用于蠕变破坏试验的超峰值加载的设备和方法

专利名称：用于蠕变破坏试验的超峰值加载的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于在施加和减小的载荷下对样本进行拉伸试验的设备和方法，且更具体而言，涉及用于螺变破坏试验的超峰值(over-peak)加载的设备和方法。
背景技术：
评价在材料的高应カ状态下操作的机械构件例如燃气涡轮发动机构件的状况并确定其未来性能以使构件的寿命最大化和最大限度地限制剩余可用寿命或耗费的寿命对于行业而言很重要。在诸如高于900华氏度(482摄氏度)的高温下操作的构件，其中构件材料的蠕变和热老化的结合是主要的担忧并且需要特别加以考虑以便获得可接受的剰余可用寿命估定。
用于测试和估计此类构件的可用寿命的许多系统和方法包括施加周期性的并且随着时限而变化的机械载荷。特别关注的是低周疲劳(LCF)试验，且尤其是持续峰值LCF (SPLCF)试验，用以检验用于制造燃气涡轮发动机构件的材料随时间推移的疲劳裂纹生长行为。包含这些材料的样本的疲劳裂纹生长行为通过使用“蠕变破坏”框架(frame)施加循环载荷来体现。施加各种循环拉伸幅度，并记录在这些条件下拉开样本所需的循环数。通过强度和刚度的降低来证明应力和/或疲劳损坏。在一些情形中，这些试验可在一定次数的循环加载且然后使样本断裂之后结束(即，拉伸试验)，以确定残余強度。来自此类破坏性试验的数据常常通过经验手段来表征并通过推断或推知而归纳为材料未在实验室具体进行试验的各种运行状况。用于长保持时间疲劳和裂纹生长以及其它应カ相关特性的试验样本评价可使用蠕变破坏框架或杠杆臂试验器来完成，例如在1994年9月13日公布的美国专利No. 5，345，826 (Strong)中公开的试验器，该专利示意性地说明了典型的“蠕变破坏”框架/杠杆臂试验器。该装置包括长度通常为12至20英寸的杠杆臂，该杠杆臂在沿杠杆臂于其中心与试验样本的一端附接在其上的端部之间的长度的一点处枢转地安装在竖直框架上。试验样本的另一端附接到固定的基板上。当重量施加或加载在杠杆臂的相对端上时，拉伸カ根据公式t = (wl)/d而施加在试验样本上,其中t是施加在试验样本上的拉伸力，w是施加在杠杆臂的远端上的重量，I是杠杆臂枢转点与承载所施加重量的端部之间的距离，以及d是杠杆臂枢转点与连接到试验样本上的端部之间的距离。对样本的拉伸试验通过施加力t而启动。蠕变破坏框架/杠杆臂试验器可装备成在试验样本上循环地施加和减小载荷(例如，通过重量产生)。载荷在蠕变破坏框架/杠杆臂试验器中的循环施加和减小通常通过使用标准气动缸或剪叉式千斤顶来执行。2008年4月8日公布并转让给与本专利申请相同的受让人通用电气公司的Jeffrey Lynn Myers (本发明的发明人)的美国专利No. 7，353，715中公开了ー种用于在样本的拉伸试验中循环施加和减小载荷的设备和方法，该设备和方法提供了对所施加载荷的相对平稳的施加和减小。美国专利No. 7，353，715通过引用并入本申请。
在所施加和减小的载荷下对样本进行的另ー种紧密相关的拉伸试验是超峰值疲劳试验。加载通常是在相对昂贵的伺服液压试验机上执行，该伺服液压试验机相比于蠕变破坏试验机和系统就试验而言昂贵得多。存在对没有当前所采用的那么昂贵的用于超峰值疲劳试验的设备和方法的需求。存在提供对超峰值载荷量级和停留时间两者进行控制的用于超峰值疲劳试验的设备和方法的需求。还希望提供评价蠕变破坏和超峰值加载的试验机。

发明内容
ー种试验样本拉伸试验设备包括用于在试验样本上循环地施加和减小第一拉伸载荷和第二拉伸载荷的第一载荷调节机构和第二载荷调节机构，以及以控制方式连接到第一载荷调节机构和第二载荷调节机构上并且可操作以使第一载荷和第二载荷分别在试验样本上独立地循环的第一控制器和第二控制器。第一载荷和第二载荷在该设备的一个实施例中是累加的并且第一控制器和第二 控制器可操作以使第一载荷和第二载荷循环，从而分别对试验样本进行峰值加载和超峰值加载。第一控制器和第二控制器可操作以分别控制试验样本上的第一加载循环和第二加载循环的第一加载速率和第二加载速率以及第一停留时长和第二停留时长。第二载荷调节机构的一个实施例包括搁置或支承在支承板上的可充气超峰值装置，该支承板安装在拉伸试验设备的框架上。可充气超峰值装置的一个实施例包括带有用干支承第二载荷的平直顶部的中空壳体、设置在壳体内的可充气囊袋，以及当对囊袋充气时从位于壳体底部的开ロ伸出的囊袋下部。该拉伸试验设备的ー个示例性实施例包括连接到试验样本上的载荷链(train)区段、大致水平延伸并且可在拉伸试验设备的框架上枢转的可枢转杠杆臂、用于在试验样本上循环地施加和减小第一拉伸载荷和第二拉伸载荷的第一载荷调节机构和第二载荷调节机构，以及以控制方式连接到第一载荷调节机构和第二载荷调节机构上并且可操作以使第一载荷和第二载荷分别在试验样本上独立地循环的第一控制器和第二控制器。第一载荷调节机构和第二载荷调节机构从杠杆臂的载荷调节端大致竖直向下地延伸，载荷链区段从杠杆臂的载荷链端大致竖直向下地延伸。第一载荷调节机构可包括长度收缩和伸长以便循环地施加和减小第一载荷的流体机械肌(muscle)。一种用于对试验样本进行超峰值载荷试验的方法包括将试验样本安装在拉伸试验设备的载荷链区段中、分别通过第一载荷调节机构和第二载荷调节机构在试验样本上循环地施加和减小第一拉伸载荷和第二拉伸载荷，以及分别使用以控制方式连接到第一载荷调节机构和第二载荷调节机构上的第一控制器和第二控制器来使第一载荷和第二载荷独立地循环。该方法的ー个实施例还包括使用长度收缩和伸长的流体机械肌作为第一载荷调节机构，并且循环地施加和减小第一载荷包括分别使流体机械肌的长度收缩和伸长。该方法的实施例还包括使用可充气超峰值装置作为第二载荷调节机构。该超峰值装置搁置或支承在安装于拉伸试验设备的框架上的支承板上。该可充气超峰值装置包括支承第二载荷的中空壳体、设置在壳体内的可充气囊袋，以及当对囊袋充气时从位于壳体底部的开ロ伸出的囊袋下部。循环地施加和减小第二载荷包括分别对囊袋进行放气和充气。该方法还可包括一起施加第一载荷和第二载荷以便对样本进行超峰值加载并移除第二载荷同时保持第一载荷对于峰值加载恒定，以及分别在第一载荷和第二载荷的循环期间控制对第一循环和第二循环的第一加载速率和第二加载速率以及第一停留时长和第ニ停留时长，其中第二循环显著短于第一循环。第一加载速率和第二加载速率可以相同。


本发明的前述方面和其它特征在以下结合附图进行的描述中说明，在附图中图I是用于超峰值加载和破坏试验的设备的示意示。
图2是图I中所示的设备的详细透视示。图3是用于在图2中所示的设备上进行超峰值加载的装置的截面示。图4是用于在图2中所示的设备中进行超峰值试验的控制面板的正视示。图5是可使用图1-4中所示的设备来执行的超峰值试验的示范性曲线图。图6是图5中所示的示范性曲线图中的单个循环的放大视图。
具体实施例方式如文中所用，用语“载荷”指的是试验样本通过本发明的系统、设备和/或方法所承受的任何质量、重量、力等。如文中所用，用语“施加载荷”指的是使试验样本承受载荷，包括增加样本所承受的载荷的量或程度。如文中所用，用语“减小载荷”指的是将试验样本所承受的载荷部分或完全地减小、减少、消除等。如文中所用，用语“循环地施加和减小载荷”指的是以其任何次序施加和减小载荷(也即，施加和减小载荷、减小和施加载荷等)的至少ー个循环。通常，该循环包括首先逐渐或依序地施加载荷，且随后逐渐或依序地减小载荷。载荷的循环施加和减小可以是单个循环，或者更通常是多个这样的循环(即，对于至少两个循环)。该载荷对于每个循环都可以相同的方式或模式予以施加和减小或者对于每个循环都可以不同的方式或模式进行施加和减小。该载荷也可在循环期间一次或更多次以相同或不同的分散时间段予以施加并保持(即，維持)在指定水平(即，该载荷既不增加也不減少)、可在每个循环期间以相同或不同的速率逐渐或依序地增加和/或减少,或者它们的任何组合。如文中所用，用语“闭环系统”指的是具有用于对试验样本上的载荷的施加和/或减小进行调节、改变、控制等的反馈机构(例如，一个机械和/或电子信号或多个信号)的控制系统。用于闭环系统中的反馈机构通常提供对试验样本上的载荷进行大致线性和成比例的施加和/或减小。如文中所用，用语“开环系统”指的是未利用反馈机构的控制系统。如文中所用，用语“蠕变破坏框架”和“杠杆臂试验器”可互換地指代ー种装置，该装置通常包括长度通常为从约12至约24英寸(从约30. 5至约51cm)的具有机械优势的杠杆臂，该杠杆臂在沿杠杆臂于其中心与试验样本的一端附接到其上的端部之间的长度的一点处枢转地支承在框架的固定竖直部件上，其中试验样本的另一端通常附接到(例如，十字框架的)基板或平台上，并且其中ー个或多个重量施加或加载在杠杆臂的相对端上。參看图I和1994年9月13日公布的美国专利No. 5，345，826 (Strong)(通过引用并入本申请)中对应的描述，其示意性地说明了典型的“蠕变破坏”框架/杠杆臂试验器。在此使用的合适的蠕变破坏框架/杠杆臂试验器包括由SATEC、ATS等制造的那些。如文中所用，用语“流体机械肌”指的是ー种装置，其通常在通过流体(即，诸如空气之类的气体或诸如こニ醇之类的液体)加压后其长度以相对受控的方式收缩且在加压流体释放后其长度以相对受控的方式伸长。流体机械肌的收缩通常促使载荷施加到试验样本，而流体机械肌的伸长通常促使载荷减小。流体机械肌具有这样的特征，也即当对它进行加压时，该肌的相对长度通常随着所施加的压カ而大致线性地收缩，同时形成适于对载荷致动、提升、移动、定位等的相当大的力，并且相反地随着压力的减小(释放)而大致线性地伸长。由于它们的不同结构，且尤其是它们在长度上固有的非动态、相对受控的收缩和 伸长，在此所用的流体机械肌不同于标准动カ气动缸。适合在此使用的流体机械肌可属于“McKibben”型流体收缩致动器或“肌”，其通常包括由柔性网形成的圆柱形外鞘(有时称为“编织”结构)，该柔性网包括多个互相连接的斜方形或菱形的部段，这些部段通过包括设置在外鞘内的牢固的可膨胀材料的囊袋并通过连接到囊袋上的充气管线而在外鞘的每一端固定在连接器上，加压流体可经该充气管线以及充气管线上适当的阀一起引入以便对圆柱形外鞘内的囊袋进行充气或者使其膨胀，从而将流体从加压源引导到囊袋内以便充气(收缩)，并允许流体从囊袋流出以便释放/放气(伸长)。參看例如1988年4月26日公布的美国专利No. 4，739，692 (Wassam等人)(通过引用并入本申请),该专利描述了“McKibben”型流体收缩致动器或“肌”的操作。在操作中，“McKibben”型流体收缩致动器或“肌”在囊袋放气的情况下使用连接器连接在两个固定点之间。由柔性网形成的圆柱形外鞘连接在两个柔性点之间并且理想而言经历很轻微的拉伸应カ以便确保外鞘当它在两个点之间的伸长或“放松”位置连接时直径最小。充气管线连接到加压流体的源上，该加压流体可为可压缩的，即气体，或者不可压缩的，即流体。流体在引入囊袋时使囊袋抵靠封闭网外鞘而膨胀，从而致使它沿径向膨胀和沿纵向收缩而在连接器之间产生极大的收缩力。对于“McKibben”型流体收缩致动器的其它流体机械肌或潜在地适于在此使用的“肌”，还请參看1986年10月7日公布的美国专利No. 4，615，260 (Takagi等人)；1992年10月27日公布的美国专利No. 5，158，005 (Negishi等人)；1992年11月24日公布的美国专利No. 5，165，323 (Sato);和 1993 年 4 月 13 日公布的美国专利 No. 5，201，262 (Negishi 等人)(通过引用并入本申请)，以及1989年6月27日公布的美国专利No. 4，841，845(Beullens)；2000年5月30日公布的美国专利No. 6，067, 892 (Erickson);和2001年5月21日公布的美国专利No. 6，223，648 (Erickson)(通过引用并入本申请)。商业上可获得的适于在此使用的流体机械肌的实例包括由Festo公司制造的“ Fluidic Muscle MAS”系列肌，包括型号 MAS-10-N—AA-MCFK，零件号 187594 ;型号 MAS-10-N—AA-M0FK 零件号 187595 ；型号 MAS-40-N-459-AA-MCIK，零件号 187605 ;型号 MAS-40-N—AA-MCIK，零件号 187606 ；型号 MAS-40-N—AA-M0KK，零件号 187607 ；型号 MAS-20-N—AA-MCHK，零件号 187617 ；型号 MAS-20-N—AA-MCGK，零件号 187618 ;型号 MAS-20-N—AA-M0HK，零件号 187619 ;型号MAS-10-,零件号534201 ;型号MAS-20-，零件号534202 ；以及型号MAS-40-，零件号534203坐寸O如文中所用，用语“试验样本”指的是包括所关注材料的任何样本，包括构件、零件等，或通过本文公开的系统、设备和/或方法而承受载荷的由所关注材料制作、制成等的样本。试验样本可具有任何合适的形状或构造，包括矩形、圆柱形等。通常，试验样本在其中间区段具有减小的规格或宽度(例如，呈“狗骨头形”)，以在样本承受载荷时迫使样本中间的材料伸长。
如文中所用，用语“拉力试验”和“拉伸试验”可互換地指代试验样本在载荷施加于其上时承受大致纵向的伸展、拉动等力的试验方式。拉カ或拉伸试验的有代表性但非限制性的实例包括低周疲劳试验、持续峰值低周疲劳试验、蠕变破坏试验、高应变率峰值试验、弯曲试验、裂纹生长试验等。如文中所用，用语“低周疲劳试验”或“LCF试验”可互換地指代较慢或较低的加载循环速度疲劳型试验，其中该循环通常为约30赫兹或以下，并且通常处于从约O. 3至约I赫兹的范围内。如文中所用，用语“持续峰值低周疲劳试验”或“SPLCF试验”可互換地指代ー种LCF试验，在其中施加到试验样本的峰值载荷在分散的时间段被保持或維持在指定水平。如文中所用，用语“弯曲试验”指的是试验样本在其相应端部受到支承并且载荷贴近其在相应端部之间的中点施加的试验方式。如文中所用，用语“任务循环试验”或“模拟试验”可互換地指代意图表示实际操作(即，真实生命现象)并且通常使用闭环试验系统来执行的试验。任务循环/模拟试验通常指的是ー种现场试验(例如，发动机的现场试验)，在其中发动机运转，取得数据并带回任务或模拟器操作实验室(手动或更通常以电子方式)，且然后使用该数据对例如所关注试验样本上的模拟但真实的生命应カ循环编程(通常使用计算机)。如文中所用，用语“蠕变破坏试验”指的是在其中对试验样本施加静态且一致的载荷并且在其中測量试验样本在载荷施加期间的伸长的试验方式。如文中所用，用干“断裂韧性”指的是进行试验的样本对于裂纹扩展的阻力的測量值° 參看 Davis 的 ASM Materials Engineering Dictionary (1992), ρ· 72。如文中所用，用语“疲劳裂纹生长试验”指的是测量试验样本中的裂纹随时间推移或者在所施加的载荷循环(多个)中的生长速率的试验方式。现參见附图，图I中示出了使用呈杠杆臂试验器12形式的拉伸试验设备的拉伸试验系统10。试验器12包括大致L形的框架14、与框架14相关的大致竖直延伸的第一载荷链区段18，以及与框架14相关的大致竖直延伸的第一载荷调节区段22。第一载荷调节机构25用于从第一载荷调节区段22至第一载荷链区段18施加和减小第一拉伸载荷23。第一载荷在试验样本58上施加(呈拉伸应カ的形式)或减小。在此将机构25图示为包括枢转的大致水平延伸的杠杆臂26。机构25包括用于在框架14的长度较长的竖直部段的顶端34上平衡杠杆臂26的支点或枢转点30,杠杆臂26绕该支点或枢转点摆动或枢转。杠杆臂26还具有载荷链端38和载荷调节端42。參见图1，当杠杆臂26的载荷调节端42绕由枢转点30限定的水平轴线总体上向下移动(通过指向下的箭头50表示)吋，载荷链端38总体上向上移动(通过指向上的箭头46表示)，并且当载荷调节端42绕由枢转点30限定的水平轴线总体上向上移动时则情况相反。枢转点30沿杠杆臂26在端部38、42之间的长度的特定位置可水平地移动，以调节通过臂26从第一载荷调节区段22有效地传递到第一载荷链区段18的载荷的倍数。该效应通过公式t = (wl)/d限定,其中t是施加在试验样本58上的拉伸力,w是施加到杠杆臂26的载荷调节端42上的重量或载荷，I是枢转点30与载荷调节端42之间的距离，以及d是枢转点30与载荷链端38之间的距离。载荷链端38连接或附接到试验样本58上使得所施加的力t向试验样本给予应力。枢转点30越靠近载荷链端38,并且相反地远离载荷调节端42 ( S卩，d越小而I越大)，则从第一载荷调节区段22有效地传递或施加到第一载荷链区段18的载荷的倍数就越大，也即对于t的值越大。例如，如果I : d的比例为20 1，则载荷调节区段22中10个单位的载荷(w)可通过臂26转换成施加到第一载荷链区段18 (和试验样本58)上的200个单位的力(t)。參见图1，第一载荷链区段18包括上部拉杆54，该上部拉杆在其上端邻近臂26的载荷链端38并且通过接头56连接或附接到载荷链端38上。上部拉杆54还邻近试验样本 58并且在其下端60连接或附接到试验样本58上。载荷链区段18还可包括包封样本58的环境腔室，例如总体上示为62的炉。第一载荷链区段18还包括下部拉杆66，该下部拉杆邻近样本58并且在其上端68连接或附接到样本58上，并且还邻近框架14并在其下端72连接或附接到框架14上。下部拉杆66图示为通过万向接头64连接到框架14上。下部拉杆66通过附接到框架14上而基本保持静止，且因此当上部拉杆54在臂26的载荷链端38沿箭头46所示的方向向上枢转时而竖直向上地移动时，试验样本58承受拉伸力。第一载荷调节区段22包括上部连接器70，该上部连接器邻近臂26的载荷调节端42并且在其上端通过接头74连接或附接到载荷调节端42上。第一载荷调节区段22包括流体机械肌78，该流体机械肌邻近连接器70的下端并且在其上端连接或附接到连接器70的下端上。当肌78的长度收缩时，第一载荷调节区段22中的载荷(经由臂26)施加到第一载荷链区段18，并且相反的是，当肌78的长度伸长时，第一载荷调节区段22中的载荷在第一载荷链区段18上减小(经由臂26)。第一循环加载系统92包括第一控制器94，该第一控制器94用于通过控制肌78的伸长和收缩而使试验样本58上的加载循环。第一载荷调节区段22还包括下部连接器82，该下部连接器在其上端连接或附接到肌78的下端上，并且还在其下端连接或附接到通常由第一重量88构成的第一载荷86上。第一载荷86图示为在地面或主表面90上方间隔开，因此表明系统10在试验循环中肌78处于收缩状态下并且第一载荷86因此施加(经由臂26和载荷链区段18)到样本58的点。拉伸试验系统10在此图示为“开环”系统。图2中所示的拉伸试验系统10的更为详细的实施例包括大致U形的安全支架(containment bracket) 100,该支架附接到框架14的顶端34上以保持臂26不会绕枢转点30向上或向下枢转或摆动得过多。安全支架100防止臂26从框架14落下。上部万向接头104在此用于将上部拉杆54的上端连接或附接到臂26的载荷链端38上。大致圆柱形的安装柱108通过间隔开的上铰链112和下铰链116附接到或安装在炉62上。柱108通过具有用于接纳柱108的上端的圆形凹部(未示出)的上部支架120和也具有用于接纳柱108的下端的圆形凹部128的下部支架124枢转地安装在框架14上。内嵌式载荷传感器(cell) 132在下部拉杆66的相应上端和下端之间安装在下部拉杆66上，以直接測量施加到试验样本58上的载荷。下部万向接头136将下部拉杆66的下端连接或附接到总体上表示为140的可竖直地移动的十字头组件上。十字头组件140包括大致水平延伸的十字头144，该十字头连接或附接到ー对大致竖直延伸并且间隔开的杆148上或者以其它方式与杆148相关，其中，杆148连接或附接到水平基部152上。手动转动曲柄156安装在基部152上,用于相对于框架14向上或向下竖直移动载荷链区段18或者调节载荷链区段18的位置。炉控制盒160安装在框架14上并且通过控制线缆或线路(未示出)而连接到炉62上，以控制炉62内的环境状况(例如，试验样本58周围的温度、压力、气体等)。枢转连接器170用于在接头74处将臂26的载荷调节端42连接或附接到上部连接器70上。上部连接器70在此图示为柔性连杆或上部链条85。上部链条85连接到R比例或最低载荷盘174。载荷盘174连接或附接到流体机械肌78的上端上。肌78包括用于对肌78进行加压和减压的流体输入和输出管线178。肌78的下端连接或附接到在此图示为柔性连杆或下部链条84的下部连接器82上。由于下部链条84是柔性的，故它在肌78处于伸长状态时提供充分的松弛，使得第ー载荷86完全或基本上完全地减小，也即试验样本58上不存在由第一载荷86所施加的力 或应力。下部链条84提供用于当载荷在试验循环的该部分期间减小时至少使载荷(S卩，第ー载荷86)的主要部分与试验样本58相分离(例如，机械分离)的机构。下部链条84连接或附接到包括水平重量平台182的第一载荷86上。长形重量接纳杆186连接或附接到重量平台182上并且自其大致竖直地向上延伸。重量接纳杆186然后连接或附接到下部链条84上。质量相似或不同的ー个或多个重量(或载重)190可装载到平台182上并且配置有槽ロ 194使得重量190可由杆186牢固地接纳。參见图I和图2，第二循环加载系统96包括第二控制器98，以通过控制用于施加和减小第二载荷36的第二载荷调节机构35来使试验样本58上的第二加载循环，其中，第ニ载荷调节机构附接到下部连接器82上，该下部连接器在其上端连接或附接到肌78的下端上。然而，第一循环加载系统92设计成用于持续峰值低周疲劳(SPLCF)和保持时间试验，以在蠕变破坏试验中检验用于制造燃气涡轮发动机构件的材料随时间推移的疲劳裂纹生长行为。第二循环加载系统96设计成用以对蠕变破坏试验框架和系统上的试验样本58上执行超峰值加载或多重加载。參见图2和图3，第二载荷调节机构35在此图示为搁置或支承在支承板118上的可充气超峰值装置110，其中，支承板118安装在框架14上。超峰值装置110包括带有用于支承图示为第二重量37的第二载荷36的平直顶部162的中空壳体158。设置在壳体158内的可充气囊袋包括囊袋下部166，当对囊袋164充气时该囊袋下部从位于壳体158底部的开ロ 168伸出。壳体158或在对其充分充气时的囊袋164搁置在支承板118上。通过空气供应管线167，对囊袋164进行充气或放气。壳体158包括包围下部连接器82的中空毂214。可调节的套环夹216包括套环172并且通过竖直调节螺钉218可调节地夹持在下部连接器82的重量接纳杆186上。壳体158包括带有朝下的斜面222的环形内台肩220，当对囊袋164放气时该内台肩接合套环172的带有朝上的斜面226的环形外台肩224。当对囊袋164放气时，内台肩220搁置在外台肩224上并且通过第二重量37所产生的第二载荷36经接纳杆186和肌78而施加到样本58。当对囊袋164充气时，内台肩220上升脱离外台肩224并且第二重量37搁置在支承板118上且第二载荷36不再施加到样本58。因此，通过在第二控制器98的控制下循环地对囊袋164进行放气和充气，可将第二载荷36循环地施加到样本58。第二载荷36是对第一载荷86的累加。第一电子控制器94和第二电子控制器98可操作以如图6中所示那样分别提供第一循环438和第二循环442的第一加载速率426和第二加载速率428以及第一停留时长432和第二停留时长434。第一循环438在此图示为超峰值加载循环并且包括第一载荷86和第二载荷36。第二载荷36通过对囊袋164进行放气来施加。第二循环442在此图示为保持时间加载循环并且仅包括第一载荷86。保持时间加载循环通过对囊袋164进行充气而发生。图4中所示的第二电子控制器98经由压力控制而提供载荷提升能力并经由延时继电器而提供超峰值第二停留时长434。第二循环加载系统96可安装在现有的杠杆臂蠕变破坏框架上并允许多重施加的机械加载，例如如上所述的超峰值加载。第二电子控制器98图示为包括用于在所需的供应压カ下经空气供应管线167供应用于对囊袋164进行充气的空气供应调节器176。图5是通过可使用图1-4的系统和设备来执行的超峰值加载而进行持续峰值低周疲劳(SPLCF)试验的示范性曲线图400。该SPLCF试验的曲线图400具有表示为410的一系列谷，这些谷代表在第一循环438的减小(载荷減少)阶段期间试验样本上的载荷沿图400的由第一向下斜坡414表示的部分。曲线图400包括一系列第一平稳段(plateaus) 420，这些第一平稳段代表所组合载荷LI的持续施加(保持)，该组合载荷是在试验样本58上分别通过第一重量88和第二重量37所产生的第一载荷86和第二载荷36的组合。保持载荷LI持续第一时间段Tl，该第一时间段Tl通过在图4中所示的超峰值控制器或第二控制器98上设定的延时来控制。超峰值载荷L2的移除通过对囊袋164进行充气来执行。第二时长T2代表在试验样本58上图不为第一重量88的第一载荷86的保持时间或峰值加载。L3代表当对囊袋164进行充气时通过图3中的肌78的收缩而减小载荷86。 曲线图400还包括一系列第二平稳段422，这些第二平稳段代表在试验样本58上通过由第二重量37产生的第二载荷36所代表的第二循环442的保持时间或峰值载荷的施加(保持)。第一向上斜坡424代表第一循环438的加载(载荷增加)阶段。SPLCF试验中的载荷的施加和减小相对迅速并且SPLCF试验中的峰值和超峰值载荷(參看第一平稳段420和第二平稳段422)的施加在给定或分散的时间段被保持或维持在指定水平。由于SPLCF试验中载荷的反复施加和减小，曲线图400代表多个第一循环438和第二循环442，在其中载荷施加、保持/维持且然后减小。所组合的循环430 (包括第一循环438和第二循环442两者)具有时长436、起点440和终点450。图6是图5中所示的单个组合的循环430的放大曲线图500。超峰值加载具有等于第二重量37的超峰值幅度和由第二控制器98控制的超峰值持续时间。第二向上斜坡454代表该试验循环的超峰值加载(载荷増加)阶段。第二向下斜坡456代表该试验循环的超峰值载荷减小(载荷減少)阶段。第一循环438和第二循环442在此图示为峰值加载循环和超峰值加载循环。本发明已采用举例方式进行了描述。应理解，所使用的术语g在具有描述用词的性质而不具有限制性质。虽然文中已描述视为本发明的优选和示例性的实施例的内容，但根据本文的教导，本发明的其它改型对本领域的技术人员来说应该是显而易见的，且因此，希望在所附权利要求中对诸如落入本发明的真实精神和范围内的所有此类改型加以保护。
因此，希望保护如在所附权利要求中定义和区分的发明。
权利要求
1.一种试验样本(58)拉伸试验设备(12),包括 第一载荷调节机构(25)，用于在所述试验样本(58)上循环地施加和减小第一载荷(23)， 第二载荷调节机构(35)，用于循环地施加和减小第二载荷(36)， 所述第一载荷和第二载荷(23，36)为拉伸载荷，以及 第一控制器和第二控制器(94，98)，其以控制方式连接到所述第一载荷调节机构和第二载荷调节机构(25，35)上并且可操作以分别使所述第一载荷和第二载荷(23，36)在所述试验样本(58)上独立地循环。
2.根据权利要求I所述的拉伸试验设备(12)，其特征在于，所述拉伸试验设备(12)还包括，所述第一控制器和第二控制器(94，98)可操作以使累加的所述第一载荷和第二载荷(23，36)在所述试验样本(58)上循环。
3.根据权利要求2所述的拉伸试验设备(12)，其特征在于，所述拉伸试验设备(12)还包括，所述第一控制器和第二控制器(94，98)可操作以使所述第一载荷和第二载荷(23，36)循环从而分别对所述样本(58)进行峰值加载和超峰值加载。
4.根据权利要求3所述的拉伸试验设备(12)，其特征在于，所述拉伸试验设备(12)还包括，所述第一控制器和第二控制器(94，98)可操作以分别控制所述试验样本(58)上的第一加载循环和第二加载循环(438，442)的第一加载速率和第二加载速率(426，428)以及第一停留时长和第二停留时长(432，434)。
5.根据权利要求I所述的拉伸试验设备(12)，其特征在于，所述拉伸试验设备(12)还包括，所述第二载荷调节机构(35)包括搁置或支承在支承板(118)上的可充气超峰值装置(110)，所述支承板(118)安装在所述拉伸试验设备(12)的框架(14)上。
6.根据权利要求5所述的拉伸试验设备(12)，其特征在于，所述拉伸试验设备(12)还包括 所述可充气超峰值装置(110)包括带有用于支承所述第二载荷(36)的平直顶部(162)的中空壳体(158)， 设置在所述壳体(158)内的可充气囊袋(164)，以及 当对所述囊袋(164)充气时从位于所述壳体(158)的底部处的开口(168)伸出的囊袋下部(166)。
7.—种试验样本(58)拉伸试验设备(12),包括 连接到所述试验样本(58)上的载荷链区段(18)， 大致水平延伸并且可在所述拉伸试验设备(12)的框架(14)上枢转的可枢转杠杆臂(26)， 第一载荷调节机构(25)，用于在所述试验样本(58)上循环地施加和减小第一载荷(23)， 第二载荷调节机构(35)，用于循环地施加和减小第二载荷(36)， 所述第一载荷和第二载荷(23，36)为拉伸载荷， 所述第一载荷调节机构和第二载荷调节机构(25，35)从所述杠杆臂(26)的载荷调节端(42)大致竖直地向下延伸， 所述载荷链区段(18)从所述杠杆臂(26)的载荷链端(38)大致竖直地向下延伸，以及第一控制器和第二控制器(94，98)，其以控制方式连接到所述第一载荷调节机构和第二载荷调节机构(25，35)上并且可操作以分别使所述第一载荷和第二载荷(23，36)在所述试验样本(58)上独立地循环。
8.根据权利要求7所述的拉伸试验设备(12)，其特征在于，所述拉伸试验设备(12)还包括 所述第二载荷调节机构(35)包括搁置或支承在支承板(118)上的可充气超峰值装置(110)，所述支承板(118)安装在所述拉伸试验设备(12)的框架(14)上， 所述可充气超峰值装置(110)包括带有用于支承所述第二载荷(36)的平直顶部(162)的中空壳体(158)， 设置在所述壳体(158)内的可充气囊袋(164)，以及 当对所述囊袋(164)充气时从位于所述壳体(158)的底部处的开口(168)伸出的囊袋下部(166)。
9.根据权利要求8所述的拉伸试验设备(12)，其特征在于，所述拉伸试验设备(12)还包括，所述第一载荷调节机构(25)包括长度收缩和伸长以便循环地施加和减小所述第一载荷(23)的流体机械肌(78)，以及所述第二载荷调节机构(35)包括搁置或支承在支承板(118)上的可充气超峰值装置(110)，所述支承板(118)安装在所述拉伸试验设备(12)的框架(14)上。
10.一种用于在拉伸试验设备(12)上对试验样本(58)进行超峰值载荷试验的方法，所述方法包括 将试验样本(58)安装在拉伸试验设备(12)的载荷链区段(18)中，所述拉伸试验设备(12)具有大致水平延伸并且可在所述拉伸试验设备(12)的框架(14)上枢转的可枢转杠杆臂(26)， 所述载荷链区段(18)从所述杠杆臂(26)的载荷链端(38)大致竖直地向下延伸， 在所述试验样本(58)上分别通过第一载荷调节机构和第二载荷调节机构(25，35)来循环地施加和减小第一拉伸载荷和第二拉伸载荷(23,36), 所述第一载荷调节机构和第二载荷调节机构(25，35)从与所述杠杆臂(26)的所述载荷链端(38)相对的载荷调节端(42)大致竖直地向下延伸， 使用分别以控制方式连接到所述第一载荷调节机构和第二载荷调节机构(25，35)上的第一控制器和第二控制器(94,98)来使所述第一载荷和第二载荷(23,36)独立地循环。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 所述第一载荷调节机构(25)包括长度收缩和伸长的流体机械肌(78)，以及循环地施加和减小所述第一载荷(23)包括分别使所述流体机械肌(78)的长度收缩和伸长， 所述第二载荷调节机构(35)包括搁置或支承在支承板(118)上的可充气超峰值装置(110)，所述支承板(118)安装在所述拉伸试验设备(12)的框架(14)上， 所述可充气超峰值装置(110)包括支承所述第二载荷(36)的中空壳体(158)， 设置在所述壳体(158)内的可充气囊袋(164)， 当对所述囊袋(164)充气时从位于所述壳体(158)的底部处的开口(168)伸出的囊袋下部(166)，以及 循环地施加和减小所述第二载荷(36)包括分别对所述囊袋(164)进行放气和充气。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括一起施加所述第一载荷和第二载荷(23，36)以便对所述样本(58)进行超峰值加载并在保持所述第一载荷(23)恒定的同时移除所述第二载荷(36)以便进行峰值加载。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括分别在所述第一载荷和第二载荷(23，36)的循环期间控制第一循环和第二循环(438，442)的第一加载速率和第二加载速率(426，428)以及第一停留时长和第二停留时长(432，434)，其中，所述第二循环(442)显著短于所述第一循环(438)。
全文摘要
本发明涉及用于蠕变破坏试验的超峰值加载的设备和方法。具体而言，一种方法和试验设备包括用于在样本上循环地施加和减小第一和第二拉伸载荷的第一和第二载荷调节机构以及连接到第一和第二载荷调节机构上以便使累加的载荷独立地循环的第一和第二控制器。使第一和第二载荷循环以便分别对样本进行峰值加载和超峰值加载，并且控制第一和第二循环的第一和第二加载速率以及第一和第二停留时长以便分别进行峰值加载和超峰值加载。第二载荷调节机构可包括搁置在安装于设备框架上的板上的可充气超峰值装置。该装置包括用于支承第二载荷的中空壳体、在壳体内的可充气囊袋，以及当对囊袋充气时从位于壳体底部的开口伸出的囊袋下部。
文档编号G01N3/32GK102706756SQ20121008971
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月22日 优先权日2011年3月22日
发明者J·L·迈尔斯 申请人:通用电气公司