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【加热技术场景解析】疲劳试验与高温静力拉伸
2026-02-04 17:43

高低温环境加载试验装置

         在航空航天结构设计中,材料性能不仅取决于“承载能力”,更取决于特定温度环境下的真实响应。尤其是在高温、低温或冷热交变工况中,材料的疲劳寿命、连接可靠性和失效模式,往往与常温试验存在显著差异。

         近期,骛豚科技为西北工业大学航天航空学院提供了一套高低温环境加载试验装置解决方案,用于材料试验件在不同温度条件下的疲劳试验与高温静力拉伸试验,为科研团队构建稳定、可控的温度环境。本项目以“环境精准可控、结构高度适配、不干扰力学加载”为核心目标,是一项典型的高校科研非标定制项目。

         一、项目背景

         为满足航空航天材料在真实服役环境下的力学性能研究需求,材料及连接件往往需要在低温、高温及冷热循环条件下承受复杂载荷。常规常温试验难以真实反映材料在实际服役环境中的力学行为。本项目依托西工大现有 Instron 8803 伺服液压材料试验机,试验对象为双剪连接结构试验件,采用铝合金—钛合金混合搭接铆接结构。

         试验重点集中在铆钉及其连接区域,在加载过程中同步施加温度环境,用于研究材料在不同温区下的力学响应与失效行为。

         核心试验需求包括:

         1、提供 –30℃ ~ +70℃ 的稳定高低温环境;

         2、支持疲劳加载与高温静力破坏试验;

         3、支持热–力耦合试验:升/降温 → 保温 → 继续加载;每 10℃一个温度阶梯;单一温度段可稳定运行 30 分钟以上;

         4、温度控制精度要求 ±3℃;

         5、多测点测温(共 7 个测温点),验证温场均匀性;

         6、预留应变测试走线与信号接口;

         7、温度曲线支持多段可编程编辑。

         二、设备总体方案

         本项目整体采用“高低温一体机+定制导热夹套+双通道测控系统+程序化曲线控制”的集成技术路线。高低温热控系统集成结构示意图如下图所示。系统以高低温一体机为冷热源,通过闭式循环实现工质的低温制冷(-80~RT)与中温加热(RT~150℃)。导热部分由两片式快开夹套组成,内部布置蛇形流道与均温板,确保受控区域的热量分布均匀。测控系统配置双通道温度采集(1路控温、1路测温),并通过PID算法实现精确稳态控制和温度超调抑制。整机结构采用悬挂式安装方式,夹套与样件的配合便于快速装夹与维护;管线与控制模块布局紧凑,与试验机立柱及夹具空间保持合理净距,确保装置在-30~+70℃范围内安全、稳定、高效运行。

高低温热控系统集成结构示意图

温控系统整体结构示意图

         核心技术参数一览表:

         三、服务体系

         1、需求反复确认:项目初期,骛豚科技与科研团队围绕试样尺寸、测温点布置、温度曲线形式及安装空间进行了多轮技术沟通,确保方案从试验需求出发。

         2、定制化设计:根据试验件尺寸与试验机结构,完成导热模块、安装支架及管路走向的定制设计,并在设计阶段预留应变与测温接口。

         3、制造与系统联调:设备完成制造后,在厂内进行完整温度循环与恒温稳定性测试,验证温控精度及程序运行可靠性。

         4、现场安装与调试:设备与 Instron 8803 完成现场集成,进行空间校核、功能联调及多点测温验证,确保运行过程不影响试验机加载。

         四、设备特点和优势

         1、温区广精度高:核心温区 - 30℃~+70℃,可拓展至 - 50℃~+100℃,控温精度 ±3℃,满足多场景试验;

         2、适配性强:专为 Instron 8803 试验机设计,悬挂式安装,外观高度≤380mm,无机械干涉,夹套精准覆盖试样关键部位;

         3、程序灵活:支持多段式温度曲线编辑,10℃阶梯升降温,可设保温时长,全循环≤4h;

         4、测控精准:双通道测温 + PID 自整定算法,抑制超调,预留 7 个测温点及应变接线口,数据可追溯;

         5、安全可靠:多重联锁保护,闭式循环系统稳定,部件耐温耐用,维护便捷。

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高低温环境加载试验装置设计图

高低温环境加载试验装置现场实物图

        五、项目价值与总结

        项目价值与意义:

        本项目为西工大航天航空学院后续开展以下研究提供了基础条件:

        1、不同温区下材料及连接结构的力学性能对比

        2、热循环条件下结构疲劳寿命研究

        3、航空航天结构在真实环境工况下的失效机理分析

        同时,该项目也进一步验证了骛豚科技在高校科研非标设备定制设计的综合能力。

        项目总结:

        本项目是一项典型的“试验驱动型”非标定制项目。从需求理解、方案设计到交付调试,骛豚科技始终围绕科研试验本身展开,确保设备真正服务于试验过程。未来,骛豚科技将持续深耕,为科研工作者提供更贴合试验逻辑的环境控制解决方案。

——骛豚科技 | 用工程能力,支撑科研验证

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