(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210427888.1 (22)申请日 2022.04.22 (71)申请人 中国科学技术大学 地址 230026 安徽省合肥市包河区金寨路 96号 (72)发明人 顾永刚　余承源　翟超　 (74)专利代理 机构 北京科迪生专利代理有限责 任公司 1 1251 专利代理师 李晓莉 (51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01) G01N 3/04(2006.01) G01N 3/60(2006.01) G01N 3/18(2006.01) (54)发明名称 一种金属材 料热疲劳实验 装置及方法 (57)摘要 本发明涉及一种金属材料热疲劳实验装置 及方法， 所述金属材料热疲劳实验装置包括实验 平台、 测量系统、 数据采集系统和控制 系统； 实验 平台包括加热装置和冷却装置， 加热装置采用变 压器输出大电流加热试样， 通过可控硅调压模块 调节加热功率， 冷却装置采用风刀通过风冷的方 式冷却试样； 测量系统包括热电偶组、 力传感器 以及工业相机， 分别用于测量试样的温度分布、 力载荷以及变形； 控制系统包括工控机及其搭载 的上位机程序， 在控制系统的控制下， 试样在热 循环过程中的温度曲线可以是梯形、 三角形以及 正余弦等多种波形。 本发明加热与冷却效率高， 并且可以通过光学测量的方法获取试样热循环 过程中的变形参数， 为金属材料的热疲劳实验提 供了一种新的低成本解决方案 。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114739787 A 2022.07.12 CN 114739787 A 1.一种金属材料热疲劳实验装置， 其特征在于： 包括实验平台、 测量系统、 数据采集系 统(14)和控制系统； 所述实验平台包括矩形框架(1)， 上夹具(201)， 下夹具(202)， 可控硅调压模块(3)， 变 压器(4)， 风刀(5)， 电磁阀(6)， 空气压缩机(7)， 伺服调压阀(8)， 第一继电器(16a)和第二继 电器(16b)； 所述测量系统包括热电偶组(10)、 滤波模块(11)、 力传感器(12)、 光源(9)和工业相机 (13)； 所述上夹具(201)安装在矩形框架(1)的上侧， 所述下夹具(202)安装在矩形框架(1)的 下侧； 变压器(4)的输出端分别连接到上夹具(201)上和下夹具(202)上， 可控硅调压模块 (3)的输出端通过导线连接在变压器(4)的输入端； 所述风刀(5)安装在矩形框架(1)上； 所 述电磁阀(6)通过气管连接在空气压缩机(7)和风刀(5)之间； 所述伺服调压阀(8)通过气管 安装在空气 压缩机(7)和电磁阀(6)之间的气路中； 所述第一继电器(16a)连接在电磁阀(6) 的供电回路中； 所述第二继电器(16b)连接在可控硅调压模块(3)的供电回路中； 所述滤波 模块(11)连接在热电偶组(10)和数据采集系统(14)之间； 所述力传感器(12)安装在下夹具 (202)和矩形框架(1)之间； 所述工业相机(13)正对试样(17)安装在矩形框架(1)的正前方； 数据采集系统(14)连接控制系统。 2.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于： 所述矩形框架(1)的上端横梁通过螺栓与 两侧支撑梁连接在一 起， 通过松紧螺 栓能够调节上端横梁高度， 使之适应不同长度的试样。 3.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于： 所述风刀(5)以刀刃正对试样(17)的方式 安装在矩形框架(1)上。 4.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于： 所述测量系统还包括光源( 9)； 所述光源 (9)用于对试样(17)进行照明。 5.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于： 所述数据采集系统(14)包括多功能数据采 集卡。 6.根据权利要求1所述的装置， 其特 征在于： 所述控制系统包括工控机(15)。 7.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于： 数据采集系 统(14)连接第一继电器(16a) 和第二继电器(16b)。 8.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于： 风刀(5)包括进风口和刀刃， 风刀(5)的进 风口经过电磁阀(6)连接 到空气压缩机(7)上。 9.根据权利要求1所述的装置， 其特 征在于： 伺服调压阀(8)连接数据采集系统(14)。 10.一种金属材料热疲劳实验方法， 其特征在于： 使用 如权利要求1 ‑9任一项所述的装 置， 包括以下步骤： 安装待测试样(17)， 首先选取热电偶组(10)中的一个热电偶， 将其焊接 在试样(17)的控温处， 此热电偶(10)作为主控 热电偶， 用于控制试样(17)的温度； 同时将热 电偶组(10)中的除主控 热电偶之外的其它热电偶焊接在试样(17)上， 用于测量试样(17)的 温度分布， 随后将试样(17)通过 上夹具(201)和下夹具(202)竖直固定在矩形框架(1)内； 设置热循环低温值、 高温值、 加热时间、 保温时间和冷却时间； 随后启动热循环， 在加热 阶段， 试样(17)被匀速加热， 然后保温； 当保温结束时， 停止加热， 试样(17)被风刀(5)吹出 的高压气体冷却； 其中， 在热循环开始的同时， 工业相机(13)对试样(17)进行连续拍摄， 通过处理采集的权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114739787 A 2图片能够计算试样(17)在热循环过程中的变形 数据。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114739787 A 3