一種機械式固定高溫疲勞試驗中動態引伸計的方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料試驗，具體涉及一種機械式固定高溫疲勞試驗中動態引伸計的方法及裝置。
【背景技術】
[0002]疲勞失效作為金屬結構最典型的失效形式之一，從上個世紀二三十年代以來，就已經成為機械結構面臨的核心課題，主要研究方向集中在金屬的疲勞裂紋擴展，疲勞損傷機理以及疲勞壽命的預測模型等。目前，基于實驗室中測量的疲勞試驗結果進行材料的疲勞損傷和壽命分析，是最重要也是最基礎的研究方式。疲勞試驗的控制方式主要有應力控制、應變控制以及應力應變復合控制三種控制方式。根據研究者的需要，多數的疲勞試驗都需要測量試樣的變形值，尤其對于應變控制方式的疲勞試驗，準確測量試樣的應變值，是保證試驗順利進行的首要前提。然而，在高溫疲勞試驗中，由于疲勞試樣的表面異常光滑，測量試樣變形的動態引伸計極容易在試驗過程中產生滑動，導致試驗失敗，浪費了大量的人力和財力。
[0003]動態引伸計滑動主要有三個方面的原因:其一，材料的疲勞失效對材料表面缺陷比較敏感，因此疲勞試樣的表面非常光滑；其二，疲勞試驗的動態載荷(尤其是拉壓載荷)使得動態引伸計承受拉伸和壓縮的往復作用；其三，較高頻率和較大振幅的疲勞試驗要求動態引伸計進行較高頻次的同步響應。
[0004]目前，針對以上問題，國內已經在固定高溫動態引伸計的方法上進行了一些嘗試，提出了通過在疲勞試樣表面上涂刷耐高溫涂料，增大表面粗糙度，進而增大引伸桿與表面摩擦力，避免了疲勞試驗中動態引伸計的滑動，確保試驗的順利進行。然而，高溫涂料大都采用硅酸鹽與其它配料按照一定的配比混合得到，其對使用溫度有一定的要求，并且高溫條件下很脆，試驗過程中較易破碎和脫落。另外，高溫涂料不僅制備麻煩，無法重復回收使用，固化時間較長，而且試樣表面的涂料阻礙了試樣在高溫條件下的表面氧化，嚴重影響了高溫疲勞試驗結果的準確性，并且無法觀察試驗之后試樣表面的高溫腐蝕形貌。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種機械式固定高溫疲勞試驗中動態引伸計的方法及裝置，使試驗過程中動態引伸計與疲勞試樣表面保持相對固定，保證疲勞試驗的順利進行。
[0006]實現本發明目的的技術解決方案為:一種機械式固定高溫疲勞試驗中動態引伸計的裝置，包括長條形薄板和緊固螺釘，沿薄板長度方向，在薄板兩側對稱設置螺釘孔，將薄板彎曲，彎曲半徑與疲勞試樣平行段的半徑相同，薄板與疲勞試樣相接觸表面的粗糙度與疲勞試樣平行段的表面粗糙度相同；沿薄板寬度方向，距離薄板邊緣寬度的1/3處，設有一個V型槽，V型槽長度方向的中心與薄板外表面長度方向的中心重合，緊固螺釘設置在上述螺釘孔中，通過緊固螺釘將薄板固定在疲勞試樣表面；引伸計前端嵌入上述V型槽內。
[0007]上述V型槽的深度為不小于薄板厚度的2/5，長度比動態引伸計前端的寬度長I?2_，開口角度不大于動態引伸計陶瓷桿前端的角度，保證動態引伸計陶瓷桿前端可嵌入V型槽內。
[0008]上述薄板的寬度為3?6mm,薄板厚度為0.3?0.6mm,兩個螺釘孔間距為疲勞試樣平行段橫截面的周長，螺釘孔直徑為2.5?3mm。
[0009]上述薄板的材料不銹鋼，薄板厚度為0.5mm，兩個螺釘孔間距為疲勞試樣平行段橫截面的周長，螺釘孔直徑為2.5?3mm，薄板的寬度為4?6mm，V型槽的深度為0.4mm,長度比動態引伸計前端的寬度長I?2mm，開口角度不大于動態引伸計陶瓷桿前端的角度，保證動態引伸計陶瓷桿前端可嵌入V型槽內。
[0010]一種機械式固定高溫疲勞試驗中動態引伸計的方法，包括以下步驟:
[0011]步驟I)選擇厚度為δ、長為L、寬為W的薄板,在薄板上對稱設置兩個相距為L1,直徑為d的螺釘孔；在薄板的外表面，沿寬度方向，距離薄板邊緣1/3W處，設有一個深度為h、開口角度為Θ、長度為L3 KV型槽，V型槽長度方向的中心與薄板外表面長度方向的中心重合；
[0012]步驟2)以疲勞試樣平行段的圓柱為標準，沿著薄板長度方向的中心位置，將兩個薄板彎曲成半徑為R1的與試樣平行段的半徑R相同的U型板件，并通過緊固螺釘固定在疲勞試樣表面，動態引伸計前端的兩個陶瓷桿分別固定在兩個U型板件外表面的V型槽內，薄板與疲勞試樣相接觸表面的粗糙度與疲勞試樣平行段的表面粗糙度相同。
[0013]動態引伸計的標距L4 = l/3ff+l/3ff+L5 = 2/3W+L5，其中L5為位于動態引伸計之間的兩個U型板件邊緣的距離。
[0014]上述V型槽的深度為不小于薄板厚度的2/5，長度比動態引伸計前端的寬度長I?2_，開口角度不大于動態引伸計陶瓷桿前端的角度，保證動態引伸計陶瓷桿前端可嵌入V型槽內。
[0015]上述薄板的寬度為3?6mm,薄板厚度為0.3?0.6mm,兩個螺釘孔間距為疲勞試樣平行段橫截面的周長，螺釘孔直徑為2.5?3mm。
[0016]上述薄板的材料為不銹鋼，其厚度δ為0.5_，螺釘孔距L1為疲勞試樣平行段橫截面的周長，螺釘孔直徑d為2.5?3mm ;薄板的寬度W為4?6mm，V型槽的深度為0.4mm,長度比動態引伸計前端的寬度長I?2_，開口角度不大于動態引伸計陶瓷桿前端的角度，保證動態引伸計陶瓷桿前端可嵌入V型槽內。
[0017]本發明與現有技術相比，其顯著優點:(1)本發明提供了一種可靠的機械式固定高溫疲勞試驗中動態引伸計的方法，該方法能夠保證疲勞試驗過程中動態引伸計在試樣表面牢靠固定，準確測量試樣的變形，該方法成本低，操作簡單，拆裝都極其方便，U型板件的制作方法簡單，且可重復使用。
[0018](2)本發明可以通過調整螺釘的松緊度，確保U型板件和疲勞試樣表面之間不產生滑動，V型槽與動態引伸計前端的鑲嵌確保了動態引伸計與U型板件的固定位置，采用本發明不會對疲勞試樣測量段的表面產生任何影響，可以觀察試驗結束后試樣表面的氧化物形貌。
[0019](3)本發明可根據不同的疲勞試樣尺寸和動態引伸計型號，更改薄板的尺寸、V型槽的尺寸以及兩個U型板件上V型槽之間的安裝距離，使其適用于不同尺寸的圓棒試樣和不同型號的高溫動態引伸計，具有很強的通用性。
[0020](4)薄板材料采用不銹鋼材料，不僅具有較好的塑性，價格低廉，并且使用條件不受試驗溫度的嚴格控制。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的薄板示意圖，其中(a)為主視圖，(b)為左視圖。
[0022]圖2為本發明的U型板件示意圖。
[0023]圖3為本發明的V型槽局部放大圖。
[0024]圖4為本發明的機械式固定高溫疲勞試驗中動態引伸計裝置示意圖。
[0025]圖5為應變控制方式的高溫疲勞應力應變曲線圖。
[0026]圖6為應變應力復合控制方式的復雜載荷高溫疲勞應力應變曲線圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
[0028]結合圖1、圖2、圖3和圖4，一種機械式固定高溫疲勞試驗中動態引伸計的裝置，包括長條形薄板和緊固螺釘，沿薄板長度方向，在薄板兩側對稱設置螺釘孔，將薄板彎曲，彎曲半徑與疲勞試樣平行段的半徑相同，薄板與疲勞試樣相接觸表面的粗糙度與疲勞試樣平行段的表面粗糙度相同；沿薄板寬度方向，距離薄板邊緣寬度的1/3處，設有一個V型槽，V型槽長度方向的中心與薄板外表面長度方向的中心重合，緊固螺釘設置在上述螺釘孔中，通過緊固螺釘將薄板固定在疲勞試樣表面；引伸計前端嵌入上述V型槽內。
[0029]上述V型槽的深度為不小于薄板厚度的2/5，長度比動態引伸計前端的寬度長I?2_，開口角度不大于動態引伸計陶瓷桿前端的角度，保證動態引伸計陶瓷桿前端可嵌入V型槽內。
[0030]上述薄板的寬度為3?6mm,薄板厚度為0.3?0.6mm,兩個螺釘孔間距為疲勞試樣平行段橫截面的周長，螺釘孔直徑為2.5?3mm。
[0031]上述薄板的材料為不銹鋼，薄板厚度為0.5_，兩個螺釘孔間距為疲勞試樣平行段橫截面的周長，螺釘孔直徑為2.5?3mm,薄板的寬度為4?6mm, V型槽的深度為0.4mm,長度比動態引伸計前端的寬度長I?2mm，開口角度不大于動態引伸計陶瓷桿前端的角度，保證動態引伸計陶瓷桿前端可嵌入V型槽內。
[0032]一種機械式固定高溫疲勞試驗中動態引伸計的方法，包括以下步驟:
[0033]步驟I)選擇厚度為δ、長為L、寬為W的薄板,在薄板上對稱設置兩個相距為L1,直徑為d的螺釘孔；在薄板的外表面，沿寬度方向，距離薄板邊緣1/3W處，設有一個深度為h、開口角度為Θ、長度為L3 KV型槽，V型槽長度方向的中心與薄板外表面長度方向的中心重合；
[0034]步驟2)以疲勞試樣平行段的圓柱為標準，沿著薄板長度方向的中心位置，將兩個薄板彎曲成半徑為R1的與試樣平行段的半徑R相同的U型板件，并通過緊固螺釘固定在疲勞試樣表面，動態引伸計前端的兩個陶瓷桿分別固定在兩個U型板件外表面的V型槽內，薄板與疲勞試樣相接觸表面的粗糙度與疲勞試樣平行段的表面粗糙度相同。
[0035]動態引伸計的標距L4 = l/3ff+l/3ff+L5 = 2/3W+L5，其中L5為位于動態引伸計之間的兩個U型板件邊緣的距