[發明專利]小尺寸構件斷裂性能測試方法和裝置

有效

• 申請號: 201510055760.7
• 申請日: 2015-02-03
• 公開（公告）號: CN105181451B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 包陳;蔡力勛;但晨
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 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任公司51200
• 代理人: 張澎

1.一種小尺寸構件斷裂性能測試裝置，用于小尺寸金屬構件的斷裂性能檢測，其特征在于，由加載頭(100)、傳力銷(200)、載荷轉換組件(300)、滑車(400)、抗彎拉板(500)和支承底座(600)六部分通過榫卯結構和螺栓連接成剛性整體，從而構成用于將加載頭(100)施加的豎向載荷轉換為橫向載荷并傳遞給C形試樣(700)的加載傳力機構，并在載荷轉換組件(300)上設置通過加載頭(100)的抗彎拉板(500)以限制傳力銷(200)因受彎而產生橫向變形；

所述加載頭(100)兩側的楔形體(101)對稱布置，楔形體(101)上斜面的傾角相同；傳力銷(200)為臺柱式結構，上部為半圓柱與3/4圓柱式加載輥(203)的組合體；頂部榫頭(201)同抗拉拉板(500)連接，底部設梯形榫頭(202)和對稱布置的兩個通孔與滑車(400)剛性連接；加載輥(203)同C形環試樣的加載孔配合；

所述載荷轉換組件(300)為臺柱式結構，頂部榫頭(301)同抗拉拉板(500)連接，底部設梯形榫頭(302)和對稱布置的兩個通孔與滑車(400)剛性連接，其上部沿與豎向成一定傾角的方向布置兩個相同規格的軸承(303)，軸承(303)中心連線的傾角與加載頭(100)中楔形體(101)的傾角保持一致；

所述滑車(400)左右兩側為分別與傳力銷(200)梯形榫頭(201)和載荷轉換組件(300)梯形榫頭(301)緊密配合的梯形開口和螺紋孔，滑車上對稱布置4個相同規格的滾動軸承(401)，以降低C形試樣(700)橫向加、卸載時的摩擦阻力；滑車在靠近載荷轉換組件連接的一側開設與梯形開口連通的方形孔(402)，以便加載頭(100)的楔形體(101)豎向通過；

所述抗彎拉板(500)設置有與傳力銷(200)的頂部榫頭(201)和載荷轉換組件(300)的頂部榫頭(301)緊密配合的槽孔，同時設置有便于加載頭(100)的楔形體(101)豎向通過的方形孔；

所述支承底座(600)上的方形槽為加載頭(100)的楔形體(101)的豎向運動預留空間。

2.根據權利要求1所述之小尺寸構件斷裂性能測試裝置，其特征礙于，所述C形環試樣具有對稱的加載孔(701),初始裂紋缺口(702)和用于測量試樣的張開位移的刀口(703)。

3.小尺寸構件斷裂性能測試方法，其特征在于，采用權利要求1或2的裝置進行小尺寸金屬構件的斷裂性能檢測，包括如下的步驟：

(1)橫向載荷標定橫向載荷的標定遵循以下步驟：

a)根據一對標定器(800)的尺寸設計板狀拉伸試樣的尺寸規格，并選用已知彈性模量的金屬材料加工至少二對規格相同的板狀拉伸試樣，并將該兩個相同規格的拉伸試樣安裝在標定器(800)上，同時分別在試樣上安裝應變計；

b)將安裝好試樣的標定器置于加載裝置中；

c)根據胡克定律計算板狀拉伸試樣的載荷并求和，即得橫向張開載荷；作出施加的豎向楔入載荷同橫向張開載荷之間的線性關系曲線，由此曲線確定豎向載荷同橫向張開載荷之間的轉換比；

d)另至少取一對相同規格的板狀拉伸試樣完成上述彈性加載，并獲得豎向載荷同橫向張開載荷之間的轉換比；對由多組彈性標定得到的轉換比值取平均值，即得本測試系統的載荷轉換比；

(2)C形環試樣斷裂測試

C形環試樣的斷裂測試遵循以下步驟：

1)將對稱布置的傳力銷(200)穿過C形環試樣(700)，傳力銷上的加載輥(203)與C形環試樣的加載孔(701)配合，在C形環試樣刀口(703)位置處安裝監測C形環試樣(700)在橫向張開過程中的位移值的位移傳感器；

2)記錄加載過程中加載頭100的豎向載荷F和C形環試樣(700)的水平張開位移V，由已標定的載荷轉換比換算得到C形環試樣(700)的水平張開載荷F_H；

根據傳統的多試樣法、柔度法或載荷分離法理論直接或間接獲得C形環試樣在加載過程中的實時裂紋長度a，進而根據C形環試樣的(F_H,V,a)實驗記錄求得被測金屬材料的應力強度因子K、J積分、CTOD和疲勞裂紋擴展速率斷裂性能。