[發(fā)明專利]一種三桿式三點彎曲測試系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410249716.5
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN104075951B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳學東;潘建華;胡時勝;王冰;艾志斌;呂運容;范志超
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥通用機械研究院
• 主分類號: G01N3/307
• 分類號: G01N3/307
• 代理公司: 合肥和瑞知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)34118
• 代理人: 王挺,劉坤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于測試材料動態(tài)斷裂韌性的實驗設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種三桿式三點彎曲測試系統(tǒng)，以用于高效率的評估和測試金屬材料結(jié)構(gòu)在沖擊載荷作用下的抗斷裂能力。

背景技術(shù)

隨著社會科技的不斷發(fā)展，斷裂力學在工程中的應用已相當普遍，為了對工程結(jié)構(gòu)作斷裂分析，必須先通過試驗，獲得材料或結(jié)構(gòu)的斷裂特性數(shù)據(jù)，才能更好的使科學付諸應用。斷裂試驗涉及的范圍很廣，按試驗的規(guī)模斷裂試驗可分為小型的試驗室試驗、大型的試驗室試驗和實際的結(jié)構(gòu)試驗；按加載速度可分為靜態(tài)試驗和動態(tài)試驗；按試驗環(huán)境可分為高溫、低溫和包含腐蝕介質(zhì)的試驗；按加載方法可分為拉伸和彎曲試驗等。其中，三點彎曲實驗是斷裂韌性測試中應用最廣的一種；其因試驗中對試樣進行三點彎曲加載而得名。三點彎曲試驗如圖1所示，其測試系統(tǒng)主要包括：壓氣槍a、撞擊桿b以及加載桿c及信號采集與處理系統(tǒng)，其中壓氣槍a提供撞擊桿b以瞬時動力，加載桿c與撞擊桿b同心布置，加載桿c相對于撞擊桿b的另一端處布置有用于夾持安置試樣的試樣支撐裝置d；試驗中，試樣支撐裝置d處安置好待撞擊試樣f，壓氣槍a膛內(nèi)高壓氣體驅(qū)動撞擊桿b，使之同心撞擊加載桿c，加載桿c隨之將載荷傳導至試樣f處并使之斷裂；加載桿c和撞擊桿b均為Φ14.5mm的高強鋼(60Si₂Mn)，加載桿c上應變波形的測量采用電阻應變片法，在加載桿c中部貼電阻應變片e測定加載桿上的應變信號；之后通過一系列的應變片的信號記錄，從而通過換算來得到該試樣的斷裂韌性系數(shù)。

目前的上述三點彎曲實驗，其整體操作流程及理念固然已經(jīng)趨于完善，然而其物理實驗結(jié)構(gòu)仍具備一定的缺陷：上述系統(tǒng)中，各部件往往設(shè)置為如圖1所示的固定件，其雖然起到了承受一定的沖擊載荷和確保機構(gòu)工作穩(wěn)定性的作用，然而一方面整體結(jié)構(gòu)笨重而組裝復雜，極其不利于甚至根本無法進行拆卸、更換和保養(yǎng)操作，體積龐大的測試系統(tǒng)不但常常為搬運、維護等操作帶來額外負擔，同時也使整個裝置系統(tǒng)的工作靈活性大打折扣，甚至需要針對不同的試樣或不同長度的加載桿或撞擊桿而需要重新設(shè)計測試系統(tǒng)；另一方面，試樣支撐裝置的實際結(jié)構(gòu)無統(tǒng)一的標準化設(shè)計，尺寸大小往往是各個實驗部門自行擬定采用，這也是導致各實驗部門間測試結(jié)果不一的一大因素；更為重要的是，上述傳統(tǒng)的三點彎曲測試系統(tǒng)，其測試途徑僅依靠加載桿上的電阻應變片來獲取，往往存在數(shù)據(jù)獲取不精確的現(xiàn)象，從而影響到后期的數(shù)據(jù)計算，這些都為操作人員的實際操作帶來極大困擾。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理而實用的三桿式三點彎曲測試系統(tǒng)，其標準化程度高且數(shù)據(jù)采集精確穩(wěn)定，可進一步提升測試試樣的動態(tài)斷裂韌性測試結(jié)果的準確性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種三桿式三點彎曲測試系統(tǒng)，包括作為基體的底座，底座上設(shè)置用于安置及支撐測試試樣的支撐裝置、給予測試試樣以沖擊力的加載桿、用于撞擊加載桿的撞擊桿、施予撞擊桿以瞬時沖力的壓氣槍以及用于收集測試數(shù)據(jù)的信號采集處理裝置，加載桿與撞擊桿同心設(shè)置，且加載桿頂端指向測試試樣布置，所述支撐裝置包括底板以及鉛垂布置于底板上的立板，底板構(gòu)成與底座配合的配合部，立板上布置有貫穿其板體的凹槽或通孔，所述凹槽或通孔布置于加載桿行進路徑處且其槽壁或孔壁與加載桿活動路徑間呈空間避讓布置；本系統(tǒng)還包括用于呈簡支梁狀墊設(shè)測試試樣的支撐桿，所述支撐桿為兩個且布置于立板上的相對于加載桿的另一端處，支撐桿相對于測試試樣的支撐方向與加載桿施力方向反向布置；加載桿與支撐桿外壁處均貼附有電阻應變片，電阻應變片輸出端連通信號采集處理裝置。

所述底座上設(shè)置有導軌部，所述壓氣槍、撞擊桿、加載桿以及支撐桿均布置于導軌部上且與其構(gòu)成往復導向式固接配合；所述支撐裝置上的底板底端面以槽口朝下布置的導軌槽卡嵌于導軌部上，導軌槽側(cè)面設(shè)置有緊釘螺紋孔且與前述導軌部的側(cè)面間形成緊釘螺釘式固接配合關(guān)系。

支撐裝置還包括安置于底板上且與立板間板面平行布置的襯板，所述襯板布置于立板的相對于加載桿沖撞方向的另一端處，且其上同樣設(shè)置有供加載桿穿行的通孔部；所述通孔及通孔部均為尺寸大小一致且長度方向橫向布置的方形孔，支撐桿的支撐端于方形孔狀的通孔部長度方向依次布置且軸對稱的分置于加載桿的軸線兩側(cè)處。

所述立板、襯板以及底板外形均呈方體狀結(jié)構(gòu)，支撐裝置還包括頂板，頂板外形呈長方體狀，頂板布置于立板及襯板頂端部處且固接兩者設(shè)置。

立板和襯板固接于底板的前端部處，底板后端處設(shè)置有凸板。