蠕變疲勞試驗機通過加載系統、溫控系統、變形測量系統及數據采集分析系統的協同工作,精確模擬高溫、高應力下材料的長期服役環境,進而評估其壽命,具體模擬過程如下:
加載系統:可施加恒定靜態載荷或周期性交變載荷,模擬材料在高溫下承受的持續應力或循環應力。例如,航空發動機葉片需長期承受高溫與離心力疊加的恒定載荷,同時因氣流振動產生交變應力,加載系統通過伺服控制技術精確切換載荷模式,確保試驗條件與實際工況一致。
溫控系統:配備高效加熱裝置(如高溫爐)與溫度傳感器,可實現從室溫至1000℃甚至更高的溫度控制,并通過閉環反饋將溫度波動控制在±1℃以內。例如,核反應堆壓力容器需在300-600℃高溫下長期運行,溫控系統可精確復現該環境,加速材料蠕變過程,縮短試驗周期。
變形測量系統:采用高精度位移傳感器或應變計,實時監測材料在高溫高應力下的微小變形。例如,金屬材料在蠕變初期變形速率較快,隨后進入穩態階段,最終因內部損傷積累導致加速蠕變直至斷裂,測量系統可捕捉這一全過程,為壽命預測提供關鍵數據。
數據采集與分析系統:實時記錄應力、應變、溫度等參數,并生成蠕變曲線、疲勞壽命曲線等圖表。結合Larson-Miller參數法或Chaboche損傷模型,可建立材料壽命預測方程,評估其在特定工況下的耐久性。例如,通過分析高溫下材料的穩態蠕變速率,可推算其10萬小時蠕變斷裂強度,為工程設計提供依據。