專利名稱：一種直接拉伸試驗裝置的液壓支撐體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脆性材料的直接拉伸試驗裝置，尤其涉及一種該試驗裝置的支撐體。
背景技術(shù)：
如今直接拉伸試驗裝置普遍應(yīng)用于巖石等脆性材料的抗拉力學(xué)性質(zhì)測定中，顯 然，試驗裝置對測定數(shù)據(jù)的準確性影響很大，而試樣支撐體又被認為是試驗裝置中非常關(guān) 鍵的部件。脆性材料由于其特殊的抗壓和抗拉性質(zhì)，對試驗裝置，尤其是對試樣支撐體提出 了更高的要求。在傳統(tǒng)的試驗裝置中一般使用剛性套筒做支撐體，但剛性套筒有個缺陷， 當試樣受力達到峰值時，在破壞面以下的試樣、下端帽和下部鏈條所受重力作用下，試樣發(fā) 生突然破壞，試驗終止，不能有效進行峰后抗拉力學(xué)性質(zhì)的測定。為了解決這一問題，中國 專利申請?zhí)枮?006100222M. 8公開了一種技術(shù)方案是將剛性套筒由支撐彈簧8替代(附 件

圖1所示)，這樣在整個拉伸試驗中，均由彈簧8支撐著試樣5及其它試驗構(gòu)件的重量， 基本能完成全過程曲線的測定。然而，當剛性支撐改為彈性支撐后，將會引起新的問題。如 圖所示，試驗開始前，必須要使彈簧發(fā)生壓縮變形，然后安裝彈簧及其下部構(gòu)件(否則，試驗 開始后，彈簧將與下端帽分離，變得與剛性支撐一樣，起不到有效的支撐作用)。彈簧變形提 供的反力通過連接于上下夾具的傳感器進入數(shù)據(jù)采集庫中。試驗開始后，試樣發(fā)生變形，在 峰值前下部鏈條會產(chǎn)生一定的伸長，彈簧的壓縮變形收縮，提供的反力相應(yīng)減小；峰值后下 部鏈條的伸長減小，彈簧的壓縮變形加大，提供的反力相應(yīng)增加，彈簧變化的反力通過傳感 器進入數(shù)據(jù)采集庫中。由此可見，彈性支撐體在整個試驗過程中提供的反力不是一定值，這 給最后處理數(shù)據(jù)時，剔除該反力減小系統(tǒng)誤差帶來了很大的困難。由于脆性材料抗拉強度 低，拉伸破壞荷載小，所以由于彈簧反力產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差影響也顯得很嚴重，尤其在峰后測 試中更加明顯。所以，這種彈性支撐體嚴重影響了試驗數(shù)據(jù)的精度。此外，這種彈簧支撐件 還會帶來以下一些新問題1)試樣在端部破壞。理論上試樣應(yīng)該在中間部位發(fā)生破壞，但 是，從拉伸試驗的整個過程來看，在拉伸過程中，彈簧及鏈條會產(chǎn)生左右晃動而影響試驗數(shù) 據(jù)，尤其在峰值應(yīng)力附近及其峰后試驗中變的更加突出，造成試樣在端部發(fā)生破壞，沒有真 正反映出脆性材料在拉伸全過程中的力學(xué)性質(zhì)；2)適應(yīng)性差。對于直接拉伸試驗的試樣尺 寸，規(guī)范沒有做相應(yīng)的規(guī)定，所以試樣的體積、重量、抗拉強度等會相差很大，因此對支撐體 的支撐力也有不同的要求，如小體積容易拉斷的試樣，就不宜用倔強系數(shù)過大的彈簧，否則 與剛性支撐體無兩樣，反之，大體積不容易拉斷的試樣，也不宜用倔強系數(shù)過小的彈簧，否 則彈簧就失去作用了。因此要根據(jù)不同試驗準備很多彈簧，在連續(xù)對不同試樣做拉伸試驗 時，還要不斷更換彈簧，增加了操作的復(fù)雜性；3)安裝程序復(fù)雜。如附件圖1所示，從試驗 過程來看，在一次試驗結(jié)束后進行下一次試驗時，要取掉上下插銷，更換試件，然后安裝上 下插銷。從圖中可以看出，下接頭、下插銷及鏈條都被彈簧所包裹，而彈簧內(nèi)部空間狹窄，兩 環(huán)之間的距離也很小，給下部構(gòu)件的安裝帶來很多不便；4)彈簧在長期的使用中，會發(fā)生 變形及老化，影響其性能的正常發(fā)揮?；谝陨显颍斜匾獙で笠环N克服彈簧這些缺陷的 拉伸試驗裝置的支撐體，將這種不利影響剔除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中拉伸試驗裝置彈性支撐體的缺陷，提供一種 直接拉伸試驗裝置的液壓支撐體。其包括固定試樣5的上端帽3及下端帽6，分別連接上 下兩個端帽的上鏈條2及下鏈條9，與上下鏈條另一端分別相連的上接頭1及下接頭10，下 接頭固定在試驗機底座11上；上端帽3及下端帽6、上鏈條2及下鏈條9、上接頭1及下接 頭10具有共同的豎直軸線呈層疊狀排列。其中在下端帽及試驗機底座之間設(shè)有試樣支撐 裝置，所述的試樣支撐裝置由一液壓缸組件組成，該液壓缸組件包括一個可維持液壓缸浮 力的支撐筒18、一個可測量液壓缸浮力的測量筒16、該支撐筒18與測量筒16內(nèi)有要產(chǎn)生 浮力的液體17，支撐筒18與測量筒16底部之間有空心導(dǎo)管連通，支撐筒18內(nèi)有支撐板12、 測量筒16內(nèi)有可測量液壓浮力的測重板13，測重板13上部有繩懸的用于測量液壓浮力的 重物15 ；在拉伸試驗進行時，下端帽6及其上方的試樣5等通過支撐板12受到來自支撐筒 18內(nèi)的液體浮力保持平衡，其中支撐板12緊貼支撐筒18筒壁，密封支撐筒18內(nèi)液體17將 浮力加載到上方的支撐板12上。試驗過程中試樣發(fā)生變形，在峰值前，上下鏈條也隨之發(fā) 生一定的伸長，支撐板12及支撐墊14也隨之向上移動，支撐筒18液面上升，測量筒16液面 下降；峰值后下鏈條的伸長變形產(chǎn)生一定的收縮，支撐板12及支撐墊14也隨之向下移動， 支撐筒18液面下降，測量筒16液面上升。在整個試驗過程中，記錄軸向拉力的同時，可以 用傳感器來記錄支撐筒18及測量筒16的液面高度的變化數(shù)據(jù)，在最后處理試驗數(shù)據(jù)時，通 過液面高度差、支撐板12及測重板13接觸液體表面積、重物15重量，就可計算出液壓提供 浮力的數(shù)值，并將其從拉伸數(shù)據(jù)中除去，減小系統(tǒng)誤差。上述的技術(shù)方案中，所述的上下鏈條與上下端帽之間分別設(shè)有防鏈條脫落的上插 銷4及下插銷7，這樣也能方便上下鏈條的拆裝。上述的技術(shù)方案中，所述的支撐板12與下端帽6之間有支撐墊14，可采用不變形 的剛性材料，使下端帽6與支撐墊14充分接觸。上述的技術(shù)方案中，所述的下鏈條9外部有一個外表面光滑的圓筒套，支撐板12 上有孔，支撐板可恰好在該圓筒套外壁上做上下滑動，并防止液體17漏出。上述的技術(shù)方案中，所述的測量筒16用透明材料制成，且筒壁上有軸向刻度線， 可測量該筒內(nèi)液面高度的變化，該刻度線方向沿測量筒16壁的平行方向，即在試驗裝置中 呈豎直狀，與液面垂直。上述的技術(shù)方案中，所述的刻度線也可以是一個活動刻度器，在拉伸試驗開始時 可進行零刻度值的校正，通過調(diào)節(jié)刻度器位置使零刻度標記與測量筒16內(nèi)液面高度相同。 這樣就可以直接讀出液面高度的變化值，不必記錄液面初始值并計算，可有效地消除讀數(shù) 中的人為誤差。上述的技術(shù)方案中，所述的活動刻度器帶有零刻度自校正裝置，該活動刻度器有 一個浮盤19浸沒于測重板13下方的液體17中，連接浮盤19的把柄20穿過測重板13可 上下滑動，把柄20上有刻度線，把柄20與浮盤19的接觸處為零刻度標記點，測量筒16內(nèi) 還有一活動刻度尺鎖定夾21，可鎖住把柄20防止其滑動；拉伸試驗開始時，記下支撐筒18 及測量筒16中的液面高度，松開鎖定夾21，浮盤19緊貼測重板13底部，零刻度標記點正 好位于測量筒16的液面上，此時將鎖定夾21扣緊，活動刻度器被固定不再滑動。在試驗過程中，測量筒16內(nèi)液面隨著試樣及鏈條的變形而發(fā)生變化，刻度器可以記錄液面的變化情 況。上述的技術(shù)方案中，所述的活動刻度器的活動刻度尺把柄20上有活動游標，在試 驗過程中可自由移動，這樣可精確讀取測量筒16中液面的高度值，拉伸試驗開始時游標位 于把柄20的零刻度處，可隨測重板(1 沿把柄00)上下移動。上述的技術(shù)方案中，所述的重物15為一彈簧，該彈簧上端固定，下端與測重板 (13)接觸并壓縮。測重板13移動時引起彈簧長度變化，根據(jù)彈簧長度變化的尺寸，就可以 計算出測重板13的受力變化，即相當于放置了不同重量的重物15，使用彈簧比較靈活，適 應(yīng)面廣。上述的技術(shù)方案中，液壓缸內(nèi)有緩沖裝置，包括下鏈條9底部的緩沖墊及測量筒 16上部的溢液管。當意外事件發(fā)生時，如試樣5斷裂時沖力過大超出本試驗裝置承受的設(shè) 計范圍時，緩沖墊可有效防治下端帽6推動測重板13猛烈沖擊下接頭10，還會造成測量筒 16液面超過筒壁高度。溢液管可使當測量筒16內(nèi)液面高度超過測量范圍時，液體17可通 過溢液管流到液壓缸外，防止測重板13被沖出測量筒16。本發(fā)明取得了以下技術(shù)效果
1、在拉伸試驗中，支撐體用液壓件代替彈簧，可以克服彈簧的許多缺陷，如彈簧使用時 間長后易變形，要根據(jù)不同試樣件更換相應(yīng)倔強系數(shù)的彈簧，彈簧在突然加壓后容易震動 等，這些都不利于數(shù)據(jù)的精確測量，還會引發(fā)其它問題。采用液壓支撐體，就可以解決這些 問題；
2、在測量筒上有自動校正零刻度位置及自動記錄液面上升位置的活動游標，可以實現(xiàn) 拉伸試驗的自動化、智能化程度，減輕試驗中的人工勞動強度，并有效的提高測定數(shù)據(jù)的精 確度；
3、將試驗中測定浮力的重物用彈簧代替，就不必為不同的試樣準備大量的重物來更 換，大大拓展了試驗數(shù)據(jù)的測定范圍，可適合對各類不同抗拉強度的試樣進行測試；
4、液壓缸內(nèi)有緩沖保護裝置，可使試驗發(fā)生意外或測試超出范圍時對試驗裝置提供有 效的保護。說明書附圖
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的直接拉伸試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的直接拉伸試驗中有液壓支撐體的拉伸裝置結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明中的支撐板構(gòu)件立體圖(已放大)；
圖4為圖3的俯視圖5為本發(fā)明中的支撐墊立體圖(已放大)；
圖6為圖5的俯視圖7為本發(fā)明中的液壓缸俯視圖(已放大)；
圖8為本發(fā)明中的測量筒活動刻度器結(jié)構(gòu)示意圖(已放大)。圖中標記1_上接頭、2_上鏈條、3_上端帽、4_上插銷、5_試樣、6_下端帽、7_下 插銷、8_支撐彈簧、9_下鏈條、10_下接頭、11_試驗機底座、12_支撐板、13_測重板、14_支 撐墊、15_重物、16_測量筒、17_液體、18_支撐筒、19_活動刻度尺浮盤、20_活動刻度尺刻 度柄、21_活動刻度尺鎖定夾。
具體實施例方式為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細描述。圖2是本發(fā)明中的試驗裝置，分為拉伸裝置及支撐體兩大部分。上述的拉伸裝置由一組有共同中心軸線的圓柱狀構(gòu)件層疊而成，包括固定試樣 5的上端帽3及下端帽6，分別連接上下兩個端帽的上鏈條2及下鏈條9，與上下鏈條另一端 分別相連的上接頭1及下接頭10，下接頭固定在試驗機底座11上；上下鏈條與上下端帽之 間分別設(shè)有防鏈條脫落的上插銷4及下插銷7。前述的支撐體由一裝有液體17的液壓缸組成，液壓缸分兩部分(見圖7)，支撐筒 18及測量筒16，這兩個筒底部之間有空心導(dǎo)管連通，即支撐筒、液壓測量筒及其底部之間 的空心導(dǎo)管構(gòu)成U形連通管，使液體17可以在兩個筒間自由流動。其中的支撐筒18內(nèi)有 依靠液壓浮力的支撐板12、測量筒16內(nèi)有可測量液壓浮力的測重板13，這里的支撐板12 及測重板13的密度均小于液體17密度，因此浮于液體17表面，其四周光滑且緊貼各自光 滑的筒壁，起到密封液體17的作用，并隨著各自筒內(nèi)液體的漲落可作上下滑動。對支撐體還可以進行如下改進
1)上述的支撐板12與下端帽6之間有輕質(zhì)支撐墊14，可采用不變形的剛性材料，使下 端帽6與支撐墊14充分接觸。2)上述的下鏈條9外部有一個外表面光滑的圓筒套，支撐板12上有孔，圓筒套恰 好穿過這個孔，使支撐板12在該圓筒套外壁上做上下滑動，孔的內(nèi)壁也是光滑的，并緊貼 圓筒套表面，在滑動時可防止液體17漏出。實施例
在拉伸試驗中，用上端帽3及下端帽6固定試樣5并拉緊，調(diào)節(jié)液壓缸內(nèi)液面高度(可 從測量筒16注入或抽出液體來實現(xiàn))，使支撐墊14與下端帽6接觸，并采用比支撐墊14材 料密度大的測重板13，或在測重板13上疊加其它重物，使液壓缸內(nèi)浮力平衡，支撐筒18及 測量筒16中液面高度相同，否則兩個筒初始液面高度不同，影響后續(xù)試驗。在測重板13上 方用軟繩懸掛重物15，使重物15與測重板13接觸，但測重板13不承受重物15的重量。安裝完裝置，在試驗開始前，記錄如下數(shù)據(jù)
1)支撐板12接觸液體17的有效面積；
2)測重板13接觸液體17的有效面積；
3)液體17的密度；
4)測量筒16中液面高度值，即測重板13底部的高度；
5)重物15重量；
6)下端帽6重量。試驗開始后，試樣發(fā)生變形，在峰值前上下鏈條也隨之發(fā)生一定的伸長，支撐板12 及支撐墊14也隨之向上移動，支撐筒18液面上升，測量筒16液面下降；峰值后下鏈條的伸 長變形產(chǎn)生一定的收縮，支撐板12及支撐墊14也隨之向下移動，支撐筒18液面下降，測量 筒16液面上升。在整個試驗過程中，記錄軸向拉力的同時，用傳感器來記錄支撐筒18及測 量筒16的液面高度的變化數(shù)據(jù)。在試驗結(jié)束后處理數(shù)據(jù)時，通過液面高度差、支撐板12及測重板13接觸液體表面積、重物15的重量，就可計算出液壓提供浮力的數(shù)值，并將其從拉 伸數(shù)據(jù)中除去，減小系統(tǒng)誤差。為了進一步提高上述拉伸試驗中數(shù)據(jù)采集的智能化及自動化程度，減輕試驗中的 人工勞動強度，可對測量筒16進行如下改進
改進方案1
測量筒16上有軸向刻度線，測量筒16可采用透明材料，刻度線刻在筒壁上，類似普通 的液體量筒，可直接可觀測該筒內(nèi)液面高度的變化。改進方案2
上述的刻度線可設(shè)計成一活動刻度器，如套在測量筒壁的一把活動直尺，在拉伸試驗 開始時可進行零刻度值的校正，通過上下滑動調(diào)節(jié)刻度器位置，使零刻度標記與測量筒16 內(nèi)液面高度相同，這樣可適用于任意高度液面時的測量，液面到達的刻度器上的刻度就是 實際的液面變化高度，不必計算，直接讀取數(shù)據(jù)。改進方案3
上述的活動刻度器可設(shè)計為帶有零刻度自校正裝置(見圖8)，該活動刻度器有一個浮 盤19浸沒于測重板13下方的液體17中，測重板13上有孔，連接浮盤19的把柄20恰好穿 過測重板13上的孔可上下滑動，圓筒套恰好穿過這個孔，使支撐板12在該圓筒套外壁上做 上下滑動，孔的內(nèi)壁及把柄20的外表面均是光滑的，并相互緊貼，在滑動時可防止液體17 漏出。把柄20上有刻度線，把柄20與浮盤19的接觸處為零刻度標記點，測量筒16內(nèi)還 有一活動刻度尺鎖定夾21，可鎖住把柄20防止其滑動；拉伸試驗開始時，支撐筒18及測量 筒16中液面高度相同，鎖定夾21松開，浮盤19緊貼測重板13底部，零刻度標記點正好位于 測量筒16的液面上，此時將鎖定夾21扣緊，活動刻度器被固定不再滑動。在試驗拉伸中， 在峰值荷載前，測量筒16內(nèi)液面下降，通過把柄20上的刻度線，就可以確定液面下降到的 刻度值，即測重板13下降到某一點時其底部對應(yīng)的把柄20上的刻度；在峰值荷載后，由于 下鏈條伸長變形的減小，測量筒16內(nèi)液面上升，通過把柄20上的刻度線，就可以確定液面 上升到的刻度值，即測重板13上升到某一點時其底部對應(yīng)的把柄20上的刻度。這樣可以 通過活動刻度器的變化顯示了液面的變化情況。此改進方案中，重物15也是帶孔的，可套在把柄20上，孔的內(nèi)徑須大于把柄20的 橫截面直徑，以保證在滑動時重物15與把柄20間不能有摩擦。改進方案4
上述的有活動刻度線的把柄20上有活動游標，試驗過程中可以自由移動。拉伸試驗開 始時游標位于把柄20的零刻度處；試驗開始后，活動游標與測重板13相固定，則測重板13 可拉動游標沿把柄20移動，顯示出液面變化的高度。改進方案5:
上述的技術(shù)方案中，重物15可設(shè)計為一彈簧，該彈簧上端固定，下端與測重板(13)接 觸并壓縮。測重板13移動時引起彈簧長度變化，根據(jù)彈簧長度變化的尺寸，就可以計算出 測重板13的受力變化，即相當于放置了不同重量的重物15，使用彈簧比較靈活，適應(yīng)面廣。改進方案6
在拉伸試驗中，有時因操作不當或者因為試件本身的原因，可能導(dǎo)致其突然斷裂。若斷裂時的沖力過大超出本試驗裝置承受的設(shè)計范圍時，下端帽6會推動支撐板12猛烈沖擊下 接頭10，造成有關(guān)部件的損壞；另外還可能會造成測量筒16液面超過筒壁高度，將測重板 13沖出測量筒16，并使液體17濺出液壓缸外，因此要有必要的緩沖措施。為解決上述問題，液壓缸內(nèi)設(shè)計有2個緩沖裝置，包括
1)下鏈條9底部的緩沖墊，緩沖墊可減輕對下接頭10的沖擊，防止相關(guān)受力部件損
壞；
2)測量筒16上部的溢液管，當測量筒16內(nèi)液面高度超過測量范圍時，液體17可通過 溢液管流到液壓缸外，防止測重板13被沖出測量筒16。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明的 保護范圍。
8
權(quán)利要求
1.一種直接拉伸試驗裝置的液壓支撐體，其包括固定試樣(5)的上端帽C3)及下端 帽(6)，分別連接上下兩個端帽的上鏈條( 及下鏈條(9)，與上下鏈條另一端分別相連的 上接頭(1)及下接頭(10)，下接頭固定在試驗機底座(11)上；上端帽C3)及下端帽(6)、上 鏈條( 及下鏈條(9)、上接頭(1)及下接頭(10)具有共同的豎直軸線呈層疊狀排列，其 特征在于下端帽及試驗機底座之間設(shè)有試樣支撐裝置，所述的試樣支撐裝置由一液壓缸 組件組成，該液壓缸組件包括一個支撐筒(18)、一個測量液壓缸浮力的測量筒(16)、該支 撐筒(18)與測量筒(16)內(nèi)有液體(17)，支撐筒(18)與測量筒(16)底部之間有空心導(dǎo)管 連通、支撐筒(18)內(nèi)有支撐板(12)、測量筒(16)內(nèi)有可測量液壓浮力的測重板(13)、測重 板(13)上部有繩懸的用于測量液壓浮力的重物(15)；在拉伸試驗進行時，下端帽(6)及其 上方的試樣( 通過支撐板(1 受到來自支撐筒(18)內(nèi)的液體浮力保持平衡，其中支撐 板(1 緊貼支撐筒(18)筒壁，密封支撐筒(18)內(nèi)液體(17)將浮力加載到上方的支撐板 (12)上，測量筒(16)上有軸向刻度線，可測量該筒內(nèi)液面高度的變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接拉伸試驗裝置的液壓支撐體，其特征在于測量筒(16)上 的軸向刻度線為活動刻度器，活動刻度器帶有零刻度自校正裝置，該活動刻度器有一個浮 盤(19)浸沒于測重板(13)下方的液體(17)中，連接浮盤(19)的把柄(20)穿過測重板(13) 可上下滑動，把柄(20)上有刻度線，把柄(20)與浮盤(19)的接觸處為零刻度標記點。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直接拉伸試驗裝置的液壓支撐體，其中的拉伸裝置由一組有共同中心軸線的圓柱狀構(gòu)件層疊而成，包括固定試樣的上端帽及下端帽，分別連接上下兩個端帽的上鏈條及下鏈條，與上下鏈條另一端分別相連的上接頭及下接頭，下接頭固定在試驗機底座上；支撐體由一裝有液體的液壓缸組成，分為支撐筒及測量筒，這兩個筒底部之間有空心導(dǎo)管連通。在試驗過程中，通過測量筒內(nèi)液面變化的高度差，就可計算出液壓提供浮力的數(shù)值，并將其從拉伸數(shù)據(jù)中除去，減小系統(tǒng)誤差。而且本發(fā)明中用液壓代替?zhèn)鹘y(tǒng)的彈簧，擴大了試驗數(shù)據(jù)的測量范圍，操作更加方便，并提高了測量精度，還可以有效地防止拉伸試驗發(fā)生意外時及時保護試驗裝置不受損壞。
文檔編號G01N3/02GK102121884SQ201010593789
公開日2011年7月13日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者諶文武, 趙忠虎 申請人:蘭州大學(xué)