CN104048875A - 一种用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具，包括位于待测试样下部的支撑机构、以及位于待测试样上部的下压机构，所述支撑滑块与待测试样之间设置有顶推调节机构，所述顶推调节机构包括定位支座和定位螺柱，所述定位支座与支撑滑块连接，所述定位支座上设置有螺纹孔，所述定位螺柱与定位支座之间构成丝杆螺母机构。采用这样的结构，通过顶推调节机构主动顶推待测试样进行前后对中定位，具有调节结构简单、操作效率高、精度好的有益效果。

Description

一种用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具

技术领域

本发明涉及一种用于非均匀材料裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的装置，尤其适用于非均匀材料三点或四点弯曲试样裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具。

背景技术

疲劳失效是机械构件失效的主要方式之一，因此也是材料力学领域研究的重点之一，为了表征材料抗疲劳断裂的特征以及评估构件的疲劳寿命，通常需要测试材料试样的疲劳裂纹扩展速率曲线，一些场合需要用到三点弯曲或四点弯曲试验，此外，对于一些特殊，如非均质材料（比如经感应淬火的钢构件表面淬火层）、梯度材料疲劳寿命的测试，也需要采用三点弯曲或四点弯曲试验。

现有的用于三点弯曲或四点弯曲试验的夹具包括下部支撑结构、上部下压机构两大部分，然而，其存在以下不足之处：

1、在试验过程中，弯曲试样必须保证在压头居中位置，才能保证试验数据的准确性，现有弯曲夹具中没有用于调节弯曲试样的对中调节工具，无法解决试样前后位置定位问题，而采用铅垂吊线的方式进行纵向定位操作麻烦，精度也不易保证；并且，由于柔绳悬吊铅锤的方式在定位前铅锤会随柔绳钟摆晃动，需要长时间才能静置稳定，试样对中操作效率低、耗时长；另外，采用这样的定位方式还容易因观测视角的不同出现定位偏差，因此实际定位精度难以保证。

2、现有弯曲夹具中，用于安装支辊的安装槽的横截面呈浅半圆弧形，这样的结构使得支辊必须通过设置外加固定装置使其固定、来避免支辊掉落，这样的连接结构复杂、拆装繁琐。

3、现有弯曲夹具上难以安装固定传感器，当需要对裂纹的变化进行测量时，通常需要在被测工件的侧壁上破坏性地开设安装槽，并通过安装槽固定传感器的方式，这样的方式不仅操作繁琐、而且必须破坏工件的表面，然而对于非均质材料来说，若希望测得包括表层材料的裂纹扩展曲线，则不能在试样表面开槽，只能外加固定传感器的装置，因此现有的试验夹具无法满足这样的试验需求。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述不足之处，提供一种快速定位、拆装方便、结构简单的用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具。

更进一步，本发明还提供一种支辊固定简单可靠的用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具；

更进一步，本发明还提供无需对试样表面进行破坏、即可外加固定传感器，以满足非均质材料试样包括表层材料的裂纹扩展曲线等参数的测试需求的用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具，包括位于待测试样下部的支撑机构、以及位于待测试样上部的下压机构，所述支撑机构包括支撑杆，所述支撑杆连接有支撑座，所述支撑座上方设置有支撑滑块，所述支撑滑块上设置有向上开口的第一弧面凹槽，所述第一弧面凹槽内设置有下支辊，所述下压机构包括压头，所述压头的下部设置有向下开口的第二弧面凹槽，所述第二弧面凹槽内设置有上支辊，所述待测试样夹持于下支辊和上支辊之间，所述支撑滑块与待测试样之间设置有顶推调节机构，所述顶推调节机构包括定位支座和定位螺柱，所述定位支座与支撑滑块连接，所述定位支座上设置有螺纹孔，所述定位螺柱与定位支座之间构成丝杆螺母机构。采用这样的结构，通过顶推调节机构主动顶推待测试样进行前后对中定位，具有调节结构简单、操作效率高、精度好的有益效果。

优选的，所述顶推调节机构的数量为两组，两组顶推调节机构中的定位螺柱的轴向分别平行于待测试样的轴向、以及待测试样的侧向。采用这样的结构，两个顶推调节机构在水平面上分别沿平行或垂直于待测试样轴线的方向进行顶推，有利于快速地对待测试样轴向、以及前后方向进行对中调节。

优选的，所述支撑座上设置有刻度标尺，所述刻度标尺能够测得位于定位支座与待测试样之间的定位螺柱的长度。采用这样的结构，通过刻度标尺的度数结合其他固定参数，能够准确地测得待测试样的对中情况，具有结构简单、操作简便、测量速度快、精度高的有益效果。

优选的，所述设置于支撑滑块上的第一弧面凹槽为过半圆弧凹槽。采用这样的结构，区别于现有技术中朝上设置浅半圆弧凹槽、或一定角度的凹槽来安装下支辊的方式，通过过半圆弧凹槽限制下支辊的自由度，省去了现有技术中单独需要弹簧等方式连接下支辊和第一弧面凹槽的方式，具有结构简单、拆装方便的有益效果。需要说明的是，此处的过半圆弧槽，是指第一弧面凹槽所对应的圆弧型线为优弧，下支辊在竖向限位于第一弧面凹槽内，即第一弧面凹槽限制下支辊相对于支撑滑块向上移动。

优选的，所述设置于压头下部的第二弧面凹槽为过半圆弧凹槽。采用这样的结构，区别于现有技术中开口朝下设置浅半圆弧凹槽、或半圆弧凹槽来安装上支辊、并单独通过弹簧固定连接的方式，直接通过过半圆弧凹槽限制上支辊的自由度，具有结构简单、拆装方便的有益效果。需要说明的是，此处的过半圆弧槽，是指第二弧面凹槽所对应的圆弧型线为优弧，上支辊在竖向限位于第二弧面凹槽内，即第二弧面凹槽限制上支辊相对于压头向下移动。

优选的，所述设置于压头下部的第二弧面凹槽和上支辊的数量为一组或两组。采用这样的结构，能够进行三点弯曲测试或四点弯曲测试。

优选的，所述支撑座的上方设置有凸块，所述凸块沿待测试样的轴向延伸，所述支撑滑块的底部设置有内凹的滑槽，所述滑槽与凸块滑动配合。采用这样的结构，具有结构简单、拆装方便、易于调节的有益效果。

优选的，所述凸块与支撑座之间通过水平设置的连接螺柱连接，所述凸块的侧壁上设置有安装槽，所述连接螺柱的头部置于安装槽内，所述滑槽两侧的支撑座上设置有水平方向的通槽，所述连接螺柱穿过该通槽后在支撑座的外侧通过螺母紧固。采用这样的结构，在通过连接螺柱外接螺母的方式，实现支撑滑块和支撑座之间滑移、锁定的同时，由于连接螺柱的头部置于整体内部，具有结构简单、小巧、拆装方便的有益效果，并且连接螺柱是沿水平方向设置，拆装过程中不易与其他结构、待测试样等物体发生干涉。

优选的，所述支撑滑块的数量为两个，所述两个支撑滑块分别设置于待测试样的左右两端。凸块上设有标尺，采用这样的结构，方便调节滑块之间的距离。

优选的，所述待测试样上设置有用于夹持传感器的第一套管和第二套管，所述第一套管和第二套管分别设置于待测试样的左、右两侧，所述第一套管和第二套管相邻的两个端面均为朝上倾斜的斜面，所述传感器夹持于第一套管和第二套管相邻的两个端面之间。采用这样的结构，通过在待测试样的外围套设套管的方式建立起传感器的固定基础，相比于现有技术中对待测试样破坏性开设缺口的方式，具有结构简单、操作方便快捷的有益效果，尤其体现在传感器的设置不会对测试结果（尤其是非均质材料的待测试样）造成太大影响。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

 1、通过顶推调节机构主动顶推待测试样进行前后对中定位，使得本发明具有调节结构简单、操作效率高、精度好的有益效果，尤其是通过两组顶推调节机构在水平面上分别沿平行和垂直于待测试样轴线的方向进行顶推，有利于快速地对待测试样轴向、以及前后方向进行对中调节。

2、通过刻度标尺的读数结合其他固定参数，能够准确地测得待测试样的对中情况，具有结构简单、操作简便、测量速度快、精度高的有益效果。对于用于同批相同形状和尺寸的待检测试样，仅需一次定位，大大提高了操作效率。

3、区别于现有技术中朝上设置浅半圆弧凹槽、或半圆弧凹槽来安装下支辊的方式，本发明通过过半圆弧凹槽限制下支辊的自由度，省去了现有技术中单独需要弹簧等方式连接下支辊和第一弧面凹槽的方式，具有结构简单、拆装方便的有益效果。

4、由于连接螺柱的头部置于整体内部，具有结构简单、小巧、拆装方便的有益效果，并且连接螺柱是沿水平方向设置，拆装过程中不易与其他结构、待测试样等物体发生干涉。

5、通过在待测试样的外围套设套管的方式建立起传感器的固定基础，相比于现有技术中对待测试样破坏性开设缺口的方式，具有结构简单、操作方便快捷的有益效果，尤其体现在传感器的设置不会对测试结果（尤其是非均质材料的待测试样）造成太大影响。

附图说明

图1为本发明的结构主示意图；

图2为本发明的结构左视图；

图3为本发明中支撑座的结构示意图；

图4为本发明中支撑滑块上部第一弧面凹槽的结构示意图。

图中标记：支撑杆—1；支撑座—2；支撑滑块—3；第一弧面凹槽—4；下支辊—5；压头—6；第二弧面凹槽—7；上支辊—8；待测试样—9；定位支座—10；定位螺柱—11；凸块—12；滑槽—13；安装槽—14；螺母—15；第一套管—16；第二套管—17；传感器—18；连接螺柱—19。 

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1至图4所示，本实施例一种用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具，包括位于待测试样9下部的支撑机构、以及位于待测试样9上部的下压机构，本实施例中，待测试样9为长方体块，支撑机构包括支撑杆1，支撑杆1连接有支撑座2，支撑座2上方设置有支撑滑块3，其中，在测试时支撑滑块3能够相对于支撑杆1、以及支撑座2平移，支撑滑块3上设置有向上开口的第一弧面凹槽4，第一弧面凹槽4内设置有下支辊5，本实施例中，设置于支撑滑块3上的第一弧面凹槽4为过半圆弧凹槽，过半圆弧凹槽的上端限制下支辊5向上脱出的自由度，此处的过半圆弧槽，是指第一弧面凹槽4所对应的圆弧型线为优弧，下支辊5在竖向限位于第一弧面凹槽4内，即第一弧面凹槽4限制下支辊5相对于支撑滑块3向上移动。

本实施例中的下压机构包括压头6，压头6的下部设置有向下开口的第二弧面凹槽7，第二弧面凹槽7内设置有上支辊8，如图4所示，本实施例中设置于压头6下部的第二弧面凹槽7为过半圆弧凹槽，区别于现有技术中开口朝下设置浅半圆弧凹槽、或半圆弧凹槽来安装上支辊8、并单独通过弹簧固定连接的方式，直接通过过半圆弧凹槽限制上支辊8的自由度，具有结构简单、拆装方便的有益效果，需要说明的是，此处的过半圆弧槽，是指第二弧面凹槽7所对应的圆弧型线为优弧，上支辊8在竖向限位于第二弧面凹槽7内，即第二弧面凹槽7限制上支辊8相对于压头6向下移动，待测试样9夹持于下支辊5和上支辊8之间，本实施例中设置于压头6下部的第二弧面凹槽7和上支辊8的数量为一组，在其余实施方式中，第二弧面凹槽7和上支辊8的数量可以是两组，这样能够进行三点弯曲测试或四点弯曲测试。

在支撑滑块3与待测试样9之间设置有顶推调节机构，顶推调节机构包括定位支座10和定位螺柱11，定位支座10与支撑滑块3连接，定位支座10上设置有螺纹孔，定位螺柱11与定位支座10之间构成丝杆螺母15机构，通过顶推调节机构主动顶推待测试样9进行前后对中定位，具有调节结构简单、操作效率高、精度好的有益效果，具体的，顶推调节机构的数量为两个，两组顶推调节机构中的定位螺柱11的轴向分别平行于待测试样9的轴向、以及待测试样9的侧向，即：两组顶推机构分别沿长条状待测试样9的轴向方向、以及前后的方向进行顶推调节，快速地对待测试样9轴向、以及前后方向进行对中调节。

为了更加方便、精确地进行对中调节，在支撑滑块3上设置有刻度标尺，刻度标尺能够测得位于定位支座10与待测试样9之间的定位螺柱11的长度。通过刻度标尺的度数结合其他固定参数，具体的，预先测出待测试样9上裂纹基准位与待测试样9轴向端部的间距，该间距与位于定位支座10与待测试样9之间的定位螺柱11的长度之和等于定位支座10与压力头的间距时，此时的待测试样9已准确对中，这样具有结构简单、操作简便、测量速度快、精度高的有益效果。

如图3所示，本实施例中，支撑滑块3与支撑块的连接方式如下：支撑座2的上方设置有凸块12，凸块12沿待测试样9的轴向延伸，支撑滑块3的底部设置有内凹的滑槽13，滑槽13与凸块12配合滑动，这样具有结构简单、拆装方便、易于调节的有益效果，凸块12与支撑滑块2之间通过水平设置的连接螺柱19连接，凸块12的侧壁上设置有安装槽14，连接螺柱19的头部置于安装槽14内，滑槽13两侧的支撑座2上设置有水平方向的通孔，连接螺柱19穿过该通槽后在支撑座2的外侧通过螺母15紧固。采用这样的结构，在通过连接螺柱19外接螺母15的方式，实现支撑滑块3和支撑座2之间滑移、锁定的同时，由于连接螺柱19的头部置于整体内部，具有结构简单、小巧、拆装方便的有益效果，并且连接螺柱19是沿水平方向设置，拆装过程中不易与其他结构、待测试样9等物体发生干涉，本实施例中，支撑滑块3的数量为两个，两个支撑滑块3分别设置于待测试样9的左右两端，待测试样9上设置有用于夹持传感器18的第一套管16和第二套管17，第一套管16和第二套管17通过螺钉固定在待测试样9上，第一套管16和第二套管17上设置有螺钉，第一套管16和第二套管17分别通过螺钉设置于待测试样9轴向两侧，第一套管16和第二套管17相邻的两个端面均为朝上倾斜的斜面，传感器18夹持于第一套管16和第二套管17相邻的两个端面之间，通过在待测试样9的外围套设套管的方式建立起传感器18的固定基础，相比于现有技术中对待测试样9破坏性开设缺口的方式，具有结构简单、操作方便快捷的有益效果，尤其体现在传感器18的设置不会对测试结果（尤其是非均质材料的待测试样9）造成太大影响。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具，包括位于待测试样下部的支撑机构、以及位于待测试样上部的下压机构，所述支撑机构包括支撑杆，所述支撑杆连接有支撑座，所述支撑座上方设置有支撑滑块，所述支撑滑块上设置有向上开口的第一弧面凹槽，所述第一弧面凹槽内设置有下支辊，所述下压机构包括压头，所述压头的下部设置有向下开口的第二弧面凹槽，所述第二弧面凹槽内设置有上支辊，所述待测试样夹持于下支辊和上支辊之间，其特征在于：所述支撑滑块与待测试样之间设置有顶推调节机构，所述顶推调节机构包括定位支座和定位螺柱，所述定位支座与支撑滑块连接，所述定位支座上设置有螺纹孔，所述定位螺柱与定位支座之间构成丝杆螺母机构。

2.根据权利要求1所述的用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具，其特征在于：所述顶推调节机构的数量为两组，两组顶推调节机构中的定位螺柱的轴向分别平行于待测试样的轴向、以及待测试样的侧向。

3.根据权利要求1所述的用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具，其特征在于：所述支撑滑块上设置有刻度标尺，所述刻度标尺能够测得位于定位支座与待测试样之间的定位螺柱的长度。

4.根据权利要求1所述的用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具，其特征在于：所述设置于支撑滑块上的第一弧面凹槽为过半圆弧凹槽。

5.根据权利要求1所述的用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具，其特征在于：所述设置于压头下部的第二弧面凹槽为过半圆弧凹槽。

6.根据权利要求5所述的用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具，其特征在于：所述设置于压头下部的第二弧面凹槽和上支辊的数量为一组或两组。

7.根据权利要求1至6中任一所述的用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具，其特征在于：所述支撑座的上方设置有凸块，所述凸块沿待测试样的轴向延伸，所述支撑滑块的底部设置有内凹的滑槽，所述滑槽与凸块滑动配合。

8.根据权利要求7所述的用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具，其特征在于：所述凸块与支撑座之间通过水平设置的连接螺柱连接，所述凸块的侧壁上设置有安装槽，所述连接螺柱的头部置于安装槽内，所述滑槽两侧的支撑座上设置有水平方向的通槽，所述连接螺柱穿过该通槽后在支撑座的外侧通过螺母紧固。

9.根据权利要求8所述的用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具，其特征在于：所述支撑滑块的数量为两个，所述两个支撑滑块分别设置于待测试样的左右两端。

10.根据权利要求7所述的用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具，其特征在于：所述待测试样上设置有用于夹持传感器的第一套管和第二套管，所述第一套管和第二套管分别设置于待测试样的左、右两侧，所述第一套管和第二套管相邻的两个端面均为朝上倾斜的斜面，所述传感器夹持于第一套管和第二套管相邻的两个端面之间。