(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 202210414531.X (22)申请日 2022.04.20 (66)本国优先权数据 202111541782.6 2021.12.16 CN (71)申请人 青岛科技大 学 地址 266061 山东省青岛市崂山区松岭路 99号 (72)发明人 尹海山　仇星文　行祺程　郝国强　 (74)专利代理 机构 青岛高晓专利事务所(普通 合伙) 37104 专利代理师 白莹　于正河 (51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01) G01N 3/04(2006.01) G01N 3/18(2006.01) (54)发明名称 一种变温疲劳试验 装置 (57)摘要 本发明属于橡胶疲劳测试技术领域， 涉及一 种变温疲劳试验装置， 主体结构包括滑轨、 调节 臂、 上加载轴、 下加载轴、 夹具和保温箱， 滑轨上 设置有调节臂， 调节臂与上加载轴连接， 上加载 轴与带有力传感器的下加载轴之间设置有夹具， 夹具的外侧设置有保温箱， 配备两种夹具和三种 试件， 并在夹具的外部设置保温箱， 保温箱内部 设置红外加热管和成像机构， 并与液氮罐连接， 通过加装红外加热管加热试件， 通过液氮罐冷却 保温箱模拟低温环境， 从而模拟实际橡胶制品的 工作环境， 进行复杂应力状态下的变温疲劳试 验， 包括‑50至99℃范围内带有扭转角度的拉伸 ‑ 压缩疲劳试验； 其结构简单， 原理科学可靠， 能够 实时记录疲劳过程。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 114608938 A 2022.06.10 CN 114608938 A 1.一种变温疲劳试验装置， 其特征在于， 主体结构包括滑轨、 调节臂、 上加载轴、 下加载 轴、 夹具和保温箱； 滑轨上设置有调节臂， 调节臂与上加载轴 连接， 上加载轴与带有力传感 器的下加载轴之间设置有夹具， 夹具的外侧设置有保温箱。 2.根据权利要求1所述的变温疲劳试验装置， 其特征在于， 两根互相平行的滑轨设置在 带有万向轮的底座的两侧， 下加载轴设置在底座上， 保温箱的箱门上镶嵌有隔热玻璃， 内部 设置有成像机构和红外测温探头， 内壁设置有红外加热管， 顶部和底部均开设有通孔， 侧部 开设有连接孔。 3.根据权利要求1或2所述的变温疲劳试验装置， 其特征在于， 夹具包括两种结构， 第一 种夹具的主体结构包括导轨、 一号上夹具、 一号下夹具、 一号前夹块、 一号后夹块、 柱形槽和 螺栓孔； 两根互相平行的导轨的上端设置有一号上夹具， 下端设置有一号下夹具， 一号上夹 具和一号下夹具 的结构相同， 表面均设置有一号前夹块和 一号后夹块， 一号前夹块的两端 均开设有柱形槽， 中间等间距式开设有若干个螺栓孔； 第二种夹具 的主体结构包括二号上 夹具、 上导轨、 二号下夹具、 下导轨、 二号前夹块、 二号后夹块和圆形孔； 圆形结构的二号上 夹具上设置有 上导轨， 圆形结构的二号下夹具上设置有 下导轨， 上导轨与下导轨连接， 二号 上夹具和 二号下夹具 的结构相同， 表面均设置有二号前夹块和带有法兰盘的二号后夹块， 二号前夹块与二 号后夹块之间开设圆形孔。 4.根据权利要求3所述的变温疲劳试验装置， 其特征在于， 成像机构的主体结构包括 CCD工业高速摄像头、 成像孔板、 背光源和光源； CCD 工业高速摄像头和红外测温探头均镶嵌 于保温箱的内壁中， 表 面覆盖透明材质的隔热材料， 防止CCD 工业高速摄像头和红外测温探 头因温度变化损坏， 成像孔板和背光源分别 设置在夹具 的前方和后方， 光源设置在夹具 的 斜上方。 5.根据权利要求3所述的变温疲劳试验装置， 其特征在于， 上加载轴和下加载轴分别与 夹具法兰式连接； 一号上夹具、 一号下夹具和一号前夹块分别与一号后夹块螺栓式连接； 二 号上夹具、 二 号下夹具和二 号前夹块分别与二 号后夹块螺 栓式连接 。 6.根据权利要求3所述的变温疲劳试验装置， 其特征在于， 底座能够移动； 调节臂能够 沿滑轨上下滑行； 第一种夹具用于单轴拉伸试验， 将哑铃型试件的圆柱边界嵌入柱形槽内， 通过螺栓固定并前后卡紧哑铃型试件， 防止一号前夹块和一号后夹块上下窜动， 试验时， 一 号下夹具作往复运动， 导轨上涂有润滑油； 第二种夹具用于多轴疲劳试验， 通过调整 下导轨 在二号下夹具上的位置实现不同扭转角度下的拉伸 ‑压缩疲劳试验， 试验时， 下导轨与二号 下夹具之间涂敷有润滑油； 通孔为上加载轴和下加载轴进出保温箱的通道； 导轨的直径为 8mm， 作用为固定一号上夹具和一号下夹具， 并保证一号下夹具不会出现扭转； 上导轨和下 导轨的直径为8m m， 分别用于固定二 号上夹具和二 号下夹具。 7.根据权利要求1或2所述的变温疲劳试验装置， 其特征在于， 使用时， 将变温疲劳试验 装置分别与液压动力系统和 监测系统连接， 液压动力系统能够提供正弦波、 三角波和方波 三种加载方式， 将保温箱与液氮罐连接， 采用通入 液氮的方式模拟低温环境， 通过数据采集 系统和数据转换系统将成像机构接入计算机， 在光线作用下， 试件断裂处和未断裂处的灰 度不同， 根据灰度原理监测裂纹扩展长度， 实时监测裂纹扩展情况， 通过计算机控制成像机 构在裂纹每增加1mm时拍照并上传计算机， 计算机记录循环次数和工作时间， 通过数据转换 系统将红外测温探头与计算机连接， 以实时监测试件的温度， 存储试件的温度变化曲线， 通权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114608938 A 2过数据采集系统和数据转换系统将红外加热管接入计算机， 以控制红外加热管的加热温 度， 将试件镶嵌并固定在夹具上， 对 试件进行加载， 监测系统实时录像， 记录疲劳过程， 在裂 纹每扩展1mm时反馈给计算机， 并存储此时的循环数、 运行时间和温度， 试件断裂时， 力 传感 器监测到力值的突变， 计算机停止试验， 并记录此时的循环次数， 保存整个试验过程应力应 变的各项数据曲线图。 8.根据权利要求4所述的变温疲劳试验装置， 其特征在于， 将变温疲劳试验装置分别与 液压动力系统和监测系统连接， 液压动力系统能够提供正弦波、 三角波和方波三种加载方 式， 通过连接孔将保温箱与液氮罐连接， 采用通入 液氮的方式模拟低温环境， 通过数据采集 系统和数据转换系统将成像机构接入计算机， 光源提供光线， 使试件断裂处和未断裂处的 灰度不同， 根据灰度原理监测 裂纹扩展长度， 实时监测 裂纹扩展情况， 通过计算机控制CCD 工业高速摄像头在裂纹每增加1mm时拍照并上传计算机， 计算机记录循环次数和工作时间， 通过数据转换系统将红外测温探头与计算机连接， 以实时监测试件的温度， 存储试件的温 度变化曲线， 通过数据采集系统和数据转换系统将红外加热管接入计算机， 以控制红外加 热管的加热温度， 将试件镶嵌在一号上夹具与一号下夹具之间或二号上夹具与二号下夹具 之间， 通过螺栓将一号前夹块与一号后夹块固定或二号前夹块与二号后夹块固定， 对试件 进行加载， 监测系统实时录像， 记录疲劳过程， 在裂纹每扩展1mm时反馈给计算机， 并存储此 时的循环数、 运行时间和温度， 试件断裂时， 力传感器监测到力值的突变， 计算机及时停止 试验， 并记录此时的循环次数， 保存整个试验过程应力应 变的各项数据曲线图。 9.根据权利要求7或8所述的变温疲劳试验装置， 其特征在于， 试件的材质为橡胶， 包括 不等厚度的哑铃型试件、 空竹型试件和撕裂试件： 哑铃型试件的A段长度为100mm， B段长度 为25mm， C段长度为20mm， G段长度为80mm， 标距长度部分C的厚度D沿用国标， 为2mm， 上下两 端的厚度由2mm变为5mm， 上下两端为长方体柱； 空竹型试件的中间圆柱最细处的半径为 5.85mm， 两端长方体柱的边长为30mm， 厚度为15mm； 撕裂试件的长度为140mm， 高度为10mm， 中间部分的厚度为2m m， 两端长方体柱的尺寸与哑铃型 试件两端长方体柱的尺寸相同。 10.根据权利要求8所述的变温疲劳试验装置， 其特征在于， 使用时， 通过红外加热管将 试件加热到设定温度或通过液氮罐通入液氮降温至设定温度后， 在10 ‑100％的应变率和 ‑ 50至120℃的温度条件 下进行试验； 成像机构根据灰度 原理在试件每产生1mm裂纹 时自动拍 照， 监测系统自动记录此时的循环数和工作时间； 试件断裂时， 力 传感器测得试件的刚度为 0， 计算机记录此时的循环 次数和工作时间， 并保存试验过程的应力应变曲线图， 计算裂纹 扩展速率； 对于哑铃型 试件和空竹型 试件： 试件应变与试件位移相同， 力传感器测得所需应变下的载荷， 计算应力后计算应变能 密度， 再以应 变能密度作为 疲劳损伤参 量计算橡胶疲劳寿命； 对于撕裂试件： 测试前在撕裂试件的两端或中间预置长度为15 ‑20mm的裂纹， 计算撕裂能； 没有预置裂 纹的撕裂试件的应变能密度由有限元仿真得到， 根据不同应变下的应变能密度计算撕裂 能。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114608938 A 3