小尺寸構(gòu)件斷裂性能測(cè)試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]斷裂性能是衡量構(gòu)件抵抗斷裂破壞行為的重要力學(xué)性能參量，在工程構(gòu)件的結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定中起著至關(guān)重要的作用。對(duì)于含I型張開裂紋的結(jié)構(gòu)件，獲取其斷裂性能的傳統(tǒng)方法是采用緊湊拉伸或單邊裂紋彎曲等標(biāo)準(zhǔn)斷裂試樣通過拉伸或三點(diǎn)彎曲的加載方式進(jìn)行測(cè)試。由于試樣的構(gòu)形特征，該類標(biāo)準(zhǔn)斷裂試樣的尺寸通常較大，從而要求被測(cè)構(gòu)件的尺寸也相應(yīng)較大，由此才能有效測(cè)定構(gòu)件的斷裂性能。對(duì)于原始尺寸較小的構(gòu)件，目前尚無有效的斷裂性能檢測(cè)技術(shù)。
[0003]Williams JG.The fracture mechanics of surface layer removal.1nternat1nal Journal of Fracture, 2011, 170:37-48.基于機(jī)械加工中切削理論提出了以楔入加載方式測(cè)定低屈服應(yīng)力延性非金屬材料斷裂性能的切割法。如圖1所示，在該技術(shù)方案中，因切割工具可直接接觸到試樣的裂紋尖端而無需進(jìn)行疲勞裂紋預(yù)制，同時(shí)試樣尺寸也不受限制。但是，該技術(shù)方案僅適合于測(cè)定非金屬無裂紋構(gòu)件斷裂時(shí)的能量釋放率，無法應(yīng)用于含裂紋金屬構(gòu)件的斷裂性能測(cè)定。
[0004]在混凝土斷裂性能的檢測(cè)中，一種楔入劈拉(Wedge-SpIitting)法得到了廣泛應(yīng)用。Xiao JZ, Schneider H, Donnercke C，Konig G.Wedge splitting test onfracture behav1r of ultra high strength concrete.Construct1n and BuildingMaterials, 2004, 18:359-365.圖2為典型的楔入劈拉法試驗(yàn)系統(tǒng)。該技術(shù)方案采用楔形加載板和帶滾軸的傳力板將施加的豎向載荷轉(zhuǎn)換為對(duì)試樣的水平拉力，一方面可以忽略試樣自重對(duì)斷裂性能測(cè)量結(jié)果的影響，另一方面僅需較小的豎向力便可產(chǎn)生較大的水平拉力，從而降低對(duì)試驗(yàn)機(jī)剛度的要求。然而，該技術(shù)方案因帶滾軸傳力板的設(shè)計(jì)不能用于小尺寸金屬構(gòu)件的斷裂性能檢測(cè)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)小尺寸金屬構(gòu)件斷裂性能測(cè)試的裝置。
[0006]本實(shí)用新型目的是通過如下的手段實(shí)現(xiàn)的。
[0007]—種小尺寸構(gòu)件斷裂性能測(cè)試裝置，用于小尺寸金屬構(gòu)件的斷裂性能檢測(cè)，其特征在于，由加載頭100、傳力銷200、載荷轉(zhuǎn)換組件300、滑車400、抗彎拉板500和支承底座600六部分通過榫卯結(jié)構(gòu)和螺栓連接成剛性整體，從而構(gòu)成用于將加載頭100施加的豎向載荷轉(zhuǎn)換為橫向載荷并傳遞給C形試樣100的加載傳力機(jī)構(gòu)，并在載荷轉(zhuǎn)換組件300上設(shè)置通過加載頭100的抗彎拉板500以限制傳力銷200因受彎而產(chǎn)生橫向變形；
[0008]所述加載頭100兩側(cè)的楔形體101對(duì)稱布置，楔形體101上斜面的傾角相同?’傳力銷200為臺(tái)柱式結(jié)構(gòu)，上部為半圓柱與3/4圓柱式加載輥203的組合體；頂部榫頭201同抗拉拉板500連接，底部設(shè)梯形榫頭202和對(duì)稱布置的兩個(gè)通孔與滑車400剛性連接；加載輥203同C形環(huán)試樣的加載孔配合；
[0009]所述載荷轉(zhuǎn)換組件300為臺(tái)柱式結(jié)構(gòu)，頂部榫頭301同抗拉拉板500連接，底部設(shè)梯形榫頭302和對(duì)稱布置的兩個(gè)通孔與滑車400剛性連接，其上部沿與豎向成一定傾角的方向布置兩個(gè)相同規(guī)格的軸承303，軸承303中心連線的傾角與加載頭100中楔形體101的傾角保持一致；
[0010]所述滑車400左右兩側(cè)為分別與傳力銷200梯形榫頭201和載荷轉(zhuǎn)換組件300梯形榫頭301緊密配合的梯形開口和螺紋孔，滑車上對(duì)稱布置4個(gè)相同規(guī)格的滾動(dòng)軸承401，以降低C形試樣700橫向加、卸載時(shí)的摩擦阻力；滑車在靠近載荷轉(zhuǎn)換組件連接的一側(cè)開設(shè)與梯形開口連通的方形孔402，以便加載頭100的楔形體101豎向通過；
[0011 ] 所述抗彎拉板500設(shè)置有與傳力銷200的頂部榫頭201和載荷轉(zhuǎn)換組件300的頂部榫頭301緊密配合的槽孔，同時(shí)設(shè)置有便于加載頭100的楔形體101豎向通過的方形孔；
[0012]所述支承底座600上的方形槽為加載頭100的楔形體101的豎向運(yùn)動(dòng)預(yù)留空間，孔的寬度和深度綜合楔形體101的厚度、滑車400上4個(gè)滾動(dòng)軸承的間距和C形環(huán)試樣張開量等因素設(shè)計(jì)確定。
[0013]采用本實(shí)用新型裝置，可以方便地實(shí)現(xiàn)小尺寸金屬構(gòu)件的斷裂性能測(cè)試，特別地，可實(shí)現(xiàn)C形環(huán)試樣的彈性循環(huán)加載，效果理想。本實(shí)用新型原理清晰，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便。本實(shí)用新型若用于大尺寸金屬構(gòu)件的斷裂性能測(cè)試，可以達(dá)到節(jié)省試驗(yàn)材料降低實(shí)驗(yàn)成本的效果。
【附圖說明】
[0014]圖1為現(xiàn)有技術(shù)切割法示意圖
[0015]圖2為現(xiàn)有技術(shù)楔入劈拉法示意圖
[0016]圖3本實(shí)用新型C形環(huán)試樣結(jié)構(gòu)圖
[0017]圖4本實(shí)用新型加載頭結(jié)構(gòu)圖
[0018]圖5本實(shí)用新型加載頭結(jié)構(gòu)圖
[0019]圖6本實(shí)用新型載荷轉(zhuǎn)換組件結(jié)構(gòu)圖
[0020]圖7本實(shí)用新型滑車結(jié)構(gòu)圖
[0021]圖8本實(shí)用新型抗彎拉板結(jié)構(gòu)圖
[0022]圖9本實(shí)用新型支承底座結(jié)構(gòu)圖
[0023]圖10 C形環(huán)試樣斷裂加載示意圖
[0024]圖11傳力機(jī)構(gòu)裝配圖
[0025]圖12標(biāo)定器結(jié)構(gòu)圖
[0026]圖13橫向載荷標(biāo)定示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的裝置做進(jìn)一步的詳述。
[0028]加載裝置由加載頭100 (圖4)、傳力銷200 (圖5)、載荷轉(zhuǎn)換組件300 (圖6)、滑車400 (圖7)、抗彎拉板500 (圖8)和支承底座600 (圖9)六部分構(gòu)成，圖10給出了 C形環(huán)試樣斷裂測(cè)試加載的示意圖。
[0029]加載頭100兩側(cè)的楔形體101對(duì)稱布置，楔形體101上斜面的傾角相同，傾角的大小直接決定C形試樣橫向張開載荷同豎向楔入載荷之間的轉(zhuǎn)換比例。加載頭100由高強(qiáng)高硬材料制成，其表面應(yīng)作耐磨處理。加載頭100上楔形體101尾部安裝可拆卸的限位桿，以限制加載頭100豎向楔入過程中楔形體101尾部的彈性變形。
[0030]傳力銷200為臺(tái)柱式結(jié)構(gòu)，頂部榫頭201同抗拉拉板500連接，底部設(shè)梯形榫頭202和對(duì)稱布置的兩個(gè)通孔與滑車400剛性連接。傳力銷200上部為半圓柱與3/4圓柱式加載輥203的組合體結(jié)構(gòu)，加載輥203同C形環(huán)試樣的加載孔配合。
[0031]載荷轉(zhuǎn)換組件300為臺(tái)柱式結(jié)構(gòu)，頂部榫頭301同抗拉拉板500連接，底部設(shè)梯形榫頭302和對(duì)稱布置的兩個(gè)通孔與滑車400剛性連接。載荷轉(zhuǎn)換組件300上部沿與豎向成一定傾角的方向布置兩個(gè)相同規(guī)格的軸承303，軸承303中心連線的傾角與加載頭100中楔形體101的傾角保持一致。軸承303必須為精密加工且具有足夠的剛度和硬度的滑動(dòng)軸承，不能采用從市場(chǎng)購買的成品滾動(dòng)軸承。
[0032]滑車400左右兩側(cè)為分別與傳力銷200梯形榫頭201和載荷轉(zhuǎn)換組件300梯形榫頭301緊密配合的梯形開口和螺紋孔?；嚿蠈?duì)稱布置4個(gè)相同規(guī)格的滾動(dòng)軸承401，以降低C形試樣700橫向加、卸載時(shí)的摩擦阻力。在靠近載荷轉(zhuǎn)換組件連接的一側(cè)開設(shè)與梯形開口連通的方形孔402，以便加載頭100的楔形體101豎向通過。
[0033]傳力銷200、載荷轉(zhuǎn)換組件300和滑車400通過設(shè)置的榫卯結(jié)構(gòu)和螺栓連接成一個(gè)剛性整體，從而構(gòu)成用于將加載頭100施加的豎向載荷轉(zhuǎn)換為橫向載荷并傳遞給C形試樣100的傳力機(jī)構(gòu)(圖11)。
[0034]抗彎拉板500設(shè)置有與傳力銷200的頂部榫