專利名稱：一種桿式?jīng)_擊斷裂破碎性能測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種桿式?jīng)_擊斷裂破碎性能測定裝置，它屬于材料動態(tài)力學性能的測定裝置，該裝置帶有長度為300-3000毫米的沖擊桿，并在機座上裝有可移動的光縫同步機構(gòu)。
迄今為止，用于材料斷裂韌性沖擊試驗的擺錘試驗機(charpy試驗機)如圖5示，將擺錘(1)抬起至一定高度后自由下落，沖擊試件(2)，通過附貼在擺錘(1)錘頭上的傳感器測定荷載，若要對試件施力點的位移進行測定時，則需另增加一套位移傳感裝置。
該試驗機的缺點是(1)由于擺錘屬于短桿沖擊，當測試荷載的應變片附貼在錘頭上時，由于反射應力波的多次疊加，使所測波形(如圖6示)受到很大干擾而失真;(2)必須配備位移測試裝置，才能完成J積分值的測定，(3)此外，擺錘試驗機不具備動態(tài)斷裂試件切口張開位移測試功能。
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)中的上述缺點，設(shè)計一種既能做斷裂試驗，又能做巖石破裂的動態(tài)加載試驗的斷裂破碎性能測定裝置。
本發(fā)明的目的可以通過如下措施來實現(xiàn)1.本發(fā)明改傳統(tǒng)的短桿沖擊為長桿沖擊，沖擊桿的一端為扁平形，另一端為圓形，前者用于做三點彎曲動態(tài)加載的斷裂力學試驗，后者用于做巖石破裂過程的動態(tài)加載試驗。沖擊桿截面為圓形，直徑為15-50毫米，長度為300-3000毫米，自由落程在1.3米以內(nèi)，沖擊末速度0-5米/秒可調(diào)，故可控制沖擊試件的荷載幅值使之足夠大，沖擊能量大于103J。
本發(fā)明采用長桿沖擊，使荷載測定消除了反射應力波干擾而測得真實波形(如圖7示)，并在進行J積分測定時，可免去施力點位移值的測量，直接由下述公式計算出位移值U(t)＝V0t- 1/(m) ∫toP(t)dt式中U(t)為隨時間變化的位移，V0為沖擊桿沖擊試件時的末速度，V0可由桿落高直接得出，P(t)為隨時間變化的荷載，m為桿的波阻值。
2.本發(fā)明所述裝置，附加一套光縫同步機構(gòu)，用于含有予裂紋的斷裂試件切口張開位移的測定，光縫同步機構(gòu)包括側(cè)板開有狹縫的“凹”形槽和“凹”形槽連為一體的圓柱以及套在圓柱上的支撐彈簧。光縫同步機構(gòu)的圓柱插在機座的圓孔內(nèi)，將試件放在光縫同步機構(gòu)的“凹”形槽內(nèi)，當試件受到?jīng)_擊桿施加的沖擊力產(chǎn)生彎曲撓度時，光縫同步機構(gòu)在試件的壓迫下克服彈簧的微小支撐力，與試件同步同向運動，隨著荷載的增加，切口張開位移增加，由光縫同過切口的光通量增加，引起光電池照光面積增加，由于光電池所產(chǎn)生的光電流與光照面積成正比，從而將光信號的切口張開位移轉(zhuǎn)為電信號的切口張開位移，其隨時間變化的曲線可由瞬態(tài)波形記錄設(shè)備記錄下來。


圖1為桿式?jīng)_擊斷裂破碎性能測定裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為光縫同步機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為光縫同步機構(gòu)工作原理示意圖。
圖4為切口張開位移變化示意圖。
圖5為擺錘試驗機結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為擺錘試驗機測定的荷載曲線。
圖7為長桿沖擊斷裂破碎性能測定裝置測定的荷載曲線。
圖1至圖4中1-沖擊桿2-軸承3-滑輪組4-螺母5-軸6-軸承座7-上支撐板8-滑桿9-滑輪組10-夾套11-軸12-光縫同步機構(gòu)12A-“凹”形槽12B-圓柱13-試樣支撐軸14-滑塊15-彈簧16-底座17-圓孔18-光源19-試件20-光電池結(jié)合附圖敘述本發(fā)明的內(nèi)容如圖1示，沖擊桿(1)截面為圓形，直徑為15-50毫米，長度為300-3000毫米，它一頭為扁平形，另一頭為圓形，沖擊桿由滑輪組(3)和滑輪(9)限位沿兩平行滑桿(8)上下運動，平行滑桿(8)截面為圓形，在其下端開有圓孔(17)用于安裝光電位移傳感器附件?；瑮U(8)由螺母(4)固定在上支撐板(7)與底座(16)之間，滑輪組(3)和(9)分別安裝在軸(5)和軸(11)上，并分別繞軸(5)和(11)旋轉(zhuǎn)。軸(5)由軸承座(6)固定在上支撐板(7)上，軸(11)由夾套(10)固定在沖擊桿(1)的下端。如圖2示，光縫同步機構(gòu)包括由兩塊側(cè)板和一塊底板構(gòu)成的“凹”形槽(12A)以及和“凹”形槽底板相連的圓柱(12B)，圓柱(12B)插在底座(16)的圓孔中，并可在圓孔中上下移動，彈簧(15)套在圓柱(12B)上，起支撐“凹”形槽(12A)的作用，“凹”形槽(12A)兩側(cè)板中間開有長5-20毫米，寬0.3-0.7毫米的狹縫。試件支撐軸(13)平放在滑塊(14)上，滑塊(14)可在底座(16)上左右滑動。
本發(fā)明所述裝置，可以進行斷裂試件荷載測定，J積分測定，圓柱試件的荷載-位移曲線測定以及斷裂試件的切口張開位移測定。
結(jié)合附圖敘述利用本發(fā)明所述裝置進行上述材料力學性能測定的實施例1.荷載測定如圖1和圖2示，將光縫同步機構(gòu)(12)移去，將試件(19)放在試件支撐軸(13)上，移動滑塊(14)，使試件支撐軸(13)和滑塊(14)在試件(19)兩端的合適位置，沖擊桿(1)由一定高度自由下落沖擊試件(19)直至其斷裂，通過附貼在沖擊桿端的應變片組成的荷載傳感器，將施加在試件上的荷載變成電信號，經(jīng)放大后由波形記錄設(shè)備記錄保存，所測波形如圖7示。
2.J積分的測定J積分值是指對試件加載，其荷載一撓度(P-Δ)曲線下的積分值和試件的幾何參數(shù)值的乘積。在前述測定荷載的基礎(chǔ)上，由下式直接得出試件產(chǎn)生的位移U(t)＝V0t- 1/(m) ∫toP(t)dt式中各項意義前面已敘述。得出試件位移值后，再算出荷載位移曲線的積分值并乘以試件的幾何參數(shù)，即為J積分。
3.圓柱試件的荷載-位移曲線及沖擊能量的測定將實施例1中的試件(19)換為圓柱形試件，用沖擊桿(1)的圓形端頭沖擊試件，其余過程和實施例1、2相同，便可容易地測得試件的荷載-位移曲線，并通過積分算出破碎能。
4.斷裂試件的切口張開位移值的測定在機座(16)上裝好光縫同步機構(gòu)(12)，如圖2或圖3示，將含有予裂紋的長方形試件(19)放在光縫同步機構(gòu)(12)的“凹”形槽內(nèi)，移動滑塊(14)，使試件支撐軸(13)在試件(19)兩端的合適位置，用沖擊桿(1)的扁平端沖擊試件(19)，由于施力點產(chǎn)生位移△(如圖4示)，使切口張開，產(chǎn)生張開位移，此時，當試件(19)受沖擊產(chǎn)生彎曲撓度時，光縫同步機構(gòu)(12)在試件(19)的壓迫下，克服彈簧(15)的微小支撐力(彈簧(15)對試件(19)的阻力可忽略不計)，與試件(19)同步運動，隨著荷載的增加，切口張開位移增加，光源(18)的光信號經(jīng)光縫同步機構(gòu)(12)上的光縫及試件(19)的裂紋使張開位移的增量變成光信號照在光電池(20)上，由于光電池(20)所產(chǎn)生的光電流與光照面積成正比，因此，光電池(20)又將光信號送入波形記錄設(shè)備保存，作為計算斷裂韌性COD裂紋張開位移的重要依據(jù)。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是1.由于采用長桿沖擊，消除了短桿沖擊時產(chǎn)生的反射波疊加，所測波形無任何振蕩波影響，荷載波形理想、完整。
2.測定方法簡單，操作簡便，只需要測定荷載，就能同時測得施力點的位移曲線，為J積分測試提供了簡單可行的測試手段。
3.解決了現(xiàn)有擺錘試驗機上不能進行三點彎曲斷裂試件切口張開位移測試的困難。
4.做到了一機多用，既可以做斷裂試驗，又可以做巖石破裂的動態(tài)加載試驗。
權(quán)利要求
1.一種桿式?jīng)_擊斷裂破碎性能測定裝置，由機座(16)，上支撐板(7)，立在機座(16)和上支撐板(7)之間的兩條平行立柱(8)組成，其特征在于a.截面為圓形的沖擊桿(1)在兩立柱(8)之間，由滑輪組(3)和(9)限位作上下運動；b.滑輪組(3)裝在軸承(2)上，以軸承座(6)固定在上支撐板(7)的上方；c.滑輪組(9)裝在軸(11)上，通過夾套(10)固定在沖擊桿(1)的下部；d.光縫同步機構(gòu)(12)的“凹”形槽(12A)兩側(cè)側(cè)板上開有狹縫；e.光縫同步機構(gòu)(12)下部的圓柱(12B)插在底座(16)的圓孔內(nèi)；f.支撐彈簧(15)套在圓柱(12B)上，一端和“凹”形槽(12A)的底板接觸，另一端和機座(16)的上表面接觸，光縫同步機構(gòu)(12)由彈簧(15)支撐，與試件(19)的撓度同步同向在底座(16)的圓孔內(nèi)上下運動；g.試件支撐軸(13)平放在滑塊(14)上，滑動(14)和底座(16)接觸，并在底座(16)上滑動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述的沖擊桿(1)直徑為15-50毫米，長度為300-3000毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，其特征在于所述的沖擊桿(1)一端為扁平形，另一端為圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述的光縫同步機構(gòu)(12)的凹形槽(12A)之側(cè)板中間開有寬0.3-0.7毫米，長5-20毫米的狹縫。
全文摘要
一種桿式?jīng)_擊斷裂破碎性能測定裝置，采用長桿沖擊，消除了短桿沖擊試驗機在荷載測定時反射應力波疊加對測試的影響，能夠測出真實的荷載波形，并可根據(jù)長桿條件下存在的施力點位移與荷載的關(guān)系來測定J積分。該裝置還附帶有光縫同步機構(gòu)，可對斷裂試件的切口張開位移進行測定，該裝置既能做斷裂試驗，又能做巖石破裂的動態(tài)加載試驗，其結(jié)構(gòu)簡單，測試精確度高，操作簡便，是一種多功能的材料動態(tài)力學性能的測定裝置。
文檔編號G01N3/30GK1032396SQ88105010
公開日1989年4月12日 申請日期1988年1月23日 優(yōu)先權(quán)日1988年1月23日
發(fā)明者唐春安, 徐小荷, 黃士芳, 宋守志, 王連孝 申請人:東北工學院