[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

技術領域

本發明涉及材料力學實驗裝置技術領域。

背景技術

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

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

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。該技術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果的影響， 另一方面僅需較小的豎向力便可產生較大的水平拉力，從而降低對試驗機剛度的要求。然而， 該技術方案因帶滾軸傳力板的設計不能用于小尺寸金屬構件的斷裂性能檢測。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種實現小尺寸金屬構件斷裂性能測試的裝置。

此發明目的是通過如下的手段實現的。

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。

本發明的另一目的是提供一種小尺寸金屬構件斷裂性能測試的方法。采用以下的手段實 現發明目的。

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：