本发明属于高温力学测试领域，具体涉及一种应用于棒材状试样的超高温拉伸和拉伸蠕变试验夹具。
背景技术：
1、在进行超高温拉伸和蠕变性能测试时，有些材料尤其是一些陶瓷、难熔金属及其合金材料必须在服役温度下全面测定其力学性能，主要依靠在试验机的高温环境中完成。试验机结构紧凑、内部空间狭小，通常对于棒状试样具体的试验方法是通过螺纹连接试验机后开展试验。
2、目前，对试样进行高温拉伸和蠕变试验的中夹具有采用压板定位或定位孔的方式，通常压板定位适用于板状试样，需要配合紧固件进行定位；对于棒材状试样通常使用定位孔进行定位，能欧避免在试验过程中出现滑移现象，并且其结构相对简单，操作方便。但棒材状试样在中部试验段的两端需要设置安装卡套的限位部位，由于限位部位的外周尺寸大于试验段，会导致棒材状试样两端在定位孔内安装时受限，因此对于夹持部分的设计需要考虑因素较多，导致安装和拆卸时的结构和步骤都较为复杂，当定位结构复杂时容易出现夹持力不均匀的问题，特别是在脆性材料上容易因局部应力过大而导致试样在非正常位置断裂，从而使测试结果失真。同时定位孔需要在试验机外进行试样的装拆，并且操作过程繁琐，易损伤试样。此外，由于缺乏精确的对中和夹紧装置，定位孔夹具在高温下更容易出现“崩齿”或“锁死”现象，使得夹具无法重复使用，试样测试也难以继续进行。
3、综上所述，现有定位孔方式在进行超高温拉伸和拉伸蠕变试验时存在的最根本技术问题是缺乏均匀的夹持力，无法有效应对高温环境下的材料热变形和应力集中，从而导致测试结果的准确性和可靠性不足。基于上述问题，需要通过开发一种新的夹具设计加以解决，以适应2000℃及以上温度环境中陶瓷和难熔金属及其合金材料的超高温测试需求。
技术实现思路
1、要解决的技术问题：
2、为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种应用于棒材状试样的超高温拉伸和拉伸蠕变试验夹具，可完成2000℃及以上高温拉伸与拉伸蠕变试验。本夹具通过凹槽、垫片固定试样并向试样传递加载力，通过间隙设计避免了夹具与试样之间的直接接触，解决了超高温度下试样与夹具之间易发生粘连的问题；发生损坏时，一般只需替换垫片，降低了试验成本；试样两端以嵌入夹头凹槽的方式定位，无需采用螺纹固定，解决了棒状试样难安装的问题；由于本夹具通过垫片和凸台等设计进行夹紧,避免了试样在测试的过程中在非正常位置断裂的可能性,使得试样测试的数据结果更加准确和全面,更便于广泛推广使用，可适用于多种棒状试样超高温拉伸与拉伸蠕变试验。
3、本发明的技术方案是：一种应用于棒材状试样的超高温拉伸和拉伸蠕变试验夹具，包括施力定位模块、测试辅助模块和定位辅助模块，所述施力定位模块设置于棒状试样两端，用于将试验机加载机构的加载力传递至棒状试样的两端，使得棒状试样发生轴向的拉伸变形；所述测试辅助模块连接于棒状试样的试验段，用于将拉伸变形量传递至变形测量设备；所述定位辅助模块用于辅助棒状试样在施力定位模块安装槽的定位，能够保证对棒状试样夹持力的均匀性。
4、本发明的进一步技术方案是：所述棒状试样为阶梯轴结构，两端端部对称设置有圆柱凸台，中间为试验段，试验段两端分别设置有圆环凸台，所述圆柱凸台和圆环凸台的直径均大于两者之间轴部的直径。
5、本发明的进一步技术方案是：所述施力定位模块包括结构相同对称设置的上夹头和下夹头，分别夹持于棒状试样的两端；夹头与试验机加载机构连接一端为固定端，与棒状试样连接一端为夹持端；所述固定端开有销钉孔，通过销钉和试验机加载机构连接；所述夹持端沿夹头径向开有凹槽，凹槽轮廓与棒状试样端部轴向截面一致，并为间隙配合，通过定位辅助模块均匀填补安装间隙，以实现均匀夹紧。
6、本发明的进一步技术方案是：所述夹头夹持端的凹槽包括定位安装棒状试样端部圆柱凸台的矩形槽和位于端面出口的限位槽，所述限位槽用于贯穿圆柱凸台和圆环凸台之间的轴部。
7、本发明的进一步技术方案是：所述夹头凹槽的矩形槽宽的计算方法为，首先，根据定位辅助模块所用材料的线膨胀系数和试验目标温度计算定位辅助模块的热膨胀补偿量；然后，根据热膨胀补偿量确定定位辅助模块的厚度；最后，将棒状试样端部直径值增加两倍的定位辅助模块厚度，即得到夹头矩形槽宽的尺寸。
8、本发明的进一步技术方案是：所述测试辅助模块包括卡套，所述卡套为矩形板结构，其两端分别设置有连接引伸杆的凸耳，所述引伸杆连接于卡套和变形测量设备之间，能够将卡套产生与棒状试样同步的位移变量传递至变形测量设备；卡套端面上开有中心阶梯孔，用于贯穿棒状试样，阶梯孔的阶梯面用于卡套在棒状试样上的限位。
9、本发明的进一步技术方案是：两个所述卡套分别套装于棒状试样的两个圆环凸台处，其小径端均朝向上夹头，大径端均朝向下夹头；在两个卡套的大径端均安装有定位辅助模块，通过定位辅助模块与圆环凸台的环面配合，完成卡套在棒状试样上的定位。
10、本发明的进一步技术方案是：所述定位辅助模块为开有缺口的垫片，所述垫片的中心孔径与棒状试样试验段、两端轴部的直径适配，能够通过缺口套装与其上；垫片的外径大于棒状试样圆环凸台的外径和卡套阶梯孔小径端的直径。
11、一种应用于棒材状试样的超高温拉伸和拉伸蠕变试验夹具的试样方法，具体步骤如下：
12、通过销钉连接上夹头与试验机加载机构；
13、在棒状试样上套装的两个卡套阶梯孔中垫入垫片，固定在棒状试样两个圆环凸台上方；
14、将棒状试样夹持端放入上夹头凹槽，并通过在棒状试样与上夹头凹槽之间垫入垫片来固定棒状试样夹持端；
15、将棒状试样另一侧夹持端放入下夹头凹槽，并通过在棒状试样与下夹头之间垫入垫片来固定试样夹持端；
16、通过销钉连接下夹头与试验机加载机构。
17、一种应用于棒材状试样的超高温拉伸和拉伸蠕变试验夹具的应用，所述试验夹具适用于合金棒状试样2000℃超高温拉伸和拉伸蠕变试验。
18、有益效果
19、本发明的有益效果在于：
20、1、棒状试样结构简单，可通过车床加工，减小了生产误差，提高了生产效率，降低了实验成本。
21、2、试样与试验机之间通过试样嵌入夹头的方式连接，避免了陶瓷等脆性材料因无法加工螺纹而无法进行测试。
22、3、夹具利用垫片固定，并将试验力传递至试样，其体积小、拆装方便、夹紧力均匀可靠,降低了试验过程中试样脱落的风险，保障实验的顺利进行。
23、4、夹具与实验间通过垫片避免了直接接触，有效减少了超高温实验后夹具与试样的粘连。
24、5、由于本夹具通过垫片和凸台等设计进行对中和夹紧,避免了试件试样在测试的过程中在非正常位置断裂的可能性,使得试样测试的数据结果更加准确和全面,更便于广泛推广使用。
25、6、本发明的技术不但可用作测试棒材状试样,同样该技术也可应用到管材、丝材等材料的超高温测试，具有很好的市场应用前景。
26、本发明的难点主要在于如何在2000℃及以上的超高温环境下，对脆性材料进行有效的拉伸和蠕变性能测试，同时解决传统夹具的结构问题和使用限制。其优势在于通过创新的设计和材料选择，不仅克服了这些技术难点，还扩展了测试应用的范围，具有很好的市场推广前景。这种设计的创新性和广泛适用性是本发明的核心优势。
1.一种应用于棒材状试样的超高温拉伸和拉伸蠕变试验夹具，其特征在于：包括施力定位模块、测试辅助模块和定位辅助模块，所述施力定位模块设置于棒状试样两端，用于将试验机加载机构的加载力传递至棒状试样的两端，使得棒状试样发生轴向的拉伸变形；所述测试辅助模块连接于棒状试样的试验段，用于将拉伸变形量传递至变形测量设备；所述定位辅助模块用于辅助棒状试样在施力定位模块安装槽的定位，能够保证对棒状试样夹持力的均匀性。
2.根据权利要求1所述一种应用于棒材状试样的超高温拉伸和拉伸蠕变试验夹具，其特征在于：所述棒状试样为阶梯轴结构，两端端部对称设置有圆柱凸台，中间为试验段，试验段两端分别设置有圆环凸台，所述圆柱凸台和圆环凸台的直径均大于两者之间轴部的直径。
3.根据权利要求2所述一种应用于棒材状试样的超高温拉伸和拉伸蠕变试验夹具，其特征在于：所述施力定位模块包括结构相同对称设置的上夹头和下夹头，分别夹持于棒状试样的两端；夹头与试验机加载机构连接一端为固定端，与棒状试样连接一端为夹持端；所述固定端开有销钉孔，通过销钉和试验机加载机构连接；所述夹持端沿夹头径向开有凹槽，凹槽轮廓与棒状试样端部轴向截面一致，并为间隙配合，通过定位辅助模块均匀填补安装间隙，以实现均匀夹紧。
4.根据权利要求3所述一种应用于棒材状试样的超高温拉伸和拉伸蠕变试验夹具，其特征在于：所述夹头夹持端的凹槽包括定位安装棒状试样端部圆柱凸台的矩形槽和位于端面出口的限位槽，所述限位槽用于贯穿圆柱凸台和圆环凸台之间的轴部。
5.根据权利要求4所述一种应用于棒材状试样的超高温拉伸和拉伸蠕变试验夹具，其特征在于：所述夹头凹槽的矩形槽宽的计算方法为，首先，根据定位辅助模块所用材料的线膨胀系数和试验目标温度计算定位辅助模块的热膨胀补偿量；然后，根据热膨胀补偿量确定定位辅助模块的厚度；最后，将棒状试样端部直径值增加两倍的定位辅助模块厚度，即得到夹头矩形槽宽的尺寸。
6.根据权利要求5所述一种应用于棒材状试样的超高温拉伸和拉伸蠕变试验夹具，其特征在于：所述测试辅助模块包括卡套，所述卡套为矩形板结构，其两端分别设置有连接引伸杆的凸耳，所述引伸杆连接于卡套和变形测量设备之间，能够将卡套产生与棒状试样同步的位移变量传递至变形测量设备；卡套端面上开有中心阶梯孔，用于贯穿棒状试样，阶梯孔的阶梯面用于卡套在棒状试样上的限位。
7.根据权利要求6所述一种应用于棒材状试样的超高温拉伸和拉伸蠕变试验夹具，其特征在于：两个所述卡套分别套装于棒状试样的两个圆环凸台处，其小径端均朝向上夹头，大径端均朝向下夹头；在两个卡套的大径端均安装有定位辅助模块，通过定位辅助模块与圆环凸台的环面配合，完成卡套在棒状试样上的定位。
8.根据权利要求7所述一种应用于棒材状试样的超高温拉伸和拉伸蠕变试验夹具，其特征在于：所述定位辅助模块为开有缺口的垫片，所述垫片的中心孔径与棒状试样试验段、两端轴部的直径适配，能够通过缺口套装与其上；垫片的外径大于棒状试样圆环凸台的外径和卡套阶梯孔小径端的直径。
9.一种权利要求1-8任一项所述应用于棒材状试样的超高温拉伸和拉伸蠕变试验夹具的试样方法，其特征在于具体步骤如下：
10.一种权利要求1-8任一项所述应用于棒材状试样的超高温拉伸和拉伸蠕变试验夹具的应用，其特征在于：所述试验夹具适用于合金棒状试样2000℃超高温拉伸和拉伸蠕变试验。
