CN105092394A - 一种弯曲断裂应变测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弯曲断裂应变测试装置，包括弯曲夹持单元，所述弯曲夹持单元上设有用于固定带材两端的两个带材固定端，其特征在于，还包括用于测量带材断裂半径的测量单元以及向测量单元传送断开信号的通断电路，所述通断电路断开的两电极端分别与对应的带材固定端连接；本发明方法和装置采用通断电路的断开来检测导电带材的断裂，相比于现有技术，操作更简单，检测精度更高，还提高了测量效率和适用性。

Description

一种弯曲断裂应变测试装置和方法

技术领域

本发明涉及材料应变测试领域，特别涉及一种弯曲断裂应变测试装置和方法。

背景技术

材料的力学性能检测是材料研发和应用的关键手段，进行科学、方便和精确的测量具有重要意义。各类材料都有其公认的检测方法和标准，比如金属和塑料等韧性较好材料的拉伸、压缩、弯曲、拉伸蠕变测试标准和方法，以及明显脆性的陶瓷材料的弯曲检测标准和方法等。各检测方法中都有相应形态材料的检测标准样品制备方法及尺寸。基于这些标准和方法，大多材料的检测设备都发展非常成熟，例如块体材料力学性能检测的万能试验机等。

对于厚度较小的带材和涂层，甚至更小的薄膜材料，尤其是脆性或韧性有限的材料，常规的拉伸、压缩和三点弯曲试验都难以满足检测要求。当前评价其韧脆性的常用方法是通过检测弯曲断裂半径或者弯曲角计算弯曲断裂应变，弯曲断裂半径检测的方便更加方便。通过检测弯曲断裂半径计算断裂应变的公式如下：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{t}{2r-t}$

其中：

t为带材的厚度，

r为弯曲试验中带的断裂半径。

带材断裂时两板的间距D＝2r。

准确检测带材和薄膜等的断裂应变，量化评价其韧脆性，对于非晶合金材料等的性能评价和机理研究等具有重要意义，然而，当前检测弯曲断裂半径和弯曲断裂角的设备都非常简陋，操作不便，且效率低，误差大，还没有可精确、方便检测弯曲断裂半径或弯曲断裂角的设备或装置。

例如申请号为200510066862.5的专利文献中采用常用弯曲断裂半径的检测方法评价了热处理后的非晶合金带材的韧脆性；申请号201420623094.3的专利文献公开了一种用于断裂韧性测试的三点弯曲试样夹持装置，包括设置于三点弯曲试验机上夹头上的上夹具，以及设置于三点弯曲试验机下夹头上的下夹具，下夹具上设置有支撑块，支撑块为两个，两个支撑块设置在下夹具的两端，每一个支撑块的端部开设有与用于支撑三点弯曲试样的支撑辊相匹配的凹槽。但是上述的装置对断裂都是人为判断，不仅操作不便，并且难以检测准确弯曲断裂半径，存在较大的误差。

功能材料2013年第16期44卷2416-2418报道了用两块直板弯曲的方法检测弯曲断裂角的装置，并取得了一些实验结果。然而，该检测装置非常简陋，操作和数据读取都不方便，而且由于弯曲速度等不可控，检测结果误差大，无法准确获得带材的韧脆性数据，难以满足量化分析要求。

因此，开发可精确检测、方便操作的弯曲断裂应变检测装置具有很大的必要性和意义。

发明内容

本发明提供了一种弯曲断裂应变测试装置，具有操作简单，检测精度高，效率高和适用性强等优点。

一种弯曲断裂应变测试装置，包括弯曲夹持单元，所述弯曲夹持单元上设有用于固定带材两端的两个带材固定端，还包括用于测量带材断裂半径的测量单元以及向测量单元传送断开信号的通断电路，所述通断电路断开的两电极端分别与对应的带材固定端连接。

本发明通过设置所述通断电路来检测导电带材的断裂，相比于现有技术中待人为发现断裂后再进行测量，测量的准确性大大提高。

测量单元以及弯曲夹持单元现有技术中形式多样，为了方便测量和计算，优选的，所述弯曲夹持单元包括两块相对且平行布置的压板以及驱动两压板相互靠近的驱动机构，所述两压板的相对面上分别设有相互配合的两个带材固定端。通过两压板来弯折带材来测量带材断裂半径，测量方式简单，为两压板间距的一半，只要直接测量两压板间距即可得到带材断裂半径，进而计算得到断裂应变值。

为了提高检测效率，优选的，相互配合的两个带材固定端设有至少两组，每组带材固定端连接有对应的通断电路，从而实现同时对多个带材样品进行检测。

所述驱动机构可采用的形式很多，只要可以实现压板的平移即可，为了制造使用方便，优选的，所述驱动机构为调速电机驱动蜗轮蜗杆、位移测量平台或万能试验机压头。上述三种结构为常见的平移机构，获取方便，使用方法简单。

所述测量单元在接收到断裂信号时工作，测量带材断裂半径，现有技术中，弯曲夹持单元的夹持形式很多，本发明中采用两压板对带材挤压时，测量此时两压板之间的距离即可计算得到带材断裂半径，而为了准确测量两压板之间距离，优选的，所述驱动机构匀速驱动压板，所述测量单元为记录所述驱动机构运行时间的记录仪。记录仪根据带材断裂时驱动机构驱动压板的移动时间，以及预先已知的压板的相对移动速度和初始间距，即可计算得到准确的带材断裂时两压板之间距离，比直接测量距离的方式精度更高。记录仪的数据可输出数据至PC电脑，也可不连接电脑，自行存储和读出数据。

也可以直接对距离进行测量，此时可以不考虑驱动机构的驱动方式和运行速度，可以简化结构，优选的，所述测量单元为测量两压板间距的红外测距传感器。

所述带材固定端的作用是为了对带材的端部进行固定，为了方便操作，优选的，所述带材固定端为永磁体。所述带材固定端通过吸附的方式对带材的端部进行固定，操作方便。

为了使带材端部牢固安装，优选的，所述永磁体嵌入对应的压板内，且上表面与压板表面齐平。

本发明还提供了一种弯曲断裂应变测试方法，具有操作过程简单，测试效率和测试精度高等优点。

一种弯曲断裂应变测试方法，使用如上述的弯曲断裂应变测试装置，包括以下步骤：

(1)将导电带材的两端分别固定在弯曲夹持单元的带材固定端上，导通通断电路；

(2)弯曲夹持单元弯折导电带材；

(3)导电带材断裂时通断电路断开，测量单元接收到断开信号，测量计算导电带材的断裂半径。

本发明方法采用通断电路的断开来检测导电带材的断裂，相比于现有技术中待人为发现断裂后在进行测量，测量的准确性大大提高。

为了进一步提高测量精度，优选的，步骤(2)中，所述弯曲夹持单元通过两压板匀速弯折导电带材；

步骤(3)中，测量计算导电带材的断裂半径的具体步骤为：

3-1、测量单元接收到断开信号时，记录弯曲夹持单元弯折导电带材的时间；

3-2、根据步骤3-1获取的弯曲时间，结合两压板的初始间距和两压板移动速度，计算得到带材断裂时两压板的间距，进而计算得到导电带材的断裂半径。

通过上述方法测量和计算导电带材的断裂半径，可以有效减小误差，相比于直接测量距离的方式精度更高。

本发明的装置和方法适用于于检测样品为热处理前后Fe基、FeCo、FeNi基、Al基，Au基、Ag基、Zr基，Ni基，Ti基和Cu基等非晶或纳米晶合金带材，以及其他金属或非金属脆性或韧性有限的材料。

本发明的有益效果：

本发明方法和装置采用通断电路的断开来检测导电带材的断裂，相比于现有技术，操作更简单，检测精度更高，还提高了测量效率和适用性。

附图说明

图1为实施例1的立体结构示意图。

图2为实施例1的结构示意图。

图3为实施例2的立体结构示意图。

图4为实施例3的立体结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，本实施例的弯曲断裂应变测试装置包括：上压板1，采用10mm不锈钢板，下压板2，采用10mm透明亚克力板，上、下压板的原始距离为50mm；上、下压板的平行度由两根限位轴8保持，上压板1在蜗杆7的驱动下上升和下降，蜗杆7的动力由调速电机6提供，转向通过一副蜗轮蜗杆调节，上压板1的上升和下降速度通过调速电机的转速调节控制。上述结构可以提高上、下压板移动稳定性和平行度，提高间距和移动时间的检测精度。

带材带材通过固定端3固定，固定端3采用钕铁硼永磁体，上、下固定端分别嵌入上、下压板，各顶面并与对应的压板面齐平。两个固定端分别与通断电路4断开的两电极连接，带材10、信号源和记录仪5通过两个固定端连接形成回路，通断电路4导通。

安装带材10后，通断回路4中产生电流，上压板1自初始位置下压过程中，通断回路4中电流保持，并由记录仪5记录电流接通的时间，当带材达到弯曲断裂后，通断回路4中的电流消失，记录仪记录下上压板1的移动时间。根据设定的上压板1的下行速度和电流的接通时间，即可计算出带材断裂时上、下压板间的距离，从而获得带材的弯曲断裂半径和弯曲断裂应变。为了提高检测效率，本实施例中，布置多组固定端和独立的通断回路，采用多通道信号源和记录仪，同时对多个带材进行检测，记录仪5的数据输出至PC电脑9进行计算。

使用本装置，在10mm/min的下行速度下，检测380℃热处理1小时的FeSiB非晶合金带材，带材的宽度为10mm，厚度为25um，检测结果为断裂时上、下压板间距为5.12mm,进而计算得到弯曲断裂半径为2.56mm，弯曲断裂应变为5.1％。

实施例2

如图3所示，本实施例除了驱动机构以外，其余结构与实施例1相同。

本实施例在上压板1和下压板2的两外侧设置连接固定端11，然后将连接固定端11安装到万能试验机的上、下压头上。

上压板1在万能试验机压头的带动下上升和下降，上压板1的上升和下降速度通过调调节万能试验机的参数控制。

安装上带材后，上压板1的原始位置由万能试验机记录，上压板1开始下行时通断回路4中产生电流，并由记录仪5记录电流接通的时间，当样品达到弯曲断裂后，通断回路4中的电流消失。根据设定的上压板1下行速度和电流的接通时间，即可计算出带材断裂时上下压板间的距离，从而获得带材的弯曲断裂半径和弯曲断裂应变，本实施例中，所有带材均断裂后，万能试验机的压头自动停止下行。

实施例3

如图4所示，本实施例除了驱动机构和测量单元以外，其余结构与实施例1相同。

本实施例中的两个连接固定端安装到手动摇臂的上、下头上，上压板1在手动摇臂的带动下上升和下降，上压板1的上升和下降速度通过调节摇动速度控制，本实施例中采用红外测距仪12之间测量上、下压板的间距。

安装上带材后，通断回路4中产生电流，当样品达到弯曲断裂后，通断回路4中的电流消失，断开信号控制红外测距仪12测量带材断裂时上、下压板间的距离，从而获得带材的弯曲断裂半径和弯曲断裂应变。

综上所述，上述实施例具有操作简单，检测精度高，效率高和适用性强等优点，适用于脆性或韧性有限的薄带、涂层和薄膜的弯曲断裂应变测试，尤其是平面流铸法制备的非晶和纳米晶合金带材的韧脆性评价。

Claims (10)

1.一种弯曲断裂应变测试装置，包括弯曲夹持单元，所述弯曲夹持单元上设有用于固定带材两端的两个带材固定端，其特征在于，还包括用于测量带材断裂半径的测量单元以及向测量单元传送断开信号的通断电路，所述通断电路断开的两电极端分别与对应的带材固定端连接。

2.如权利要求1所述的弯曲断裂应变测试装置，其特征在于，所述弯曲夹持单元包括两块相对且平行布置的压板以及驱动两压板相互靠近的驱动机构，所述两压板的相对面上分别设有相互配合的两个带材固定端。

3.如权利要求1或2所述的弯曲断裂应变测试装置，其特征在于，相互配合的两个带材固定端设有至少两组，每组带材固定端连接有对应的通断电路。

4.如权利要求2所述的弯曲断裂应变测试装置，其特征在于，所述驱动机构为调速电机驱动蜗轮蜗杆、位移测量平台或万能试验机压头。

5.如权利要求2所述的弯曲断裂应变测试装置，其特征在于，所述驱动机构匀速驱动压板，所述测量单元为记录所述驱动机构运行时间的记录仪。

6.如权利要求2所述的弯曲断裂应变测试装置，其特征在于，所述测量单元为测量两压板间距的红外测距传感器。

7.如权利要求1或2所述的弯曲断裂应变测试装置，其特征在于，所述带材固定端为永磁体。

8.如权利要求6所述的弯曲断裂应变测试装置，其特征在于，所述永磁体嵌入对应的压板内，且上表面与压板表面齐平。

9.一种弯曲断裂应变测试方法，其特征在于，使用如权利要求1～7任一权利要求所述的弯曲断裂应变测试装置，包括以下步骤：

(1)将导电带材的两端分别固定在弯曲夹持单元的带材固定端上，导通通断电路；

(2)弯曲夹持单元弯折导电带材；

(3)导电带材断裂时通断电路断开，测量单元接收到断开信号，测量计算导电带材的断裂半径。

10.如权利要求9所述的弯曲断裂应变测试方法，其特征在于，步骤(2)中，所述弯曲夹持单元通过两压板匀速弯折导电带材；

步骤(3)中，测量计算导电带材的断裂半径的具体步骤为：

3-1、测量单元接收到断开信号时，记录弯曲夹持单元弯折导电带材的时间；

3-2、根据步骤3-1获取的弯曲时间，结合两压板的初始间距和两压板移动速度，计算得到带材断裂时两压板的间距，进而计算得到导电带材的断裂半径。