CN101482466A - 一种直接拉伸试验装置的磁悬浮支撑体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直接拉伸试验装置的磁悬浮支撑体，其包括：固定试样的上端帽及下端帽，分别连接上下两个端帽的上链条及下链条，与上下链条另一端分别相连的上接头及下接头，下接头固定在试验机底座上；上端帽及下端帽、上链条及下链条、上接头及下接头、支撑体具有共同的竖直轴线呈层叠状排列，其特征在于下端帽及试验机底座之间设有试样支撑体，试样支撑体由一对由设在下端帽下方的上磁铁和在试验机底座上方的下磁铁组成的双磁铁结构，该双磁铁极性呈相反方向，相同磁极相对位于轴线上。其取得了以下技术效果：防止峰值应力时因重力影响而造成的突然破坏；磁铁固定在轴线上，克服了弹簧因左右晃动而造成试样在端部的破坏，确保试验数据的准确性。

Description

一种直接拉伸试验装置的磁悬浮支撑体

技术领域

本发明涉及脆性材料的直接拉伸试验装置，尤其涉及一种该试验装置的支撑体。

背景技术

在测定岩石等脆性材料的抗拉力学性质时，经常要使用直接拉伸试验装置。附件图1是传统拉伸试验装置的支撑体，在用该装置进行拉伸试验时，刚性套筒4不能对试样8、下端帽7的重量起有效支撑作用，所以当试样受力达到峰值时，在破坏面以下的试样、下端帽和下部链条所受重力作用下，试样发生突然破坏，不能进行峰值应力后材料力学性质的测定。为了解决这一问题，中国专利申请号为200610022224.8公开了一种技术方案是将刚性套筒4由支撑弹簧8替代(附件图2所示)，这样在整个拉伸试验中，均由弹簧8支撑着试样5及其它试验构件的重量，基本能完成全过程曲线的测定。但这种弹簧支撑件会带来一些新的问题，主要有：1)试样在端部破坏。理论上试样应该在中间部分发生破坏，但是，从拉伸试验的整个过程来看，在拉伸过程中，弹簧及链条会产生左右晃动而影响试验数据，尤其在峰值应力附近及其峰后试验中变的更加突出，造成试样在端部发生破坏，没有真正反映出脆性材料在拉伸全过程中的力学性质；2)适应性差。对于直接拉伸试验的试样尺寸，规范没有做相应的规定，所以试样的体积、重量、抗拉强度等会相差很大，因此对支撑体的支撑力也有不同的要求，如小体积容易拉断的试样，就不宜用倔强系数过大的弹簧，否则与刚性支撑体无两样，反之，大体积不容易拉断的试样，也不宜用倔强系数过小的弹簧，否则弹簧就失去作用了。因此要根据不同试用准备很多弹簧，在连续对不同试样做拉伸试验时，还要不断更换弹簧，增加了操作的复杂性；3)安装程序复杂。如附件图1所示，从试验过程来看，在一次试验结束后进行下一次试验时，要取掉上下插销，更换试件，然后安装上下插销。从图中可以看出，下接头、下插销及链条都被弹簧所包裹，而弹簧内部空间狭窄，两环之间的距离也很小，给下部构件的安装带来很多不便；4)弹簧在长期的使用中，会发生变形及老化，影响其性能的正常发挥。基于以上原因，有必要寻求一种克服弹簧这些缺陷的拉伸试验装置的支撑体。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中拉伸试验装置弹簧支撑体的缺陷，提供一种直接拉伸试验装置的磁悬浮支撑体。

其包括：固定试样的上端帽及下端帽，分别连接上下两个端帽的上链条及下链条，与上下链条另一端分别相连的上接头及下接头，下接头固定在试验机底座上；上端帽及下端帽、上链条及下链条、上接头及下接头具有共同的竖直轴线呈层叠状排列，其特征在于下端帽及试验机底座之间设有试样支撑体，所述的试样支撑体由一对由设在下端帽下方的上磁铁和在试验机底座上方的下磁铁组成的双磁铁结构，该双磁铁极性呈相反方向，相同磁极相对位于轴线上，双磁铁之间正对面因磁性相同，受斥力作用而分开，可做相对运动。

上述的技术方案中，所述的上下链条与上下端帽之间分别设有防脱落的上插销及下插销。

上述的技术方案中，所述的双磁铁为横截面呈圆环型的柱状磁铁对，可套在下链条上，其中上磁铁以下链条为轴可做上下滑动。

上述的技术方案中，所述的双磁铁为永磁铁或所述的上磁铁和下磁铁中至少之一为电磁铁。

上述的技术方案中，所述的双磁铁的上磁铁的上方及下磁铁下方各有一块绝磁板。

上述的技术方案中，所述的下链条外部有一个外表面光滑的绝磁套，上磁铁有光滑的内壁，套在绝磁套上可做上下滑动。

上述的技术方案中，所述的双磁铁的外部有一个绝磁罩。

上述的技术方案中，所述的双磁铁中之一为电磁铁时，在试验开始时，缓慢加载产生定向磁力的电流强度，产生逐渐增大的磁感应强度，使双磁铁因斥力分开；在试验结束时，缓慢减弱加载到电磁铁上电流强度，逐渐减小磁感应强度，使双磁铁因斥力减弱而逐渐靠近，最后电磁铁上电流消失，双磁铁因斥力消失而接触。

上述的技术方案中，所述的双磁铁之间有支撑架，在所述的电磁铁因未加电流不产生磁力期间，用于支撑拉伸试验装置的支撑体上部的试验构件。

上述的技术方案中，所述的支撑架上有重力检测报警装置，如果检测到支撑架所承受的上方物件重量超过一定限度时，触发报警，通过蜂鸣器或指示灯发出报警信号。

本发明取得了以下技术效果：

1、在拉伸试验中，双磁铁极性相同排列，双磁铁相对的平面因同极相斥产生的斥力托住上方的试样及其它构件，采用足够磁感应强度的双磁铁，确保产生的斥力与断裂面下方的试样及构件重力之和基本平衡，达到了弹簧支撑体的效果，避免了试样发生突然破坏；而且双磁铁中的上磁铁固定在一轴线上，做上下滑动，而不能产生左右晃动，可避免试样在端部发生破坏，确保试验数据的准确性；而且采用双磁铁，成本低、寿命长，设备损耗小，试验过程中安装简单。尤其采用电磁铁时，只要调节加载到电磁铁线圈上的电流，就可以方便地调节磁感应强度，适应对不同试样的灵活试验；

2、在上下链条与上下端帽之间分别设有防脱落的上插销及下插销，进一步保证了连接的安全性；

3、双磁铁为横截面呈圆环型的柱状磁铁对，可套在下链条上，其中上磁铁以下链条为轴可做上下滑动的技术特征，保证了双磁铁之间的距离可调性，增强了其适用性；

4、将双磁铁中至少的一块设置成电磁铁，可以通过控制电流的大小和有无来控制磁力大小，进一步增强了其适用性；

5、所述的双磁铁的上磁铁的上方及下磁铁下方各有一块绝磁板；所述的下链条外部有一个外表面光滑的绝磁套，上磁铁有光滑的内壁，套在绝磁套可做上下滑动；所述的双磁铁的外部有一个绝磁罩，上述技术特征可以避免外界的干扰，进一步提高了测量的精度；

6、所述的支撑架上有重力检测报警装置，如果检测到支撑架所承受的上方物件重量超过一定限度时，触发报警，通过蜂鸣器或指示灯发出报警信号，进一步增强了装置的安全性和操作性。

说明书附图

图1为传统技术中的直接拉伸试验装置结构示意图；

图2为现有技术中的直接拉伸试验弹簧支撑式拉伸装置结构示意图；

图3为本发明的直接拉伸试验中的磁悬浮支撑拉伸装置结构示意图；

图4为本发明中的磁铁构件立体图；

图5为图4的俯视图；

图中标记：1_上接头、2_上链条、3_上端帽、4_上插销、5_试样、6_下端帽、7_下插销、8_支撑弹簧、9_下链条、10_下接头、11_试验机底座、12_上磁铁、13_下磁铁。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

图3是本发明中的试验装置，包括的构件有：固定试样5的上端帽3及下端帽6，连接上下两个端帽的上链条2及下链条9，防止上下链条的近试样端(即靠近试样的链条端)从对应端帽脱落的上插销4及下插销7，与上链条2及下链条9另一端相连的上接头1及下接头10，下接头10固定在试验机底座11上；下端帽6及试验机底座11之间的构件形成试验时的试样支撑体，上端帽3及下端帽6、上链条2及下链条9、上接头1及下接头10、支撑体具有共同的竖直轴线呈层叠状排列，试样支撑体中包括一对由上磁铁12及下磁铁13组成的双磁铁(见图4)，该双磁铁极性呈相反方向位于轴线上，双磁铁之间正对面因磁性相同，受斥力作用而分开，可做相对运动。

在拉伸试验中，双磁铁极性相同排列，双磁铁相对的平面因同极相斥产生的斥力托住上方的试样及其它构件，采用足够磁感应强度的双磁铁，确保产生的斥力大于试样在拉伸断裂时的拉力峰值及试样断裂面下方的试样及构件重力之和。而且双磁铁中的上磁铁固定在一定的轴线方向上做上下滑动，这样在整个试验中，在试样断裂时，双磁铁产生的斥力足以抵消试样在拉伸断裂时影响数据偏差的干扰力。

实施例1：永磁铁支撑体

见图4及图5，双磁铁采用为横截面呈圆环型的柱状磁铁对，下链条9外部有一个外表面光滑的绝磁套，上磁铁12有光滑的内壁，套在下链条9的绝磁套外部，以下链条9为轴可做上下无摩擦滑动。

这里的双磁铁可采用永磁铁，根据不同抗拉强度的试样5来配置不同磁感应强度的磁铁，方便试验选用。

双磁铁的上磁铁12的上方及下磁铁13下方各有一块绝磁板，以消除磁铁对其它易磁化构件的影响。双磁铁的外部还可以有一个圆筒型绝磁罩，将双磁铁全部封闭起来，消除磁铁产生的磁场对周围环境及其它仪器的影响，其中绝磁罩的一端固定在一个磁铁的外表面，另一端自由，或采用两个内径相适应可活塞式套合的圆筒型绝磁罩，两端固定在磁铁的外表面。这样双磁铁可在绝磁罩内运动，磁场不外泄。

实施例2：电磁铁支撑体

上述实施例1中的永磁铁可采用电磁铁代替，可将上磁铁12或下磁铁13中之一更换为电磁铁，也可以将两个磁铁均更换为电磁铁。电磁铁支撑体具有更优越的试验操作性能及试验灵活性，通过调节加载到电磁铁上的电流，可任意调节电磁铁的极性及磁感应强度，产生不同的斥力适合对不同试样的测试，而且方便通过微电脑程序控制电磁铁，提高试验的智能化、自动化程度。如：

在试验开始时，缓慢加载产生定向磁力的电流强度，产生逐渐增大的磁感应强度，使双磁铁因斥力分开；在试验结束时，缓慢减弱加载到电磁铁上电流强度，逐渐减小磁感应强度，使双磁铁因斥力减弱而逐渐靠近，最后电磁铁上电流消失，双磁铁因斥力消失而接触。可以通过电脑自动采集拉伸试验过程中磁斥力的变化过程，从而获得更多有价值的试验数据。

采用电磁铁时，电磁铁因未加电流不产生磁力期间，上磁铁12会因重力接触到下磁铁13，需要在双磁铁之间有支撑架，用于支撑拉伸试验装置的支撑体上部的试验构件及试样5，该支撑架可采用弹簧，也可以防止在试验过程中因供电意外故障导致电磁铁突然失效时，对试验装置的支撑体上部的试验构件及试样5起到保护作用，弹簧可以缓冲意外事故发生时的试验装置损坏，否则在拉伸过程中，如果电磁铁意外故障突然断电时，上磁铁及其上方的构件及试样可能猛烈撞击下磁铁。

对上述两个实施例还可以进行如下改进：

拉伸断裂预警

在脆性材料的直接拉伸试验中，如果磁铁选择不合理，如磁斥力过小不足以支撑断裂试样及其下面的构件，就会造成双磁铁接触撞击，造成试验的失败，还有可能损坏仪器。因此在本发明中，在实施例2的支撑架上增加一个重力检测报警装置，如果检测到支撑架18所承受的上方物件重量超过一定限度时，触发报警，通过蜂鸣器或指示灯发出报警信号。可以根据拉伸试验的实际状况设置合理的报警参数，如重力极限参数，根据试样的种类、尺寸、物理参数，及其它研究成果估算出试样断裂时的拉伸力峰值数据，可换算出拉伸试验初始的重力极限参数。如某特定试样，若断裂面以下试件及下部夹具构件总重量为100牛顿，则双磁铁的最大斥力不能低于100牛顿，为安全起见，双磁铁的最大斥力需求为120牛顿，当然也不宜设置得过大，否则会降低采集数据的灵敏度，也会造成一些浪费，如提供大电流为磁铁供电。可事先将各种试样参数输入拉伸装置的电脑中，建议分析数据库。

在拉伸试验中，如果试验人员对初始磁铁(永磁铁或电磁铁)的强度参数选择不合适(过大或过小)，本发明的重力检测报警装置就会检测出来，并发出报警，提示试验人员修正磁铁强度。对电磁铁，可以由试验装置的电脑处理系统自动设置合适的磁感应强度参数，顺利完成试验。

Claims (10)

1、一种直接拉伸试验装置的磁悬浮支撑体，其包括：固定试样(5)的上端帽(3)及下端帽(6)，分别连接上下两个端帽的上链条(2)及下链条(9)，与上下链条另一端分别相连的上接头(1)及下接头(10)，下接头固定在试验机底座(11)上；上端帽(3)及下端帽(6)、上链条(2)及下链条(9)、上接头(1)及下接头(10)具有共同的竖直轴线呈层叠状排列，其特征在于下端帽及试验机底座之间设有试样支撑体，所述的试样支撑体由一对由设在下端帽下方的上磁铁(12)和在试验机底座上方的下磁铁(13)组成的双磁铁结构，该双磁铁极性呈相反方向，相同磁极相对位于轴线上，双磁铁之间正对面因磁性相同，受斥力作用而分开，可做相对运动。

2、根据权利要求1所述的直接拉伸试验装置的磁悬浮支撑体，其特征在于在上下链条与上下端帽之间分别设有防脱落的上插销(4)及下插销(7)。

3、根据权利要求1或2所述的直接拉伸试验装置的磁悬浮支撑体，其特征在于所述的双磁铁为横截面呈圆环型的柱状磁铁对，可套在下链条(9)上，其中上磁铁(12)以下链条(9)为轴可做上下滑动。

4、根据权利要求1或2所述的直接拉伸试验装置的磁悬浮支撑体，其特征在于所述的双磁铁为永磁铁或所述的上磁铁(12)和下磁铁(13)中至少之一为电磁铁。

5、根据权利要求1或2所述的直接拉伸试验装置的磁悬浮支撑体，其特征在于所述的双磁铁的上磁铁(12)的上方及下磁铁(13)下方各有一块绝磁板。

6、根据权利要求1或2所述的直接拉伸试验装置的磁悬浮支撑体，其特征在于所述的下链条(9)外部有一个外表面光滑的绝磁套，上磁铁(12)有光滑的内壁，套在绝磁套上可做上下滑动。

7、根据权利要求1或2所述的直接拉伸试验装置的磁悬浮支撑体，其特征在于所述的双磁铁的外部有一个绝磁罩。

8、根据权利要求4所述的直接拉伸试验装置的磁悬浮支撑体，其特征在于所述的双磁铁中之一为电磁铁时，在试验开始时，缓慢加载产生定向磁力的电流强度，产生逐渐增大的磁感应强度，使双磁铁因斥力分开；在试验结束时，缓慢减弱加载到电磁铁上电流强度，逐渐减小磁感应强度，使双磁铁因斥力减弱而逐渐靠近，最后电磁铁上电流消失，双磁铁因斥力消失而接触。

9、根据权利要求4所述的直接拉伸试验装置的磁悬浮支撑体，其特征在于所述的双磁铁之间有支撑架，在所述的电磁铁因未加电流不产生磁力期间，用于支撑拉伸试验装置的支撑体上部的试验构件。

10、根据权利要求1或2所述的直接拉伸试验装置的磁悬浮支撑体，其特征在于所述的支撑架上有重力检测报警装置，如果检测到支撑架所承受的上方物件重量超过一定限度时，触发报警，通过蜂鸣器或指示灯发出报警信号。

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