[發(fā)明專利]一種金屬材料斷裂性能楔入測試方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310542920.1
• 申請日: 2013-11-05
• 公開（公告）號: CN103558083A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 包陳;蔡力勛;但晨
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責(zé)任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料試驗裝置，尤其是金屬材料斷裂性能楔入測試方法及裝置制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

斷裂性能是衡量構(gòu)件抵抗斷裂破壞行為的重要力學(xué)性能參量，在工程構(gòu)件的結(jié)構(gòu)完整性評定中起著至關(guān)重要的作用。對于含Ⅰ型張開裂紋的結(jié)構(gòu)件，獲取其斷裂性能的傳統(tǒng)方法是采用緊湊拉伸或單邊裂紋彎曲等標(biāo)準(zhǔn)斷裂試樣通過拉伸或三點彎曲的加載方式進(jìn)行測試。由于試樣的構(gòu)形特征，該類標(biāo)準(zhǔn)斷裂試樣的尺寸通常較大，從而要求被測構(gòu)件的尺寸也相應(yīng)較大，由此才能有效測定構(gòu)件的斷裂性能。對于原始尺寸較小的構(gòu)件，目前尚無有效的斷裂性能檢測技術(shù)。

對于小尺寸金屬構(gòu)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(gòu)形設(shè)計。

現(xiàn)有技術(shù)方案（一）

Williams?JG.The?fracture?mechanics?of?surface?layer?removal.International?Journal?of?Fracture,2011,170:37-48.基于機(jī)械加工中切削理論提出了以楔入加載方式測定低屈服應(yīng)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(shù)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(jìn)行疲勞裂紋預(yù)制，同時試樣尺寸也不受限制。但是，該技術(shù)方案僅適合于測定非金屬無裂紋構(gòu)件斷裂時的能量釋放率，無法應(yīng)用于含裂紋金屬構(gòu)件的斷裂性能測定。

現(xiàn)有技術(shù)方案（二）

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(yīng)用。Xiao?JZ,Schneider?H,Donnercke?C,Konig?G.Wedge?splitting?test?on?fracture?behavior?of?ultra?high?strength?concrete.Construction?and?Building?Materials,2004,18:359-365.圖2為典型的楔入劈拉法試驗系統(tǒng)。該技術(shù)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(zhuǎn)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(jié)果的影響，另一方面僅需較小的豎向力便可產(chǎn)生較大的水平拉力，從而降低對試驗機(jī)剛度的要求。然而，該技術(shù)方案因帶滾軸傳力板的設(shè)計不能用于小尺寸金屬構(gòu)件的斷裂性能檢測。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本發(fā)明的目的是，獲得一種通過楔入加載方式實現(xiàn)小尺寸金屬構(gòu)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(xiàn)的優(yōu)點。

本發(fā)明的目的是通過以下的手段實現(xiàn)的：

一種金屬材料斷裂性能楔入測試方法,對含Ⅰ型張開裂紋的小尺寸金屬構(gòu)件斷裂性能的測定,包含如下的手段:

傳力開口銷200作用于楔形加載頭100，施加豎向載荷轉(zhuǎn)換為水平載荷并傳遞給C形環(huán)試樣400；通過楔形加載頭的豎向運動而對C形環(huán)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(huán)試樣刀口位置處的水平張開位移V，C形環(huán)試樣的水平張開載荷F_H由下式計算：

FH=F2tanθ]]>

式中，θ為傳力開口銷楔形槽與豎直方向的夾角。

本發(fā)明的目的還在于，為以上的試驗方法提供一種實施的硬件條件。所采用的方案如下：

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(huán)結(jié)構(gòu)，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；