CN103454142A - Ⅲ型断裂测试实验用试件支撑装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Ⅲ型断裂测试实验用试件支撑装置，包括加载支撑架、辅助杆、钢珠、支撑块和底座；底座为长方形厚板，一对L型的加载支撑架、三个圆柱型的辅助杆、一对正方体的支撑块均连接于底座上；本发明结构简单，并非着眼于通过复杂的结构实现试验要求，而是将有限的结构简单的零件通过巧妙的组合，满足试验要求，在加工制造方便和节省成本的同时也增加的该装置的可靠性；且本发明能够保证支撑及加载位置的对称性，以确保为时间提供近似纯剪切载荷，能够较好的应用于Ⅲ型断裂测试实验，并且应用普通材料试验机即可完成实验。

Description

Ⅲ型断裂测试实验用试件支撑装置
技术领域
本发明属于本发明设计固体力学基本力学特性测试领域，特别是一种Ⅲ型断裂测试实验用试件支撑装置。
背景技术
材料断裂韧性是断裂力学的一个基本参数，是材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量，也是材料抵抗脆性破坏的韧性参数。它和裂纹本身的大小、形状及外加应力大小无关。是材料固有的特性，只与材料本身、热处理及加工工艺有关。是应力强度因子的临界值。常用断裂前物体吸收的能量或外界对物体所作的功表示。
基本的断裂模式有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型。Ⅰ型断裂也叫张开型断裂（open mode），是一种最为危险也是研究最为深入的断裂模式。Ⅱ型断裂也叫滑移型断裂（slide mode），Ⅲ型断裂也叫撕裂型断裂（twist mode），它们都和剪切应力有关。关于Ⅰ型、Ⅱ型断裂基本参数的测量有了长足的发展，测试方法较同意有些已经形成标准，如用于测量Ⅰ型断裂参数的紧凑拉伸实验，单边切口拉伸实验、双边切口拉伸实验、单边切口三点弯曲实验，中心裂纹压缩试验等；用于测量Ⅱ型断裂参数的单剪切实验、双剪切实验，侧边开口三点弯曲实验等。
关于Ⅲ型裂纹开裂的研究比较少，未能形成统一的标准及方法。目前用的方法有：滑道式裂纹剪切（crack rail shear）、悬臂梁开裂（split cantilever beam）剪切、边裂纹扭转（edge crack torsion）、倾斜裂纹拉伸（slant notch tension）等，然而这些方法存在一定的缺陷。有的不能提供纯剪切应力，断裂不再是简单的Ⅲ型断裂，变成复合型断裂。有的则是受试件及材料本身特性的限制，在实验过程中发生Ⅰ型、Ⅱ型断裂，导致实验成功率低。或者实验需要专有的实验设备，无法再万能实验机上完成。因此有必要对Ⅲ型裂纹断裂韧性的测试试件及实验方法做出改进。
试验夹具试验有效进行的保障，针对板条状试件文献“Mode III interlaminar fractureof carbon/epoxy laminates using the edge crack torsion(ECT)test”（de Morais,A.B.,et al.，Composites Science and Technology，69（5），2009:670-676.）及"Investigation of mode IIIfracture toughness using an anti-clastic plate bending method."（Farshad,M.,and P.Flüeler.Engineering fracture mechanics，60（5），1998:597-603.）应用的两种支撑装置，然而对于这两种试验装置容易出现滑脱，对中性及对称性不好，并且不能加载力与支撑力的对称性，因此针对以上问题有必要对这种装置进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够保证支撑及加载位置的对称性，且结构简单，加工方便，节省成本的Ⅲ型断裂测试实验用试件支撑装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种Ⅲ型断裂测试实验用试件支撑装置，包括加载支撑架、辅助杆、钢珠、支撑块和底座；底座为长方形厚板，一对L型的加载支撑架、三个圆柱型的辅助杆、一对正方体的支撑块均连接于底座上；一对加载支撑架沿对角线对称设置于在底座的一对对角上，一对支撑块沿对角线对称设置于在底座的另一对对角上；一个辅助杆设置在靠近底座的一个较短的边上；另两个辅助杆靠近底座的一个较长的边上，并平行于该边分布；所有辅助杆的轴线均垂直于底座；所有加载支撑架长面的顶端与底座连接，另一面于底座平行并位与底座正上方，其上开有圆柱形导引孔，导引孔的轴线垂直于底座；所有支撑块上加工半球凹槽，钢珠自由放置于支撑块上与凹槽配合，钢珠的最顶端位于同一水平面；一对加载支撑架与底座平行的面上开有导引孔，导引孔的轴线在底座上的垂直投影与一对钢珠最顶端点在底座上投影形成一个矩形；所有辅助杆位于上述矩形区域之外。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
（1）本发明结构简单，并非着眼于通过复杂的结构实现试验要求，而是将有限的结构简单的零件通过巧妙的组合，满足试验要求，在加工制造方便和节省成本的同时也增加的该装置的可靠性；
（2）本发明能够保证支撑及加载位置的对称性，以确保为时间提供近似纯剪切载荷。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明一种Ⅲ型断裂测试实验用试件支撑装置的轴测图。
图2是本发明试件装夹及加载示意图。
具体实施方式
结合图1：
一种Ⅲ型断裂测试实验用试件支撑装置，包括加载支撑架1、辅助杆2、钢珠3、支撑块4和底座5；底座5为长方形厚板，一对L型的加载支撑架1、三个圆柱型的辅助杆2、一对正方体的支撑块4均连接于底座5上；一对加载支撑架1沿对角线对称设置于在底座5的一对对角上，一对支撑块4沿对角线对称设置于在底座5的另一对对角上；一个辅助杆2设置在靠近底座5的一个较短的边上；另两个辅助杆2靠近底座5的一个较长的边上，并平行于该边分布；所有辅助杆2的轴线均垂直于底座5；所有加载支撑架1长面的顶端与底座5连接，另一面于底座5平行并位与底座5正上方，其上开有圆柱形导引孔，导引孔的轴线垂直于底座5；所有支撑块4上加工半球凹槽，钢珠3自由放置于支撑块4上与凹槽配合，钢珠3的最顶端位于同一水平面；一对加载支撑架1与底座5平行的面上开有导引孔，导引孔的轴线在底座5上的垂直投影与一对钢珠3最顶端点在底座上投影形成一个矩形；所有辅助杆2位于上述矩形区域之外。2、根据权利要求1所述的一种Ⅲ型断裂测试实验用试件支撑装置，其特征在于，加载支撑架1、辅助杆2、钢珠3、支撑块4均胶粘在底座5上。
试件的装夹及加载见图2。平板型试件自由放置于钢珠3上，加载杆通过导引孔对试件进行加载，直至试件断裂。
实践证明，本发明一种Ⅲ型断裂测试实验用试件支撑装置能够用于Ⅲ型裂纹断裂韧性的测试，而且实验成功率相对于其它实验方法有较高的成功率，同时等保证纯剪切加载，操作简单易行，有利于实验系统误差的消除。同时本发明能在一般万能试验机上完成实验，并且本发明一种Ⅲ型断裂测试实验用试件支撑装置亦可应用于剪切试验试件的装夹。
实施例：
本发明一种Ⅲ型断裂测试实验用试件支撑装置，应用于粘接的粘接界面Ⅲ型断裂能量释放率及Ⅲ型裂纹断裂韧性测量中，试验中平板试件长100mm，宽80mm，制作钢结构的Ⅲ型断裂测试实验用试件支撑装置。包括加载支撑架1、辅助杆2、钢珠3、支撑块4和底座5；底座5为长方形厚板，一对L型的加载支撑架1、三个圆柱型的辅助杆2、一对正方体的支撑块4均连接于底座5上；一对加载支撑架1沿对角线对称设置于在底座5的一对对角上，一对支撑块4沿对角线对称设置于在底座5的另一对对角上；一个辅助杆2设置在靠近底座5的一个较短的边上；另两个辅助杆2靠近底座5的一个较长的边上，并平行于该边分布；所有辅助杆2的轴线均垂直于底座5；所有加载支撑架1长面的顶端与底座5连接，另一面于底座5平行并位与底座5正上方，其上开有圆柱形导引孔，导引孔的轴线垂直于底座5；所有支撑块4上加工半球凹槽，钢珠3自由放置于支撑块4上与凹槽配合，钢珠3的最顶端位于同一水平面；一对加载支撑架1与底座5平行的面上开有导引孔，导引孔的轴线在底座5上的垂直投影与一对钢珠3最顶端点在底座上投影形成一个矩形；所有辅助杆2位于上述矩形区域之外，底座长160mm，宽140mm。辅助杆直径10mm，导引孔直径10mm，其他尺寸为自由尺寸保证各结构之间不相互干涉。实践证明，本发明一种Ⅲ型断裂测试实验用试件支撑装置能很好的应用于粘接的粘接界面Ⅲ型断裂能量释放率及Ⅲ型裂纹断裂韧性测量中，试件沿设计的方向断开，证明本支撑装置的有效性。

Claims (2)

1.一种Ⅲ型断裂测试实验用试件支撑装置，其特征在于，包括加载支撑架（1）、辅助杆（2）、钢珠（3）、支撑块（4）和底座（5）；底座（5）为长方形厚板，一对L型的加载支撑架（1）、三个圆柱型的辅助杆（2）、一对正方体的支撑块（4）均连接于底座（5）上；一对加载支撑架（1）沿对角线对称设置于在底座（5）的一对对角上，一对支撑块（4）沿对角线对称设置于在底座（5）的另一对对角上；一个辅助杆（2）设置在靠近底座（5）的一个较短的边上；另两个辅助杆（2）靠近底座（5）的一个较长的边上，并平行于该边分布；所有辅助杆（2）的轴线均垂直于底座（5）；所有加载支撑架（1）长面的顶端与底座（5）连接，另一面于底座（5）平行并位与底座（5）正上方，其上开有圆柱形导引孔，导引孔的轴线垂直于底座（5）；所有支撑块（4）上加工半球凹槽，钢珠（3）自由放置于支撑块（4）上与凹槽配合，钢珠（3）的最顶端位于同一水平面；一对加载支撑架（1）与底座（5）平行的面上开有导引孔，导引孔的轴线在底座（5）上的垂直投影与一对钢珠（3）最顶端点在底座上投影形成一个矩形；所有辅助杆（2）位于上述矩形区域之外。
2.根据权利要求1所述的一种Ⅲ型断裂测试实验用试件支撑装置，其特征在于，加载支撑架（1）、辅助杆（2）、钢珠（3）、支撑块（4）均胶粘在底座（5）上。
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