專利名稱：恒定載荷下的反復(fù)彎曲試驗設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種恒定載荷下的反復(fù)彎曲試驗設(shè)備及方 法，用于材料在恒定載荷下的雙向彎曲性能測試。
背景技術(shù)：
反復(fù)彎曲試驗是評價材料塑性變形能力的一種重要方法。
傳統(tǒng)的反復(fù)彎曲試驗多是采用將試樣94的一端固定，其余部分穿入搖臂上的突起 中，其中搖臂固定在工作臺上并可繞固定軸旋轉(zhuǎn)，試驗過程中轉(zhuǎn)動搖臂使試樣繞規(guī)定 半徑的支座彎曲，再沿相反方向轉(zhuǎn)動搖臂的重復(fù)彎曲試驗方法，該方法可測定材料反 復(fù)彎曲過程中的塑性變形能力。
上述方法的不足在于其僅能測試材料在自由狀態(tài)下的彎曲性能。工程中材料常常 是在載荷作用下進行的反復(fù)彎曲。而在載荷作用下，材料的反復(fù)彎曲性能會發(fā)生很大 的變化。
為測試材料在載荷情況下的雙向彎曲性能，近來一些方法試圖在試樣兩端進行加 載，例如申請?zhí)枮?00720074944.9的實用新型專利描述了一種帶鋼彎曲試驗裝置，其 通過重力和彈簧力的共同作用，實現(xiàn)載荷下帶鋼的反復(fù)彎曲試驗。
上述方法的不足在于當(dāng)鋼帶在活動輥的作用下發(fā)生彎曲時，由于受到張力作用彈 簧的長度會發(fā)生變化，彎曲加載與拉伸加載在試驗過程中相互干擾，不能實現(xiàn)恒定載 荷下的反復(fù)彎曲性能測試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種恒定載荷下的反復(fù)彎曲試驗設(shè)備，克服了彎曲加載與 拉伸加載在試驗過程中相互干擾的不足，使得反復(fù)彎曲試驗?zāi)軌驕?zhǔn)確給出測試材料在
恒定載荷條件下的性能。實現(xiàn)了拉伸載荷和彎曲載荷可以獨立的進行加載；試樣的 拉伸載荷在試驗前可以設(shè)定和改變；試樣在彎曲過程中拉伸力保持恒定。
本發(fā)明的設(shè)備包括拉伸系統(tǒng)和彎曲系統(tǒng)。其中，拉伸系統(tǒng)的一端裝載于彎曲系統(tǒng)
的彎曲工作臺上，并且采用自由旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接，以實現(xiàn)試驗過程中試樣始終位于第二
夾緊裝置夾持端的延長線上。
本發(fā)明，所述的拉伸系統(tǒng)包括與彈性裝置相聯(lián)的第二夾緊裝置和可自由旋轉(zhuǎn)的拉
伸加載臺，以實現(xiàn)對試樣施加恒定載荷并確保雙向彎曲發(fā)生在有效部位。所述的彎曲
系統(tǒng)包括彎曲模、彎曲工作臺和具有特殊軌跡的滑槽，實現(xiàn)彎曲工作臺沿滑槽等幅往
復(fù)運動，帶動試樣在彎曲模圓弧處發(fā)生反復(fù)彎曲。
滑槽上的點B (Xb， Yb)與兩彎曲模圓心連線的中點O的距離滿足如下函數(shù)關(guān)系， 以實現(xiàn)彎曲工作臺在滑槽的任意位置上，試樣所受張力不變XB =(i —i cos^) + (Z — :^及)'sine
YR =i sin"(￡-，iO-cos0 B 180
其中，R為彎曲模半徑，L為施加載荷后試樣拉伸段的長度，試樣與彎曲模的切點 為A， 0為圓弧OA所對應(yīng)的圓心角。
拉伸系統(tǒng)包括與彈性裝置相聯(lián)的第二夾緊裝置和可以自由旋轉(zhuǎn)的拉伸加載臺，以 實現(xiàn)對試樣施加恒定載荷并確保雙向彎曲發(fā)生在有效部位。彎曲系統(tǒng)，包括彎曲模、 彎曲工作臺和具有特殊軌跡的滑槽，實現(xiàn)彎曲工作臺沿滑槽等幅往復(fù)運動，帶動試樣 在彎曲模圓弧處發(fā)生反復(fù)彎曲。
優(yōu)選地，拉伸系統(tǒng)的一端裝載于彎曲系統(tǒng)的彎曲工作臺上，并且采用自由旋轉(zhuǎn)方 式聯(lián)接，以使得試驗過程中試樣始終位于第二夾緊裝置夾持端的延長線上。
優(yōu)選地，滑槽為特殊函數(shù)關(guān)系的曲線，以使得彎曲工作臺在滑槽的任意位置上， 試樣所受張力不變。
本發(fā)明的另一 目的是提供一種通過上述彎曲設(shè)備來進行模擬材料在恒定載荷下發(fā) 生反復(fù)彎曲的試驗方法，其包括以下步驟
(1) 試樣制備將被測材料加工成適合長度的試樣，試樣制備過程需確保被測試
部分位于可被彎曲模折彎的區(qū)域；
(2) 將試樣插入彎曲模后， 一端用第一夾緊裝置固定；
(3) 第二夾緊裝置將試樣的另一端夾緊；
(4) 調(diào)節(jié)固定裝置，使得試樣承受所需載荷，鎖緊固定裝置；
(5) 推動彎曲工作臺在滑槽內(nèi)左、右等幅擺動，使得試樣與彎曲模的圓弧段緊密 接觸，發(fā)生彎折；
(6) 對試樣進行反復(fù)彎曲，直至滿足測試結(jié)束條件，如試樣斷裂或者達到指定彎 折次數(shù)等。
優(yōu)選地，所述的試樣是均勻的單一材質(zhì)。 優(yōu)選地，所述的試樣是帶有焊縫的材料。 優(yōu)選地，該方法用于材料在恒定載荷下的雙向彎曲性能測試。


圖l為傳統(tǒng)反復(fù)彎曲方法的示意圖。其中，支座9K搖臂上的突起92、搖臂93、 試樣94。
圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的反復(fù)彎曲試驗設(shè)備的示意圖。其中，第一夾緊裝置11、 第二夾緊裝置12、彈性裝置13、固定裝置14、拉伸加載臺15、彎曲模21、彎曲工作 臺22、滑槽23、試樣94。
圖3為滑槽23中心線軌跡計算示意圖。
圖4為圖2的反復(fù)彎曲試驗設(shè)備中的彎曲工作臺22到達左側(cè)位置時整個系統(tǒng)部件 相對位置示意圖。其中，第一夾緊裝置ll、第二夾緊裝置12、彈性裝置13、固定裝置14、拉伸加載臺15、彎曲模21、彎曲工作臺22、滑槽23。
圖5為圖2的反復(fù)彎曲試驗設(shè)備中的彎曲工作臺22到達右側(cè)位置時整個系統(tǒng)部件 相對位置示意圖。第一夾緊裝置11、第二夾緊裝置12、彈性裝置13、固定裝置14、 拉伸加載臺15、彎曲模2K彎曲工作臺22、滑槽23、試樣94。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖2進行進一步描述-
恒定載荷下的反復(fù)彎曲設(shè)備包括拉伸系統(tǒng)1和彎曲系統(tǒng)2兩部分。 拉伸系統(tǒng)包括第一夾緊裝置11、第二夾緊裝置12、彈性裝置13、固定裝置14、 拉伸加載臺15。
第一夾緊裝置ll、第二夾緊裝置12分別固定在試樣94的兩端。第一夾緊裝置ll 固定在基體上，試驗過程中始終保持靜止。第二夾緊裝置12通過彈性裝置13與固定 裝置14相聯(lián)。彈性裝置13在試驗載荷范圍內(nèi)，張力與伸長量的關(guān)系滿足胡克定律。 固定裝置14安裝在拉伸加載臺15上，固定裝置14可在拉伸加載臺15上沿試樣94長 度方向上移動，并可鎖死固定。夾緊裝置ll、 12夾緊后，根據(jù)試驗要求，移動固定裝 置14使試樣94受到所需載荷F的作用，并在試驗過程中鎖定固定裝置14的位置，保 持試驗過程中載荷恒定。拉伸加載臺15固定在彎曲工作臺22上，并且可在彎曲工作 臺22上自由旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的目的是在進行彎曲試驗過程中，彎曲工作臺22在滑槽23 的任何位置上，通過拉伸加載臺15的自由旋轉(zhuǎn)，始終保持試樣94位于第二夾緊裝置 12夾持端的延長線上，確保試樣94在第二夾緊裝置12的夾持端不發(fā)生彎折。
彎曲系統(tǒng)包括彎曲模21、彎曲工作臺22和滑槽23。
彎曲模21的數(shù)量為兩個，分別位于試樣94的兩側(cè)，其上具有半徑為R的1/4圓 弧。彎曲工作臺22可以載著拉伸加載臺15在滑槽23上滑動。滑槽23的軌跡經(jīng)過特 殊設(shè)計，使得彎曲工作臺22在滑槽23的任何位置上，試樣94所受的張力相同。
如前文所述，在恒定載荷情況下，為滿足試樣94在彎曲過程中的任何位置時，所 受張力相同，必須使得試樣94試驗過程中的長度L不變。因此，滑槽23的軌跡需經(jīng) 過特殊設(shè)計。由于滑槽23左右側(cè)對稱，為簡化計算，僅給出滑槽23右側(cè)軌跡的計算 方法。在圖3中，OF為右側(cè)彎曲模的1/4圓弧，C為圓弧的圓心。OAB為彎曲工作臺 22運動至滑槽23右側(cè)B點時，試樣94的狀態(tài)。此時，A點為B與圓弧OF的切點。 在載荷作用下，試樣94的一部分與圓弧OA重合，另一部分AB與A點至圓心的連線 AC相切。定義，圓弧OA對應(yīng)的圓心角ZOCA為e ， 0點為原點。
此時，滑槽23的軌跡計算如下
<formula>formula see original document page 5</formula>
圓弧OA的長度，<formula>formula see original document page 5</formula>歩丄-，R 180
ZABD=ZCAD=ZOCA=
AD = AS'sin0 = DB = Wcos^ =
B點坐標(biāo)
180
180 J
b 180
b 180
因此，滑槽中線上的點B坐標(biāo)需滿足XB、 YB。
圖4和圖5分別示出了彎曲工作臺22達到左側(cè)位置和右側(cè)位置時整個設(shè)備部件所 處的位置。
本發(fā)明所描述的恒定載荷下反復(fù)彎曲試驗方法的步驟為
(1) 試樣制備將被測材料加工成適合長度的試樣94,試樣制備過程需確保被測 試部分位于可被彎曲模21折彎的區(qū)域；
(2) 將試樣94插入彎曲模21后， 一端用第一夾緊裝置11固定；
(3) 第二夾緊裝置12將試樣94的另一端夾緊；
(4) 調(diào)節(jié)固定裝置14，使得試樣94承受所需載荷，鎖緊固定裝置14;
(5) 推動彎曲工作臺22在滑槽23內(nèi)左、右等幅擺動，使得試樣94與彎曲模21 的圓弧段緊密接觸，發(fā)生彎折；
(6) 對試樣94進行反復(fù)彎曲，直至滿足測試結(jié)束條件，如試樣94斷裂或者達到 指定彎折次數(shù)等。
本發(fā)明所述設(shè)備可以實現(xiàn)對均勻試樣及帶有焊縫的試樣在恒定載荷下的反復(fù)彎曲 性能進行檢測，對帶有焊縫的試樣進行測試時，有利地，需要將焊縫置于能與彎折模 21圓弧段相接觸的區(qū)域內(nèi)。
盡管已通過示例描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，以上本 實施例僅出于闡釋本發(fā)明的目的而并非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不偏離 由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神和范圍的情況下做出各種修改、改變和替換。
權(quán)利要求
1、一種恒定載荷下的反復(fù)彎曲試驗設(shè)備，包括拉伸系統(tǒng)和彎曲系統(tǒng)；其特征在于，拉伸系統(tǒng)(1)的一端裝載于彎曲系統(tǒng)(2)的彎曲工作臺(22)上，并且采用自由旋轉(zhuǎn)方式聯(lián)接，以實現(xiàn)試驗過程中試樣(94)始終位于第二夾緊裝置(12)夾持端的延長線上。
2、 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征在于，所述的拉伸系統(tǒng)(1)，包括與彈性 裝置(13)相聯(lián)的第二夾緊裝置(12)和可自由旋轉(zhuǎn)的拉伸加載臺(15)，以實現(xiàn)對 試樣(94)施加恒定載荷并確保雙向彎曲發(fā)生在有效部位。
3、 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述的彎曲系統(tǒng)(2)，包括彎曲模 (21)、彎曲工作臺(22)和具有特殊軌跡的滑槽(23)，實現(xiàn)彎曲工作臺(22)沿滑槽(23)等幅往復(fù)運動，帶動試樣(94)在彎曲模(21)圓弧處發(fā)生反復(fù)彎曲。
4、 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述滑槽(23)上的點B (Xb， Yb) 為滿足如下特殊函數(shù)關(guān)系的曲線，以實現(xiàn)彎曲工作臺(22)在滑槽的任意位置上， 試樣(94)所受張力不變；XB =(2 —i cos0) + (Z —蓋外sin^ B 180其中，R為彎曲模(21)半徑，L為施加載荷后試樣(94)拉伸段的長度，試樣 (94)與彎曲模的切點為A， 9為圓弧OA所對應(yīng)的圓心角。
5、 一種采用權(quán)利要求l所述設(shè)備進行恒定載荷下反復(fù)彎曲試驗的方法，其特征 在于，包括以下步驟(1) 試樣制備將被測材料加工成適合長度的試樣(94)，試樣制備過程需確 保被測試部分位于被彎曲模(21)折彎的區(qū)域；(2) 將試樣(94)插入彎曲模(21)后， 一端用第一夾緊裝置(11)固定；(3) 第二夾緊裝置(12)將試樣(94)的另一端夾緊；(4) 調(diào)節(jié)固定裝置(14)，使得試樣(94)承受所需載荷，再鎖緊固定裝置(14);(5) 推動彎曲工作臺(22)在滑槽(23)內(nèi)左、右等幅擺動，使得試樣與彎曲 模(21)的圓弧段緊密接觸，發(fā)生彎折；(6) 對試樣(94)進行反復(fù)彎曲，直至滿足測試結(jié)束條件。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的試樣(94)是均勻的單一材質(zhì)。
7、 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的試樣(94)是帶有焊縫的材料。
全文摘要
一種恒定載荷下的反復(fù)彎曲試驗設(shè)備及方法，屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域。該設(shè)備包括拉伸系統(tǒng)和彎曲系統(tǒng)。其中，拉伸系統(tǒng)，具有與彈性裝置相聯(lián)的第二夾緊裝置和可以自由旋轉(zhuǎn)的拉伸加載臺，以實現(xiàn)對試樣施加恒定載荷并確保雙向彎曲發(fā)生在有效部位；彎曲系統(tǒng)，包括彎曲模、彎曲工作臺和具有特殊軌跡的滑槽，實現(xiàn)彎曲工作臺沿滑槽等幅往復(fù)運動，帶動試樣在彎曲模圓弧處發(fā)生反復(fù)彎曲。本發(fā)明還介紹通過該設(shè)備進行恒定載荷下反復(fù)彎曲的試驗方法，該方法可對均勻材料和帶有焊縫材料進行恒定載荷下的反復(fù)彎曲性能測試。
文檔編號G01N3/32GK101639430SQ20091009118
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者劉興全, 張永強, 軍 章 申請人:首鋼總公司