CN102323165B - 材料剪应变多点激光检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种材料剪应变多点激光检测装置，包括试件支撑组件、力矩施加组件和激光检测组件；试件支撑组件包括用于固定支撑并使试件水平设置的试件支座；激光检测组件包括至少两个沿试件纵向分布的激光器，所述激光器分别固定设置于与其一一对应的激光器夹具，与激光器的激光线路对应设有用于读取激光线路转角的标尺，本发明能够得出剪应变与与力矩大小以及与受力点与固定点之间的距离的关系，验证材料剪切虎克定律；由此，本发明能够同时对试件的多个截面进行试验，而且试验过程直观开放，能够使在场人员均都能看清实验过程及参数的变化，适用于课堂教学实验；本发明结构简单，操作容易，实验成本较现有技术的设备低。

Description

材料剪应变多点激光检测装置

技术领域

本发明涉及一种教学实验设备，特别涉及一种用于材料剪应变的激光检测装置。

背景技术

在材料力学扭转教学中，剪应变试验过程中，一般采用在一橡胶圆柱外圆表面等距离画上圆，在纵向画上圆周均匀分布的直线，当用双手扭转时纵向线发生倾斜，圆不变。由此，进入力学的断面假设，圆柱在纯力偶的作用下，横截面于横截面发生相对转动，而该转动角度与力矩大小和受力点与受力点之间的距离有关，从而验证剪切虎克定律。现有技术中，由于受试件大小限制，以及实验仪器及实验方法制约，一般实验结果只是验证剪应变与力矩之间的关系，而无法得到剪应变点和受力点与固定点之间的距离之间的关系，如果需要验证，则通过另外的设备进行。

为解决以上问题，出现了机械式、光学式和电子式等扭角仪，虽然各有特点，但是基本原理相同。都是将试件某截面圆周绕其形心旋转的弧长与其另一截面圆周绕其形心旋转的弧长之差进行放大。但是，一截面相对一截面而不是两截面或三截面相对同一截面，不能全面得出检测结果；而且读数窗小，只能有一人观察读数变化，如千分表、毫伏表、单筒望远镜等，影响试验效率，降低教学效果。

因此，需要一种用于检测试件剪应变的设备，能够同时对试件的多个截面进行试验，因而通过一次试验即能够得到剪应变与力矩大小以及与受力点与固定点之间的距离的关系，验证材料剪切虎克定律；而且试验过程直观开放，能够使在场人员均都能看清实验过程及参数的变化，适用于课堂教学实验。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种材料剪应变多点激光检测装置，能够同时对试件的多个截面进行试验，因而通过一次试验即能够得到剪应变与力矩大小以及与受力点与固定点之间的距离的关系，验证材料剪切虎克定律；而且试验过程直观开放，能够使在场人员均都能看清实验过程及参数的变化，适用于课堂教学实验；实验设备结构简单，操作容易，实验成本低。

本发明的材料剪应变多点激光检测装置，包括试件支撑组件、力矩施加组件和激光检测组件；

所述试件支撑组件包括用于固定支撑并使试件水平设置的试件支座；

激光检测组件包括至少两个沿试件纵向分布的激光器，所述激光器分别固定设置于与其一一对应的激光器夹具，所述激光器夹具固定设置于试件需检测部位，与激光器的激光线路对应设有用于读取激光线路转角的标尺；

所述力矩施加组件用于对试件施加垂直于试件轴线的纯力偶。

进一步，力矩施加组件包括与试件在圆周方向固定配合的施力臂，所述施力臂以试件中心线为支点形成杠杆结构，施力臂的两端分别对试件施加相等的周向力矩；

进一步，所述激光器夹具包括环形卡环和支撑杆，所述环形卡环内圆形成向内的圆形刃口，所述圆形刃口固定套于试件外圆，所述支撑杆竖直向上设置于环形卡环，激光器固定连接于支撑杆上端，所述激光器的激光光路平行于试件的径向平面；

进一步，所述激光器的激光光路通过反射镜反射至标尺，所述激光器光路经衍射形成水平的线形光；

进一步，所述反射镜设置于反射镜支座，所述反射镜支座前后、左右和高度可调；所述反射镜以使激光光路入射角在上下方向改变的方式可前后摆动调整其安装方位；

进一步，所述施力臂与试件支座分列于试件的轴向两端；

进一步，所述施力臂两端与试件中心线之间的距离相等，所述施力臂一端由加力砝码I施加向下的力，另一端由加力砝码II通过定滑轮施加向上的力，所述加力砝码I和加力砝码II重量相同；

进一步，所述标尺安装于一标尺架，且标尺左右和上下位置可调；

进一步，所述标尺表面设有荧光层；

进一步，所述反射镜支座为高度可调的套管结构，所述套管结构的反射镜支座设有将其锁紧的锁紧螺钉I，反射镜支座通过滑板设置于一基础之上，所述滑板沿激光光路横向设有滑槽I，所述反射镜支座下端以可沿滑槽I往复滑动的方式单自由度配合，并设有用于将反射镜支座固定锁紧于滑槽I的锁紧螺钉II，所述滑板以可沿前后滑动的方式单自由度设置于基础，并设有锁紧螺钉III；所述反射镜通过耳轴可转动的方式设置于反射镜支座，所述耳轴设有锁紧螺钉IV；

所述标尺架为高度可调的套管结构，所述套管结构的标尺架设有将其锁紧的锁紧螺钉V，所述标尺架以可横向滑动的方式单自由度设置于一标尺架座，并设有锁紧螺钉VI。

本发明的有益效果：本发明的材料剪应变多点激光检测装置，采用在试件上设置多个激光器的结构，随着试件在力矩作用下扭转，各个激光器由于设置位置不同，所发激光光路的偏转角度不同，根据各自不同的读数，得出剪应变参数，并且根据激光器所处位置的不同和施加力矩的不同，得出剪应变与与力矩大小以及与受力点与固定点之间的距离的关系，验证材料剪切虎克定律；由此，本发明能够同时对试件的多个截面进行试验，而且试验过程直观开放，能够使在场人员均都能看清实验过程及参数的变化，适用于课堂教学实验；本发明结构简单，操作容易，实验成本较现有技术的设备低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明结构示意图；

图2为图1沿A向视图；

图3为图1的B处放大图。

具体实施方式

图1为本发明结构示意图，图2为图1沿A向视图，图3为图1的B处放大图，如图所示：本实施例的材料剪应变多点激光检测装置，包括试件支撑组件、力矩施加组件和激光检测组件；

所述试件支撑组件包括用于固定支撑并使试件水平设置的试件支座1；如图所示，固定方式可采用现有技术中的任何固定方式，均能达到发明目的；为实验目的，一般采用在圆周方向固定的方式，比如卡箍夹具；

激光检测组件包括至少两个沿试件纵向分布的激光器9，本实施例为两个；所述激光器9分别固定设置于与其一一对应的激光器夹具，所述激光器夹具固定设置于试件24需检测部位，与激光器9的激光线路11对应设有用于读取激光线路转角的标尺12；

所述力矩施加组件用于对试件施加垂直于试件轴线的纯力偶，纯力偶为所述力矩施加组件用于对试件24施加剪切力矩，该剪切力矩不产生任何弯矩。

激光器9光路光斑为近圆行、标尺为厘米尺，最小刻度毫米，不适宜准确读数，所以本实施例采用激光衍射光斑，即激光经微缝隙形成衍射光斑。

本实施例中，力矩施加组件包括与试件24在圆周方向固定配合的摇臂10，固定方式可采用卡环紧箍的方式，也可以螺栓端面固定的方式，均能达到发明目的；所述摇臂10以试件24中心线为支点形成杠杆结构，摇臂10的两端分别对试件24施加相等的周向力矩；形成力偶，以确保试件除了受周向力矩以外不受任何附加力矩，以确保试验的准确性。

本实施例中，所述激光器夹具包括环形卡环22和支撑杆18，所述环形卡环22内圆形成向内的圆形刃口，所述圆形刃口固定套于试件24外圆，为了方便拆装，环形卡环22可设置成相互铰接的两个半环，两个半环的自由端通过螺栓进行连接形成整环，并可调整卡箍在试件外圆的卡箍力；所述支撑杆18竖直向上设置于环形卡环22，激光器23固定连接于支撑杆18上端，所述激光器9的激光光路11平行于试件的径向平面；采用圆形刃口结构，能够较为精确的获得固定点与检测点之间的距离，使试验结果进一步精确，获得的为试件径向截面处的准确数据。

本实施例中，所述激光器9的激光光路11通过反射镜8反射至标尺12，所述激光器9光路经衍射形成水平的线形光，避免发生光路传播干扰，保证检测过程顺利进行，并能准确读数；全部激光器9共用同一个反射镜8；可放大度数范围，增加本发明的通用性和实用性，并能够在较小设备体积的前提下，实现较大、较直观的读数；共用反射镜能够保证各个激光光路读数之间的对比关系，提高精度，消除设备误差。

本实施例中，所述反射镜8设置于反射镜支座20，所述反射镜支座20前后、左右和高度可调；也就是反射镜支座20的高度和相对于激光光路11横向位置可调整以及沿激光光路的方向位置可调；高度调整可采用套管结构并设置锁紧螺钉的结构，横向位置调整可采用在基础上设置滑槽的结构，并设置相应的锁紧螺钉；使得本结构具有较强的适应性；所述反射镜8以使激光光路入射角在上下方向改变的方式可前后摆动调整其安装方位，本结构可以使反射镜8通过耳轴81设置于反射镜支座20的结构；能够根据情况调整相对读数，增加本设备的使用灵活性。

本实施例中，所述摇臂10与试件支座1分列于试件24的轴向两端；节约空间，并且使试件24具有足够的空间安装激光器9。

本实施例中，所述摇臂10两端与试件10中心线之间的距离相等，所述摇臂10一端由加力砝码I 17施加向下的力，另一端由加力砝码II6通过定滑轮7施加向上的力，所述加力砝码I 17和加力砝码II6重量相同；操作简单方便，不需计算。

本实施例中，所述标尺12安装于一标尺架13，且其左右和上下位置可调；标尺的左右移动可以采用滑槽结构设置，并设置相应的锁紧螺钉；上下调整可通过将标尺架设置成拉伸套管结构，结构简单，调整容易；根据需要调整标尺的位置，利于扩大本发明的适用范围。

本实施例中，所述标尺12表面设有荧光层；读数清楚直观，在衍射光斑下随光斑变亮，更易看清实验过程中读数位置的变化。

本实施例中，所述反射镜支座20为高度可调的套管结构，所述套管结构的反射镜支座20设有将其锁紧的锁紧螺钉I 22，反射镜支座20通过滑板4设置于一基础2之上，所述滑板4沿激光光路11横向设有滑槽I 41，所述反射镜支座20下端以可沿滑槽I 41往复滑动的方式单自由度配合，可通过燕尾槽结构实现，并设有用于将反射镜支座20固定锁紧于滑槽I 41的锁紧螺钉II 19，所述滑板4以可沿前后滑动的方式单自由度设置于基础2，前后滑动是指沿激光光路方向，并设有锁紧螺钉III3；所述反射镜8通过耳轴81可转动的方式设置于反射镜支座20，所述耳轴81设有锁紧螺钉IV23，所述反射镜后部设有后侧面为弧形的镜座82，耳轴设置于镜座横向两侧，与耳轴相适应，反射镜支座20上部设有用于容纳镜座的凹槽，耳轴支撑于凹槽两侧，镜座82的弧形沿转动方向，避免发生转动干扰；

所述标尺架13为高度可调的套管结构，所述套管结构的标尺架13设有将其锁紧的锁紧螺钉V25，所述标尺架13以可横向滑动的方式单自由度设置于一标尺架座16，如图所示，标尺架13通过燕尾槽161以可横向滑动的方式单自由度设置于一标尺架座16，并设有锁紧螺钉VI14。

本发明使用时，在试件上分别量出距离a、b并做上标记，将两个卡环内圆的圆形刃口夹持在标记处，调整对应的激光发生器与标尺的相互位置关系，因是可见光，调节更容易，调节好后在摇臂两端加等重砝码，每加一次在标尺上读数并记录，一般试验中分五次左右加到预定载货。

每一次等量加载，标尺上的读数差相等，并且得出每次加载与a、b之间的关系，从而验证剪切虎克定律。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种材料剪应变多点激光检测装置，其特征在于：包括试件支撑组件、力矩施加组件和激光检测组件；

所述试件支撑组件包括用于固定支撑并使试件水平设置的试件支座；

激光检测组件包括至少两个沿试件纵向分布的激光器，所述激光器分别固定设置于与其一一对应的激光器夹具，所述激光器夹具固定设置于试件需检测部位，与激光器的激光线路对应设有用于读取激光线路转角的标尺；

所述力矩施加组件用于对试件施加垂直于试件轴线的纯力偶；

所述激光器的激光光路通过反射镜反射至标尺，所述激光器光路经衍射形成水平的线形光斑。

2.根据权利要求1所述的材料剪应变多点激光检测装置，其特征在于：力矩施加组件包括与试件在圆周方向固定配合的施力臂，所述施力臂以试件中心线为支点形成杠杆结构，施力臂的两端分别对试件施加相等的周向力矩。

3.根据权利要求2所述的材料剪应变多点激光检测装置，其特征在于：所述激光器夹具包括环形卡环和支撑杆，所述环形卡环内圆形成向内的圆形刃口，所述圆形刃口固定套于试件外圆，所述支撑杆竖直向上设置于环形卡环，激光器固定连接于支撑杆上端，所述激光器的激光光路平行于试件的径向平面。

4.根据权利要求3所述的材料剪应变多点激光检测装置，其特征在于：所述反射镜设置于反射镜支座，所述反射镜支座前后、左右和高度可调；所述反射镜以使激光光路入射角在上下方向改变的方式可前后摆动调整其安装方位。

5.根据权利要求4所述的材料剪应变多点激光检测装置，其特征在于：所述施力臂与试件支座分列于试件的轴向两端。

6.根据权利要求5所述的材料剪应变多点激光检测装置，其特征在于：所述施力臂两端与试件中心线之间的距离相等，所述施力臂一端由加力砝码Ⅰ施加向下的力，另一端由加力砝码Ⅱ通过定滑轮施加向上的力，所述加力砝码Ⅰ和加力砝码Ⅱ重量相同。

7.根据权利要求6所述的材料剪应变多点激光检测装置，其特征在于：所述标尺安装于一标尺架，且标尺左右和上下位置可调。

8.根据权利要求7所述的材料剪应变多点激光检测装置，其特征在于：所述标尺表面设有荧光层。

9.根据权利要求8所述的材料剪应变多点激光检测装置，其特征在于：所述反射镜支座为高度可调的套管结构，所述套管结构的反射镜支座设有将其锁紧的锁紧螺钉Ⅰ，反射镜支座通过滑板设置于一基础之上，所述滑板沿激光光路横向设有滑槽Ⅰ，所述反射镜支座下端以可沿滑槽Ⅰ往复滑动的方式单自由度配合，并设有用于将反射镜支座固定锁紧于滑槽Ⅰ的锁紧螺钉Ⅱ，所述滑板以可沿前后滑动的方式单自由度设置于基础，并设有锁紧螺钉Ⅲ；所述反射镜通过耳轴可转动的方式设置于反射镜支座，所述耳轴设有锁紧螺钉Ⅳ；

所述标尺架为高度可调的套管结构，所述套管结构的标尺架设有将其锁紧的锁紧螺钉Ⅴ，所述标尺架以可横向滑动的方式单自由度设置于一标尺架座，并设有锁紧螺钉Ⅵ。

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