一種金屬材料斷裂性能楔入測試裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種金屬材料斷裂性能楔入測試裝置，傳力開口銷（200）作用于楔形加載頭（100），施加豎向載荷轉換為水平載荷并傳遞給C形環試樣（400）。加載裝置由楔形加載頭（100）、傳力開口銷（200）和支承底座（300）三部分構成。本實用新型通過改變加載方式實現小尺寸金屬構件的斷裂性能測試，效果理想，結構簡單，制作方便，用于大尺寸金屬構件的斷裂性能測試，可以達到節省試驗材料降低實驗成本的效果。
【專利說明】一種金屬材料斷裂性能楔入測試裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于材料試驗裝置，尤其是金屬材料斷裂性能楔入測試方法及裝置制造領域。
【背景技術】
[0002]斷裂性能是衡量構件抵抗斷裂破壞行為的重要力學性能參量，在工程構件的結構完整性評定中起著至關重要的作用。對于含I型張開裂紋的結構件，獲取其斷裂性能的傳統方法是采用緊湊拉伸或單邊裂紋彎曲等標準斷裂試樣通過拉伸或三點彎曲的加載方式進行測試。由于試樣的構形特征，該類標準斷裂試樣的尺寸通常較大，從而要求被測構件的尺寸也相應較大，由此才能有效測定構件的斷裂性能。對于原始尺寸較小的構件，目前尚無有效的斷裂性能檢測技術。
[0003]對于小尺寸金屬構件斷裂性能的測定，可能的途徑是改變加載方式并配合特殊的試樣構形設計。
[0004]現有技術方案(一)
[0005]Williams JG.The fracture mechanics of surface layer removal.1nternational Journal of Fracture, 2011, 170:37-48.基于機械加工中切削理論提出了以楔入加載方式測定低屈服應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行疲勞裂紋預制，同時試樣尺寸也不受限制。但是，該技術方案僅適合于測定非金屬無裂紋構件斷裂時的能量釋放率，無法應用于含裂紋金屬構件的斷裂性能測定。
[0006]現有技術方案(二)
[0007]在混凝土斷裂性能的檢測中，一種楔入劈拉(Wedge-Splitting)法得到了廣泛 應 用° Xiao JZ, Schneider H, Donnercke C，Konig G.Wedge splitting test onfracture behavior of ultra high strength concrete.Construction and BuildingMaterials, 2004，18:359-365.圖2為典型的楔入劈拉法試驗系統。該技術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換為對試樣的水平拉力，一方面可以忽略試樣自重對斷裂性能測量結果的影響，另一方面僅需較小的豎向力便可產生較大的水平拉力，從而降低對試驗機剛度的要求。然而，該技術方案因帶滾軸傳力板的設計不能用于小尺寸金屬構件的斷裂性能檢測。
實用新型內容
[0008]鑒于現有技術的以上不足，本實用新型的目的是，獲得一種通過楔入加載方式實現小尺寸金屬構件斷裂性能測試的方法和裝置，并使之具有方法操作簡單、成本低、容易實現的優點。
[0009]本實用新型的目的是通過以下的手段實現的:
[0010]一種金屬材料斷裂性能楔入測試裝置，由被測試樣及加載裝置組成，試樣400為采用C形環結構，具有對稱的加載孔401，初始裂紋缺口 402和用于測量試樣張開位移的刀Π 403 ；
[0011]加載裝置由楔形加載頭100、傳力開口銷200和支承底座300三部分構成，其中:傳力開口銷200為整體臺柱式結構，內設楔形槽202，，楔形槽的尺寸與楔形加載頭100相配合；開口銷外設3/4圓柱式加載輥201，加載輥同C形環試樣的加載孔401配合；開口銷中部設置有試樣臺204，試樣臺上設有用于放置滾珠的環形滾珠槽203，試驗時，試樣400通過滾珠支撐在環形滾珠槽203上，以將C形環試樣底面與開口銷底座頂面的滑動摩擦轉換為滾動摩擦；開口銷底部設置有滑動底座206;滑動底座206的頂面和底面均設置有滾珠槽205，安裝上滾珠后置于支承底座的導槽302內；傳力開口銷可沿導槽302自由滑動。以將C形環試樣底面與開口銷底座頂面的滑動摩擦轉換為滾動摩擦，配合粘性潤滑劑的使用，從而將摩擦力對C形環試樣水平張開運動的影響降到最低，將楔形加載頭施加豎向載荷轉換為水平載荷并傳遞給C形環試樣。
[0012]所述刀口 403的間距根據位移計的標距設計。
[0013]本實用新型的有益效果是，通過改變加載方式實現小尺寸金屬構件的斷裂性能測試，效果理想。本實用新型原理清晰，結構簡單，制作方便。本實用新型用于大尺寸金屬構件的斷裂性能測試，可以達到節省試驗材料降低實驗成本的效果。
[0014]【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是現有技術方案I切割法的示意圖。
[0016]圖2是現有技術方案2楔入劈拉機構示意圖。
[0017]圖3是本實用新型C形環試樣的示意圖。
[0018]圖4是本實用新型楔入式加載系統示意圖。
[0019]圖5楔形加載頭三維視圖。
[0020]圖6傳力開口銷的三維圖。
[0021]圖7傳力開口銷剖視圖。
[0022]圖8支承底座三維外觀圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本實用新型的結構作進一步的詳述
[0024]本實用新型所采用的技術方案包括三個部分，即特殊構形設計的試樣、加載裝置和基于楔入式加載的理論體系。
[0025]( I)適于楔入加載的試樣構形
[0026]用于本實用新型技術方案的試樣為C形環試樣(圖3)，具有對稱的加載孔401，初始裂紋缺口 402，刀口 403用于測量試樣的張開位移。
[0027]刀口 403的間距可根據位移計的標距設計。
[0028](2)加載裝置
[0029]加載裝置由楔形加載頭(圖5)、傳力開口銷(圖6和圖7)和支承底座(圖8)三部分構成，圖4給出了 C形環試樣楔入式加載的示意圖。楔形加載頭由高強高硬材料制成，其表面應作耐磨處理。
[0030]傳力開口銷為整體臺柱式結構，內設楔形槽202且楔形槽的尺寸與楔形加載頭相配合；開口銷外設3/4圓柱式加載輥(201)，加載輥201同C形環試樣的加載孔401配合；開口銷分別有一試樣臺204和帶滾珠槽的滑動底座206，試樣臺204上設置一環形滾珠槽203用于安放滾珠，以將C形環試樣底面與開口銷底座頂面的滑動摩擦轉換為滾動摩擦，配合粘性潤滑劑的使用，從而將摩擦力對C形環試樣水平張開運動的影響降到最低；傳力開口銷底座的頂面和底面分別設置兩條滾珠槽，安裝上滾珠后置于支承底座的導槽302內，傳力開口銷可沿導槽自由滑動；傳力開口銷的作用在于將楔形加載頭施加豎向載荷轉換為水平載荷并傳遞給C形環試樣。
[0031]支承底座上的中間深孔為楔形加載頭的豎向運動預留空間301，孔的直徑和深度應綜合C形環試樣內環尺寸、楔形加載頭錐度和C形環試樣張開量等因素合理設計；支承底座還設置了導槽，其作用在于讓傳力開口銷側向自由滑動，同時約束傳力開口銷豎向位移以實現C形環試樣的疲勞加載。
[0032](3)基于楔入式加載的理論體系
[0033]在本實用新型技術方案中，通過楔形加載頭的豎向運動而對C形環試樣實施張開加載，加載過程中將記錄施加在楔形加載頭上的豎向載荷F和C形環試樣刀口位置處的水平張開位移V，C形環試樣的 水平張開載荷Fh由式(I)計算:
[0034]
【權利要求】
1.一種金屬材料斷裂性能楔入測試裝置，由被測試樣及加載裝置組成，其特征在于， 試樣(400)為采用C形環結構，具有對稱的加載孔(401)，初始裂紋缺口(402)和用于測量試樣張開位移的刀口(403)； 加載裝置由楔形加載頭(100)、傳力開口銷(200)和支承底座(300)三部分構成，其中:傳力開口銷(200)為整體臺柱式結構，內設楔形槽(202)，楔形槽的尺寸與楔形加載頭(100)相配合；開口銷外設3/4圓柱式加載輥(201)，加載輥同C形環試樣的加載孔(401)配合；開口銷中部設置有試樣臺(204)，試樣臺(204)上設有用于放置滾珠的環形滾珠槽(203);開口銷底部設置有滑動底座(206);滑動底座(206)的頂面和底面均設置有滾珠槽(205),安裝上滾珠后置于支承底座的導槽(302)內。
2.根據權利要求1所述之金屬材料斷裂性能楔入測試裝置，其特征在于，所述刀口(403)的間距根據位移計的標距設計。
【文檔編號】G01N3/08GK203616202SQ201320693000
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2013年11月5日
【發明者】包陳, 蔡力勛, 但晨 申請人:西南交通大學