CN103776695A - 生物材料压缩试验缸及实验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物材料压缩试验缸及实验方法，该生物材料压缩试验缸可以通过平压头在缸体中的竖直下压实现对生物材料试件的竖直下压，从而有效避免因压头倾斜而导致轴压施加不均匀；通过两个千分尺测微头在互相垂直两个方向上的定位操作实现试件轴线与加载力作用线的对齐，从而避免因试件偏心受压而导致试验结果产生偏差；通过在缸体内表面和平压头外表面设置润滑涂层来减小试件端面摩擦力，从而减小摩擦力对试验结果的影响。

Description

生物材料压缩试验缸及实验方法
技术领域
本发明涉及一种试验缸，特别是涉及配合材料试验机对生物材料进行实验时使用的压缩试验缸。
本发明还涉及利用上述的试验缸进行生物材料压缩试验的方法，属于宏观力学性能测试技术领域。
技术背景
压缩试验是测定材料在轴向静压力作用下的力学性能的试验，是材料机械性能试验的基本方法之一。通过压缩试验可以测量出材料的压缩强度极限、弹性模量、比例极限等力学性能。目前常用的压缩试验方法是两端平压法，该方法在对均质材料进行压缩试验时具有较高适用性，但是对非均匀材料（例如生物材料）进行压缩试验时容易出现试件偏心受压、轴压施加不均匀等问题。本发明的技术背景如下。
第一、常规压缩试验采用两端平压法进行试验，由于压头只靠丝杠连接，在压缩过程中无法保证压头完全水平。此外，由于生物材料的非均匀性，在对此类材料进行压缩试验时压头容易倾斜，这使得轴压施加不均匀，从而影响试验结果。
第二、在以往压缩试验中并没有一种明确的方法来调整试件的中心线与载荷施加轴线对齐，偏心受压影响试验结果。由于压缩试件（尤其是生物材料试件）往往尺寸较小，偏心受压对试验结果影响更为明显。
第三、在压缩试验中，试样端面存在较大的摩擦力，它们阻碍着试样上部及下部的横向变形，影响试验结果。试样越短影响越大，为减少摩擦力的影响，一般规定试样的长度与直径的比为1～3。但是对于生物材料试件来说，有时尺寸无法达到上述要求，这就使得试件端面摩擦力对试验结果产生较大影响，导致测得的抗压强度、弹性模量等力学性能往往较实际偏高。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种生物材料压缩试验缸及实验方法，该生物材料压缩试验缸可以通过平压头在缸体中的竖直下压实现对生物材料试件的竖直下压，从而有效避免因压头倾斜而导致轴压施加不均匀；通过两个千分尺测微头在互相垂直两个方向上的定位操作实现试件轴线与加载力作用线的对齐，从而避免因试件偏心受压而导致试验结果产生偏差；通过在缸体内表面和平压头外表面设置润滑涂层来减小试件端面摩擦力，从而减小摩擦力对试验结果的影响。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为一种生物材料压缩试验缸及实验方法，其中，生物材料压缩试验缸包括缸体、平压；所述支撑环、螺孔置于平压头上；置物口、螺纹通孔、千分尺测微头置于缸体上；具体而言，缸体内表面和平压头外表面涂有润滑剂；平压头设有两道支撑环，平压头顶部设有螺孔；缸体底部设有用于取放试件的置物口，缸体底部设有四组相互对称的螺纹通孔，螺纹通孔上装有千分尺测微头。
相邻位置的螺纹通孔夹角为90度。
平压头顶部螺孔与力学试验机夹头相匹配。
所述平压头为圆台形。
所述试验缸进行压缩实验方法具体步骤如下，
S1将平压头顶部螺孔与力学试验机上夹头连接好，将缸体放置在实验台上，启动力学试验机；
S2调节平压头进入缸体，固定缸体并将试件通过置物口放置在缸体内底面中心位置；
S3将两个千分尺测微头分别安装在两个分布在缸体两侧的螺纹通孔上，同时同速度旋转两个千分尺测微头的粗调旋钮，待两个千分尺测微头端部与试件接触时，旋转保护旋钮直至棘轮发出声音，将两个千分尺测微头卸下，安装到另外两个螺纹通孔上重复上述操作；
S4完成后将千分尺测微头卸下，控制试验机加载，测得试件的应力-应变力学性能曲线。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
本发明采用平压头在缸体中的竖直下压实现对生物材料试件的竖直下压，从而有效避免因压头倾斜而导致轴压施加不均匀；以往压缩试验中由于压头只靠丝杠连接，在压缩过程中无法保证压头完全水平。此外，由于生物材料的非均匀性，在对此类材料进行压缩试验时压头容易倾斜，这使得轴压施加不均匀，从而影响试验结果。以往压缩试验中并没有一种明确的方法来调整试件的中心线与载荷施加轴线对齐，如果不对齐将导致试件偏心受压，影响试验结果。由于生物材料试件往往尺寸较小，试件偏心受压对试验结果影响更为明显。此试验缸通过两个千分尺测微头在互相垂直两个方向上的定位操作实现试件轴线与加载力作用线的对齐，从而避免因试件偏心受压而导致试验结果产生偏差。
附图说明
图1生物材料压缩试验缸结构示意图。
图2小尺寸毛竹试件力学性能测试结果。
图3大尺寸毛竹试件力学性能测试结果。
图中：1、缸体，2、平压头，3、支撑环，4、螺孔，5、置物口，6、螺纹通孔，7、千分尺测微头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的生物材料压缩试验缸及利用该试验缸进行压缩试验的方法进行介绍。
如图1所示，一种生物材料压缩试验缸及实验方法，其中，生物材料压缩试验缸包括缸体1、平压头2；所述支撑环3、螺孔4置于平压头2上；置物口5、螺纹通孔6、千分尺测微头7置于缸体1上；具体而言，缸体1内表面和平压头2外表面涂有润滑剂；平压头2设有两道支撑环3，平压头2顶部设有螺孔4；缸体1底部设有用于取放试件的置物口5，缸体1底部设有四组相互对称的螺纹通孔6，螺纹通孔6上装有千分尺测微头7。
相邻位置的螺纹通孔6夹角为90度。
平压头2顶部螺孔4与力学试验机夹头相匹配。
所述平压头2为圆台形。
所述试验缸进行压缩实验方法具体步骤如下，
S1将平压头2顶部螺孔4与力学试验机上夹头连接好，将缸体1放置在实验台上，启动力学试验机；
S2调节平压头2进入缸体1，固定缸体1并将试件通过置物口5放置在缸体1内底面中心位置；
S3将两个千分尺测微头7分别安装在两个分布在缸体两侧的螺纹通孔6上，同时同速度旋转两个千分尺测微头7的粗调旋钮，待两个千分尺测微头7端部与试件接触时，旋转保护旋钮直至棘轮发出声音，将两个千分尺测微头7卸下，安装到另外两个螺纹通孔6上重复上述操作；
S4完成后将千分尺测微头7卸下，控制试验机加载，测得试件的应力-应变力学性能曲线。
实例一
利用材料试验机配合生物材料压缩试验缸进行小尺寸毛竹试件的压缩试验，将平压头与力学试验机夹头连接好后置于缸体内，并将缸体放置在实验台上，将长6.0毫米、宽4.5毫米、高13.0毫米的毛竹试件通过置物口放置在缸体内底面上，试件表面与两个分布在缸体两侧的螺纹通孔之间的连线垂直，将两个千分尺测微头分别安装在两个分布在缸体两侧的螺纹通孔上，同时同速度旋转两个测微头的粗调旋钮，待两个测微头与试件接触时，旋转保护旋钮直至棘轮发出声音，将两个测微头卸下，安装到另外两个螺纹通孔上重复上述操作，完成后将测微头卸下，控制试验机压头以50毫米/分钟的速度下降到试件上方大约5毫米位置，然后以5毫米/分钟的速度继续缓慢下降，并观察载荷示值，示值一上升就停止下降，将载荷和位移归零，设定试验速度为0.1毫米/分钟，开始加载，测得应力-应变曲线如图2所示。
实例二
利用材料试验机配合生物材料压缩试验缸进行小尺寸毛竹试件的压缩试验，将平压头与力学试验机夹头连接好后置于缸体内，并将缸体放置在实验台上，将长9.0毫米、宽7.0毫米、高20.0毫米的毛竹试件通过置物口放置在缸体内底面上，试件表面与两个分布在缸体两侧的螺纹通孔之间的连线垂直，将两个千分尺测微头分别安装在两个分布在缸体两侧的螺纹通孔上，同时同速度旋转两个测微头的粗调旋钮，待两个测微头与试件接触时，旋转保护旋钮直至棘轮发出声音，将两个测微头卸下，安装到另外两个螺纹通孔上重复上述操作，完成后将测微头卸下，控制试验机压头以50毫米/分钟的速度下降到试件上方大约5毫米位置，然后以5毫米/分钟的速度继续缓慢下降，并观察载荷示值，示值一上升就停止下降，将载荷和位移归零，设定试验速度为0.1毫米/分钟，开始加载，测得应力-应变曲线如图3所示。
上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所做出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种生物材料压缩试验缸，其特征在于：其中，生物材料压缩试验缸包括缸体（1）、平压头（2）；所述支撑环（3）、螺孔（4）置于平压头（2）上；置物口（5）、螺纹通孔（6）、千分尺测微头（7）置于缸体（1）上；具体而言，缸体（1）内表面和平压头（2）外表面涂有润滑剂；平压头（2）设有两道支撑环（3），平压头（2）顶部设有螺孔（4）；缸体1底部设有用于取放试件的置物口（5），缸体（1）底部设有四组相互对称的螺纹通孔（6），螺纹通孔（6）上装有千分尺测微头（7）。
2.一种生物材料压缩试验缸实验方法，其特征在于：所述试验缸进行压缩实验方法具体步骤如下，
S1将平压头（2）顶部螺孔（4）与力学试验机上夹头连接好，将缸体（1）放置在实验台上，启动力学试验机；
S2调节平压头（2）进入缸体（1），固定缸体（1）并将试件通过置物口（5）放置在缸体（1）内底面中心位置；
S3将两个千分尺测微头（7）分别安装在两个分布在缸体两侧的螺纹通孔（6）上，同时同速度旋转两个千分尺测微头（7）的粗调旋钮，待两个千分尺测微头（7）端部与试件接触时，旋转保护旋钮直至棘轮发出声音，将两个千分尺测微头（7）卸下，安装到另外两个螺纹通孔（6）上重复上述操作；
S4完成后将千分尺测微头（7）卸下，控制试验机加载，测得试件的应力-应变力学性能曲线。
3.根据权利要求1所述的一种生物材料压缩试验缸，其特征在于：相邻位置的螺纹通孔（6）夹角为90度。
4.根据权利要求1所述的一种生物材料压缩试验缸，其特征在于：平压头（2）顶部螺孔（4）与力学试验机夹头相匹配。
5.根据权利要求1所述的一种生物材料压缩试验缸，其特征在于：所述平压头（2）为圆台形。
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