梯度复合材料在热力电磁耦合作用下的损伤测试系统

技术领域

本发明涉及梯度复合材料在热力电磁耦合作用下的损伤测试系统的建立及损伤性能测试方法，属于力学实验与物理性能耦合分析技术领域。

背景技术

梯度复合材料广泛应用于热防护、电磁防护等领域。由于长期工作在热力电磁耦合作用条件下，而梯度材料是由不同材料组成的，材料的热膨胀系数差异将导致材料内部产生热应力，从而影响其力学可靠性能，造成力学损伤。因此，测试梯度材料在通过电流后的实际工作情况对其力学、电磁学可靠性能进行正确评价具有重要的理论意义和应用价值。由于梯度材料的非均质性及电磁耦合性能的复杂性，给其损伤性能测试带来诸多困难，梯度材料测试需要很高的平衡度和测试精度。如果这样的问题无法解决，就使得对梯度材料力学、电磁学性能指标的测试无法进行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种梯度复合材料在热力电磁耦合作用下的损伤测试系统与测试方法。该系统与方法采用直流电测试材料在物理力学耦合作用下的物理力学性能与三维表征。

本发明技术方案是：梯度材料在热力电磁耦合作用下的损伤测试系统由三个部件组成——电磁部件、工装部件与存储部件。(1)电磁部件。电磁部件由直流稳压电源、函数发生器和多路放大器组成。直流稳压电源通过由函数发生器控制的多路放大器与梯度材料相连，负责给梯度材料施加热电流；(2)工装部件。工装部件由四个夹具和四个传感器组成。传感器被固定在夹具上，通过夹具的移动，使传感器接触到梯度材料，夹具通过导线与多路放大器相连；(3)存储部件。存储部件包括磁带梯度仪以及与磁带梯度仪相连的磁盘阵列。两个夹具通过导线与磁带梯度仪的两个端口相连，负责进行反馈控制，磁盘阵列将控制结果通过磁带梯度仪传输给函数发生器，然后给梯度材料施加修正后的热电流。

本发明梯度材料在热力电磁耦合作用下的损伤测试系统的测试方法，利用上述测试系统的具体步骤如下：

(1)利用直流电在具有陶瓷金属的梯度材料上产生的热冲击，使得具有不同热膨胀系数的陶瓷金属梯度材料间产生热冲击应力，固而导致梯度材料的热冲击损伤和热力电磁耦合损伤；(2)对梯度材料施加直流电，测试与观察梯度材料物理耦合现象的发生与演化过程。

本发明所测试的梯度材料为通过自蔓延燃烧合成法制得的梯度材料。本发明对梯度材料施加的电流密度为19mA/cm²～161mA/cm²。

本发明基本原理是对梯度材料施加直流电时，利用直流电在材料上产生的热冲击，使得具有不同热膨胀系数的陶瓷与金属梯度材料产生热冲击应力，从而导致梯度材料产生热冲击损伤，可以实时的观察与测试梯度材料发生损伤的过程。本发明可对具有微米尺度的梯度材料进行损伤测试与评价并对材料在热力电磁耦合作用下的物理力学性能进行三维表征。本发明的特点在于：

1.实验测试的传统方法是将梯度材料夹持在力学材料试验机上，传统的大尺寸梯度材料比较容易夹持。与传统方法不同，本发明测试的梯度材料在微尺度，建立的系统可通过直流电诱发系统产生热冲击行为，又可对梯度材料施加直流电测试材料的物理力学性能，无需考虑传统力学性能试验机的空间布置和精度限制。

2.本发明所建立的系统在整个测试过程中都可用扫描电镜的CCD探头对梯度材料进行实时观测与分析。

3.本系统对梯度材料施加直流电和复杂波形载荷电流的功能，可对梯度材料的诸多物理性能进行测试。本系统可对梯度材料压电、压磁器件进行三维表征与分析。

附图说明

图1为梯度复合材料在热力电磁耦合作用下的损伤测试系统电磁学原理示意图。

图2为本发明梯度材料分析的工装部件结构示意图。

图1、2中，1-电磁部件，2-工装部件，3-存储部件，4-自蔓延合成梯度复合材料，5-夹具，6-传感器。