(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 202210444003.9 (22)申请日 2022.04.25 (71)申请人 山西大学 地址 030006 山西省太原市小店区坞城路 92号 (72)发明人 贾晓坤　蒋秉政　曹瑞东　杜瑞鹏　 (74)专利代理 机构 太原申立德知识产权代理事 务所(特殊普通 合伙) 14115 专利代理师 闫帅平 (51)Int.Cl. G01M 7/08(2006.01) G01N 3/307(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 冲击和瞬态高温耦合下测试材料力学劣化 行为的试验 装置 (57)摘要 本发明为火灾试验装置技术领域， 具体涉及 冲击和瞬态高温耦合下测试材料力学劣化行为 的试验装置， 包括加速单元、 火灾发生单元、 直线 轨道和控制单元， 所述加速单元用于对撞击试样 进行加速， 所述加速单元与直线轨道的一端衔 接， 所述直线轨道的另一端穿过外壳的前端面与 外壳内部连通， 所述火灾发生单元包括外壳， 在 所述外壳的后端面设置有上下贯通的豁口， 在所 述豁口内设置有与豁口大小相对应的被撞击试 样， 在所述外壳内腔的底部设置有燃烧槽， 所述 燃烧槽用于放置燃油， 本发明将冲击与瞬态高温 条件进行耦合对材料的力学劣化行为进行测试 研究， 更加的贴合实际， 测试 结果更加准确。 权利要求书2页 说明书7页 附图8页 CN 114813011 A 2022.07.29 CN 114813011 A 1.基于冲击和瞬态高温耦合作用下测试材料力学劣化行为的试验装置， 其特征在于： 包括加速单元(1)、 火灾发生单元(3)、 直线轨道(4)和控制单元(5)， 所述加速单元(1)用于 对撞击试样(2)进行加 速， 所述加 速单元(1)与直线轨道(4)的一端衔接， 所述直线轨道(4) 的另一端穿过外壳(301)的前端面与外壳(301)内部连通， 所述火灾发生单元(3)包括外壳 (301)， 所述外壳(301)固定设置在地面上， 所述外壳(301)的后端面与承力墙(302)相接触， 在所述外壳(301)的后端面设置有上下贯通的豁口(303)， 在所述豁口(303)内设置有与豁 口(303)大小相对应的被撞击试样(304)， 在所述外壳(301)的左右两侧均 设置有刚性支架 (305)， 在两个所述刚性支架(305)上共同设置有电控水平移动台(306)， 在所述电控水平移 动台(306)的下表面设置有多个液压千斤顶(307)， 所述液压千斤顶(307)用于向下压紧被 撞击试样(304)， 在所述外壳(301)的左右两个端面均安装有排风扇(308)， 用于在外壳 (301)内的烟雾过量时， 排出外壳(301)内部的烟雾， 在所述外壳(301)的左端面和右端面设 置有半球形耐高温无机玻璃 罩(309)， 所述半球形耐高温无机玻璃 罩(309)的外侧面安装有 高速摄像机， 用于拍摄试验过程， 在所述外壳(301)内腔的底部设置有燃烧槽(311)， 所述燃 烧槽(311)用于放置燃油， 在所述外壳(301)上设置有多个燃气喷头(312)、 氧气喷头(313) 和一号点火器(314)， 所述燃气喷头(312)、 氧气喷头(313)和一号点火器(314)从外部伸入 外壳(301)内部， 在所述燃气喷头(312)和氧气喷头(313)上均设置有电磁阀， 所述燃气喷头 (312)和氧气喷头(313)均朝向被撞击试样(304)被撞击的部分， 所述控制单元(5)通过控制 加速单元(1)中铜质电磁线圈(108)的通断电， 实现对撞击试样(2)的加速； 通过控制液压千 斤顶(307)来压紧被撞击试样(304)， 给被撞击试样(304)提供荷载压力； 通过控制排风扇 (308)， 实现烟雾的排出； 通过控制燃气喷头(312)和氧气喷头(313)上的电磁阀， 实现燃气 和氧气的释放； 通过控制一号点火器(314)对燃气和燃油进 行点燃； 通过控制高速摄像头来 采集试验的图像。 2.根据权利要求1所述的基于冲击和瞬态高温耦合作用下测试材料力学劣化行为的试 验装置， 其特征在于： 所述加速单元(1)包括环形PVC壳体(101)， 在所述环形PVC壳体(101) 的内部设置有环形铝合金轨道， 所述环形铝合金轨道由多 段弧形轨道(102)拼接而成， 且第 一段弧形轨道(102)与第二段弧形轨道(102)通过铰接的方式连接， 在第一段所述弧形轨道 (102)的两侧均设置有夹紧舵机(103)， 在所述夹紧舵机(103)的输出轴上设置有夹紧板 (104)， 通过两侧的夹紧舵机(103)带动夹紧板(104)进行转动， 实现第一段弧形轨道(102) 的夹紧定位或者松开， 所述夹紧舵机(103)位于第一段弧形轨道(102)的中后部， 在第一段 所述弧形轨道(102)的外侧设置有拨动舵机(105)， 所述拨动舵机(105)位于第一段弧形轨 道(102)的前端， 在所述拨动舵机(105)的输出轴上设置有拨动板(106)， 通过所述拨动板 (106)实现第一段所述弧形轨道(102)和最后一段弧形轨道(102)的分离， 在所述弧形轨道 (102)的侧面设置有卡槽(107)， 所述卡槽(107)用于对撞击试样(2)形成卡装， 在所述环形 PVC壳体(101)上设置有与多 段弧形轨道(102)一一对应的铜质电磁线圈(108)， 所述铜质电 磁线圈(108)用于对撞击试样(2)进行加速 。 3.根据权利要求2所述的基于冲击和瞬态高温耦合作用下测试材料力学劣化行为的试 验装置， 其特征在于： 在所述环形PVC壳体(101)内还设置有速度传感器(109)， 所述速度传 感器(109)位于第一段弧形轨道(102)的一侧， 所述速度传感器(109)用于向控制单元(5)传 递撞击试样(2)的速度。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114813011 A 24.根据权利要求2所述的基于冲击和瞬态高温耦合作用下测试材料力学劣化行为的试 验装置， 其特征在于： 多个所述铜质电磁线圈(108)分别对应连接一个控制电路(110)， 所述 控制电路(110)包括发光二极管D20、 受光器光敏晶体管Q6、 二极管D5和继电器L3， 所述发光 二极管D20和受光器光敏晶体管Q6分别设置在 对应弧形轨道(102)的两侧， 且位于弧形轨道 (102)的首端， 用于检测撞击试样(2)是否经过， 进而对铜质电磁线圈(108)进行充放电控 制， 在所述发光二极管D20与一个电阻R3串联连接一个5V电源， 所述发光二极管D20的另一 端串联一个红灯D8， 用于指示 发光二极管D20是否正常供电， 所述受光器光敏晶体管Q6向上 连接一个5V电源， 向下与一个电阻R9串联连接到三极管Q2的基极， 二极管D5串联在5V电源 与三极管Q2的集电极之间起到保护三极管Q2， 防止被反向击穿的作用， 继电器L3的电磁线 圈并联在二极管D5的两端， 所述继电器L3的常开触点B与38 0V电源连接， 所述继电器L3的动 触点A与4700uF/50V并联电容组的正极连接， 所述4700uF/50V并联电容组 的负极连接GND， 所述继电器L3的常闭触点C与铜质电磁线圈(108)的电源端连接 。 5.根据权利要求2所述的基于冲击和瞬态高温耦合作用下测试材料力学劣化行为的试 验装置， 其特征在于： 所述直线轨道(4)包括直线PVC壳体(401)， 所述直线PVC壳体(401)与 环形PVC壳体(101)相切， 且相切点位于最后一段弧形轨道(102)的末端， 在所述直线PVC壳 体(401)和环形PVC壳体(101)的交接处设置有开口(402)， 用于放入撞击试样(2)。 6.根据权利要求1所述的基于冲击和瞬态高温耦合作用下测试材料力学劣化行为的试 验装置， 其特征在于： 还包括烟雾传感器(315)， 所述烟雾传感器(315)设置在外壳(301)内 部， 所述烟雾传感器(315)与控制单元(5)连接， 所述控制单元(5)根据烟雾传感器(315)测 量的浓度大小调整排 风扇(308)的转速 。 7.根据权利要求1所述的基于冲击和瞬态高温耦合作用下测试材料力学劣化行为的试 验装置， 其特征在于： 还包括热电偶(316)， 所述热电偶(316)设置在外壳(301)内部， 所述热 电偶(316)与控制单元(5)连接， 所述控制单元(5)根据热电偶(316)测得的温度调整燃气喷 头(312)和氧气喷头(313)上电磁阀的开度， 从而保证外壳(301)内部的温度保持在火灾现 场的普遍温度范围内。 8.根据权利要求1所述的基于冲击和瞬态高温耦合作用下测试材料力学劣化行为的试 验装置， 其特征在于： 所述外壳(301)由自外向内依次设置的钢板层、 高温棉层和耐火砖层 组成。 9.根据权利要求1所述的基于冲击和瞬态高温耦合作用下测试材料力学劣化行为的试 验装置， 其特征在于： 在所述撞击试样(2)上设置有无线模块A(7)、 电阻桥(8)、 二号点火器 (9)、 电压比较器(10)和电池(6)， 所述电池(6)用于为无线模块A(7)、 电阻桥(8)和二号点火 器(9)供电， 当所述电阻桥(8)检测到撞击压力时， 将 压力信号转换为电信号， 无线模块A(7) 将电信号通过无线模块B(11)传递至控制单元(5)， 控制单元(5)依据接收到的电信号 向一 号点火器(314)发出点火指令， 同时电压比较器(10)对电信号进行一个比较， 达到设定值 时，