可保证试样在受到8吨拉力的状况下，试样不滑移、松脱。本装置结构简单，试验效率高于现有设备，且试验条件更加符合实际工况。
文档编号G01N33/44GK102411048SQ201110371120
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月21日 优先权日2011年11月21日
发明者何州文, 兰逢涛, 刘辉, 张卓, 徐丽, 陈云, 陈新 申请人:中国电力科学研究院