CN102338721B - 用于玻璃管或玻璃棒临界冲击破损能量测量方法与装置 - Google Patents

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用于玻璃管或玻璃棒临界冲击破损能量测量方法与装置属于玻璃材料力学性能测量领域。该装置包括带有水平调节螺钉的底座，底座上方是前后调节机构，横梁放在前后调节机构上，两个能在横梁上左右移动的U形支架对称安装在横梁上，用于承装玻璃管或玻璃棒的上述两个U形支架通过螺钉固定在横梁上；底座一侧安装有竖直的机架，机架固定有垂直调节机构，钳口形摆锤通过转轴安装在机架上，数字显示系统包括数码显示器及位置感应器，该位置感应器与转轴相联结；钳口形摆锤在钳口内侧直边上内嵌或者焊接有楔形体，楔形体的前端为圆弧面，其圆弧为R＝2-6mm；钳口形摆锤的整体重心位于楔形体的圆弧面上。该装置实现了玻璃管或玻璃棒的临界冲击破损能量的测量。

Description

用于玻璃管或玻璃棒临界冲击破损能量测量方法与装置
技术领域
用于玻璃管或玻璃棒临界冲击破损能量测量方法与装置，其属于玻璃材料力学性能测量技术领域。
背景技术
玻璃材料属于脆性材料，其冲击强度是玻璃材料使用过程中的薄弱环节，其是评价玻璃材料或玻璃制品使用安全性的重要指标，因此准确测量玻璃材料的临界冲击破损能量具有重要意义，
目前，对于玻璃制品有三种典型的冲击强度测量方法，主要包括：安全玻璃使用的散弹冲击实验方法；平板玻璃使用的落球冲击实验方法；瓶罐使用的摆锤冲击实验方法。
安全玻璃的散弹冲击实验方法是用于评价平板形或弧形平板钢化玻璃或夹层安全玻璃的主要方法，是通过侧向摆动冲击作用，使用5-10公斤升至更高质量的散弹模拟外来冲击物的作用能量，将散弹系于绳索一端，将其提升到较高位置，然后进行释放，通过散弹侧向摆动动能作用于倾斜放置的安全玻璃上，用于评价玻璃的安全可靠性，其测量结果表现为破损与不破损两种形式，其测量过程仅能通过调整散弹高度或散弹的质量方式，来不断改变冲击能量；落球冲击实验方法，通过钢球自由落体方式垂直作用于平板玻璃表面上，主要用于平板玻璃或钢化玻璃抗冲击性能评价，作用质量包括110g、227g、500g等几种规格的钢球，其测量结果也仅为破损与不破损两种表征形式；玻璃瓶罐使用的摆锤冲击实验方法，该方法主要用于玻璃瓶罐的抗冲击性能的测量，玻璃瓶罐垂直固定于实验机上，将摆锤提升到相应高度，使其具有初始势能，然后释放，通过摆锤侧向冲击玻璃瓶罐的瓶肩或瓶身，其测量结果也仅表现为破损与不破损两种形式。因此，上述三种测量方法的测量结果仅为“破损”和“不破损”两种表征形式，所以三种实验方法都属于定性测量方法。
上述三种方法不能用于玻璃管或玻璃棒临界冲击破损能量的精确测量的主要原因在于，玻璃管或玻璃棒属于圆形产品，只有冲击物精确冲击作用于玻璃管或玻璃棒圆弧面顶点处，才能获得最为精确的临界冲击破损能量测量，否则由于作用点的不精确会导致冲击物在玻璃管或玻璃棒产生侧向滑移，这样会使测量结果大为增加，影响了对玻璃管或玻璃棒的临界值的精确测量。散弹冲击实验仪的散弹袋形状类似于梨状。体积大约有0.5-1.5L左右，内部承装不同规格的钢球等物质，其外部形状的具有复杂性和不确定性，很难确保其与玻璃管或玻璃棒的正交和刚性接触，甚至还会出现由于实验机稳定性不好，导致散弹袋不能精确命中在玻璃管或玻璃棒要求的位置，特别是对小规格的玻璃管或玻璃棒而言，存在的偏差更加明显；落球冲击实验方法，由于落球是自由落体运动，只有将整个机器水平调节良好，同时必须确保玻璃管或玻璃棒处于水平放置，玻璃管或玻璃棒轴线与钢球中心在一个平面内，才能确保是钢球正面冲击作用于玻璃管或玻璃棒顶部，而实际情况是很难保障的，主要由于现有工业水平还不能生产直线度很高玻璃管或玻璃棒，因此，大多数情况会出现钢球自由落体后撞击在玻璃管或玻璃棒的侧边，致使所产生的冲击破损能量大幅增加，不能客观反映玻璃管或玻璃棒的临界冲击破损能量；玻璃瓶罐摆锤冲击实验机，虽然基本可以实现正面撞击，其摆锤设计基本与榔头相近，榔头端部为钝性圆锥形，确保接触点精确，但是该机器很难垂直夹持不同规格的玻璃管或玻璃棒，对于测量玻璃管或玻璃棒直径小于30mm的制品，也依然存在不能包装保证撞击点的准确。
通过上述分析，发现上述三种典型冲击实验机除了不能保障冲击作用物与玻璃管或玻璃棒样品的精确正面接触，还有不能测量玻璃管或玻璃棒的临界冲击破损能量。
发明内容
本发明的钳口形摆锤冲击实验机，用于玻璃管或玻璃棒临界冲击破损能量的测量。其技术原理是利用钳口形摆锤所具有的初始冲击势能对玻璃管或玻璃棒等制品进行正交撞击，初始冲击势能要求大于玻璃管或玻璃棒临界冲击破损能量，玻璃管或玻璃棒等制品的冲击破损能量等于其破碎时所吸收的能量，钳口形摆锤剩余能量转化成摆锤上升能量，其表达式为：
E冲＝E初-E剩
式中，E冲-玻璃管或玻璃棒冲击破损能量，J；
E初-摆锤初始位置时的势能，J；
E剩-摆锤冲击所剩余能量，J；
用于玻璃管或玻璃棒临界冲击破损能量测量装置，其特征在于：包括带有水平调节螺钉的底座，底座上方是前后调节机构，横梁放在前后调节机构上，两个能在横梁上左右移动的U形支架对称安装在横梁上，用于承装玻璃管或玻璃棒的上述两个U形支架通过螺钉固定在横梁上；
底座的一侧安装有竖直的机架，机架固定有垂直调节机构，钳口形摆锤通过转轴安装在机架上，数字显示系统包括数码显示器以及位置感应器，该位置感应器与转轴相联结；
所述的钳口形摆锤在钳口内侧直边上内嵌或者焊接有楔形体，楔形体的前端为圆弧面，其圆弧为R＝2-6mm；钳口形摆锤的整体重心位于楔形体的圆弧面上。
两支架的间距为50-2000mm可调。
应用所述装置用于玻璃管或玻璃棒临界冲击破损能量测量方法，其特征在于：
玻璃管或玻璃棒平行于横梁放置，且与横梁保持50mm以上的间距，
通过具有初始势能的钳口形摆锤，对处于势能零点处的玻璃管或玻璃棒的进行垂直正交撞击，使玻璃管或玻璃棒产生破损，钳口形摆锤剩余能量转化成上升能量，玻璃管或玻璃棒的临界冲击破损能量就是玻璃管或玻璃棒受冲击时所吸收的能量，其表达式为：E冲＝E初-E剩，E冲为玻璃管或玻璃棒临界冲击破损能量；E初为钳口形摆锤初始位置的势能；E剩为钳口形摆锤所剩余的能量；
钳口形摆锤的冲击部位在钳口内侧直边的圆弧面上，且通过钳口形结构造型来实现摆锤的质量重心落在该圆弧面上。
本发明可以很好地实现玻璃管或玻璃棒的临界冲击破损能量的测量。
附图说明
图1钳口形摆锤冲击实验机结构示意图。
1-水平调节螺钉；2-底座；3-横梁；4-支架；5-前后调节机构；6-机架；7-钳口形摆锤；8-垂直调节机构；9-数字显示系统；10-玻璃管或玻璃棒；
图2钳口形摆锤与玻璃管冲击时结构示意图。
具体实施方式
钳口形摆锤冲击实验机主要由底座、水平调节、机架、钳口形摆锤、支架、垂直调节机构、前后调节机构、数字显示系统等部分构成。
摆锤设计成钳口形，主要为了使摆锤的质量重心部位处于摆锤的冲击面上，另外其钳口形状也能很好地满足对玻璃管或玻璃棒的外部轮廓特征，在正交冲击时，摆锤与玻璃管或玻璃棒不产生相互摩擦或干扰。摆锤的初始势能可以为0.35-100.0焦耳，主要与摆锤的初始质量和高度有关，其初始势能表达式为mgh，m是摆锤的质量，单位：公斤，g是重力加速度，h为摆锤重心初始位置到其自由下垂时的重心处高度差，单位：米。
底座采用金属铸造或钢板焊接而成的矩形，必须经过时效或热处理，解除其所生成的应力，底座用于承载机架、前后调节机构、横梁、支架、摆锤、垂直调节机构、数字显示系统。底座质量必须大于20公斤，确保实验机整体的稳定性。
水平调节螺钉固定于底座下方，采用三个水平调节螺钉，三个水平调节螺钉布置于底座下部的其中三个边的靠近外侧部位，三个水平调节螺钉布置为对称的等腰三角形。通过旋转水平调节螺钉来调节底座的升降，实现调节底座的水平目的。
调节机构分为垂直调节机构和前后调节机构，调节机构采用螺杆滑块结构，垂直调节机构的滑块承载摆锤上部机构，前后调节机构的滑块承载横梁和支架。垂直调节机构用于调节摆锤冲击接触点，该接触点即为摆锤的重心位置，前后调节机构确保摆锤在自由下垂时，摆锤的冲击面与玻璃管或玻璃棒外轮廓面刚好相接。
机架固定于底座的右侧，机架具有一定高度，高度在300-800mm。其用于固定垂直调节机构，还有转轴和数字显示系统。
横梁安装于前后调节机构的滑块上，支架安装于横梁上，横梁为钢质型材或铝质型材，支架用于承载直径4-300mm玻璃管或玻璃棒，玻璃管或玻璃棒平行于横梁放置且有间距，支架具有U型缺口，便于玻璃管或玻璃棒的支撑和放置，支架间距50-2000mm，并且可根据需要进行调节。
数字显示系统包括四位数码显示和位置感应器，位置感应器用于测量钳口形摆锤初始位置和冲击剩余能量使摆锤上升的最高位置。
所述的摆锤的冲击部位应为钳口形摆锤重心部位，所述部位内嵌于摆锤的钳口内侧直边上，该部位采用硬质合金材料淬火处理，其形状为楔形体，楔形体前端为圆弧面，圆弧尺寸为R＝2-6mm。
使用本发明的玻璃管或玻璃棒临界冲击破损能量测量装置，总计选取六种规格玻璃管或玻璃棒进行测试实验，按每组10只进行测量，取平均值，测量结果如表1所示。
表1
Figure BDA0000065852700000051

Claims (1)

1.一种应用用于玻璃管或玻璃棒临界冲击破损能量测量装置的测量方法，其特征在于：
用于玻璃管或玻璃棒临界冲击破损能量测量装置，包括带有水平调节螺钉的底座，底座上方是前后调节机构，横梁放在前后调节机构上，两个能在横梁上左右移动的U形支架对称安装在横梁上，用于承装玻璃管或玻璃棒的上述两个U形支架通过螺钉固定在横梁上；
底座的一侧安装有竖直的机架，机架固定有垂直调节机构，钳口形摆锤通过转轴安装在机架上，数字显示系统包括数码显示器以及位置感应器，该位置感应器与转轴相联结；
所述的钳口形摆锤在钳口内侧直边上内嵌或者焊接有楔形体，楔形体的前端为圆弧面，其圆弧为R=2-6mm；钳口形摆锤的整体重心位于楔形体的圆弧面上；
玻璃管或玻璃棒平行于横梁放置，且与横梁保持50mm以上的间距，
通过具有初始势能的钳口形摆锤，对处于势能零点处的玻璃管或玻璃棒的外轮廓面进行垂直正交撞击，使玻璃管或玻璃棒产生破损，钳口形摆锤剩余能量转化成上升能量，玻璃管或玻璃棒的临界冲击破损能量就是玻璃管或玻璃棒受冲击时所吸收的能量，其表达式为：E冲=E初-E剩，E冲为玻璃管或玻璃棒临界冲击破损能量;E初为钳口形摆锤初始位置的势能;E剩为钳口形摆锤所剩余的能量；
钳口形摆锤的冲击部位在钳口内侧直边上的楔形体圆弧面上，且通过钳口形结构造型来实现摆锤的质量重心落在该圆弧面上。
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