[發明專利]一種在材料拉扭試驗中測量雙軸應變的裝置和方法有效

申請號：	201310027450.5	申請日：	2013-01-24
公開（公告）號：	CN103115603A	公開（公告）日：	2013-05-22
發明（設計）人：	郇勇;代玉靜;邵亞琪;張泰華	申請（專利權）人：	中國科學院力學研究所
主分類號：	G01B21/32	分類號：	G01B21/32;G01N3/06
代理公司：	北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390	代理人：	胡劍輝
地址：	100190 ***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種材料試驗測量應變裝置方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種材料力學性能測試手段，特別涉及一種在材料拉扭力學性能測試中，用于測量試樣的軸向應變和扭轉應變的裝置和方法。

背景技術

單軸拉伸、壓縮、以及彎曲、扭轉等試驗是固體材料力學性能測試中常用的幾種測試手段。而實際工程中，材料的服役環境往往是拉應力和扭轉切應力耦合的狀態。早期的力學試驗為簡化力學分析，往往傾向于分別進行單純的拉伸試驗或者扭轉試驗。隨著力學基礎研究的進展以及測試手段的改進完善，拉、扭組合試驗開始逐漸多起來。

和單軸拉伸等試驗一樣，拉扭組合試驗的核心是獲得拉伸應力-應變關系曲線以及扭轉切應力-切應變關系曲線。對試驗機來說，這涉及到4個物理量的測量：軸向拉力、拉伸變形以及扭矩、扭轉變形。對于宏觀尺度的拉扭試驗來說，軸向拉力和扭轉的扭矩可以很方便地通過拉扭雙軸載荷傳感器直接測出，而拉伸變形和扭轉變形的測量則相對困難。因為計算拉伸應變所需要的是試樣標距段的拉伸變形，計算扭轉切應變所需要的是試樣標距段的扭轉變形，而試驗機本身的位移傳感器以及角度傳感器測出的位移和扭轉角包含了機架變形，不能直接用于計算拉伸應變和扭轉切應變。

為解決以上問題，試驗機廠商仿照單軸拉伸試驗，采用拉扭雙軸引伸計用于測量拉伸應變和扭轉切應變。該種引伸計通過4根附著在試樣外表面的針探測試樣的扭轉變形。試樣扭轉過程中，4根針的相對位置發生變化，這些變化傳遞給引伸計內部的應變片，應變片的變形被轉化為電信號，然后通過嚴格的幾何參數換算成拉伸應變和扭轉切應變。這種傳感器實際測量的是直線位移變化，計算過程對試樣尺寸和安裝尺寸有嚴格要求（甚至對加工誤差都做出了嚴格限定），角度量程也很小，并且造價昂貴。而目前很多試樣在尺寸加工上很難滿足商業引伸計要求，并且所需的扭轉角也較大，試驗過程中會因為試樣意外斷裂而損壞引伸計。

發明內容

本發明針對以上問題，設計了一種簡便的在材料拉扭試驗中測量雙軸應變的裝置和方法，采用材料試驗機上常用的COD位移傳感器（下文簡稱COD）測量試樣軸向變形和扭轉角，通過簡單計算轉化成軸向應變和扭轉應變，不僅放寬了對試樣尺寸的限制，而且增大了角度量程，試驗過程中即使出現意外也不會損壞傳感器。

為達到上述目的，本發明提供的一種在材料拉扭試驗中測量雙軸應變的裝置：

第一支架，固定在被測試樣上，用于安裝縱向COD，所述縱向COD用于測量被測試樣在被拉伸過程中產生的軸向變形；

第二支架，固定在所述被測試樣上，用于安裝橫向COD，所述橫向COD用于測量被測試樣在被扭轉過程中產生的扭轉變形。

優選地，所述第一支架包括：用于固定在所述被測試樣上的下支撐架，所述下支撐架上設置有用于固連所述縱向COD一個臂的縱向COD固定刀口和用于抵靠所述橫向COD一個臂的橫向COD活動刀口。

優選地，所述第二支架包括：用于固定在所述被測試樣上的上支撐架，所述上支撐架上設置有用于固連所述橫向COD另一個臂的橫向COD固定刀口和用于抵靠所述縱向COD另一個臂的縱向COD活動刀口。

本發明提供的一種在材料拉扭試驗中測量雙軸應變的方法包括：

1）在被測試樣上固定第一支架，用于安裝縱向COD，該縱向COD測量被測試樣在被拉伸過程中產生的軸向變形；

2）在被測試樣上固定第二支架，用于固定橫向COD，所述橫向COD用于測量被測試樣在被扭轉過程中產生的扭轉變形；

3）根據縱向COD和橫向COD記錄的位移變化，換算成軸向拉伸應變和扭轉切應變。

本發明優點如下：