CN108562489B - 一种适用于材料拉伸试验的位移测量装置及试验机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于材料拉伸试验的位移测量装置，包括上下两个固定台，还包括两个及以上数量的直线位移传感器，所述直线位移传感器在拉伸过程中探测发生的位移且与分析设备信号连接。还提供一种适用于材料拉伸试验的试验机，采用本发明所述的位移测量装置。本发明中的位移测量装置及试验机能很好的满足材料拉伸试验中全过程位移测量的需求，能够获得准确的材料应力‑应变全过程曲线，不采用引伸计，解决了引伸计测量法中需提前松开引伸计和不能测得应力‑应变全过程曲线的问题，避免了试样断裂时引伸计被损坏，简化了材料拉伸试验的操作步骤；使用范围广，不受材料的尺寸限制或断裂伸长率的大小限制，可以用于大尺寸材料及断裂伸长率大的拉伸试验中的位移测量。

Description

一种适用于材料拉伸试验的位移测量装置及试验机

技术领域

本发明属于材料应力-应变测试领域，具体地，涉及一种适用于材料拉伸试验的位移测量装置及试验机，采用该位移测量装置及试验机可得到应力-应变全曲线。

背景技术

拉伸试验是材料力学领域最基本的试验之一，通过测定待测试件在承受轴向拉伸荷载作用下的力学特性，可以得到材料的一些基本力学性能参数，如弹性模量、伸长率、屈服强度和抗拉强度等等。这些性能指标对于新材料和新产品的选材、设计和研制有十分重要的意义，另外，在材料的验收和产品的安全性能评估上，拉伸试验亦是必不可少。

在拉伸试验的测量数据中，应力-应变曲线图是最直接、最常见的成果。目前在测材料的应力-应变曲线时，为了保证试验结果的准确性和可靠性，一般采用试验机上搭配使用引伸计的方法，引伸计是测量待测试件位移的仪器，在试验之前，常常用橡皮筋把引伸计的两个刀口固定在试件的标距上。但是，为了避免引伸计在试件断裂时被损坏，在试件接近断裂前应当松开引伸计的一个刀口。

引伸计虽然可以排除试验机齿轮空转和试件非测量部分位移的干扰，但是也有几个缺点：

（1）不能测出材料的应力-应变全过程曲线，即使通过数学方法得到了应力-应变全曲线，也是不准确的，可靠性未知。

（2）试验时，松开引伸计的时间点不好控制，如果松开晚了，会损坏引伸计。

（3）试验步骤繁琐，需要多出一人来操作引伸计。

目前，也有针对类似问题的新试验装置和方法，例如，使用非接触式视频引伸计，但是这些装置或方法也有相应的缺点：

（1）装置价格昂贵。

（2）测量精度和稳定性还需提高。

为了避免引伸计精度受到影响或报废，公开号为CN105158068A的中国发明专利提供了一种用于拉伸试验的位移测量装置，包括上横杆、立柱和下横杆；下横杆的一端与立柱连接，下横杆的另一端与下测量杆连接；支承框架具有第一连接端、第二连接端和第三连接端，导向管的上端与第一连接端连接，第二连接端上沿竖直方向设置有第二通孔，上测量杆穿过第二通孔且下端抵靠在下测量杆上，上测量杆与第二通孔之间存在间隙，限位件设置在上测量杆上且位于第二连接端的上方，限位件与第二连接端之间的最短距离≤安装的引伸计的量程，第三连接端与上横杆连接；上横杆和下横杆沿水平方向设置，立柱、导向管、上测量杆和下测量杆沿竖直方向设置。该装置可以保护引伸计不被损坏和保证精度，而且可以降低操作员的劳动强度，提高生产试验效率，降低成本。

但是，以上现有技术中仍然用到引伸计，且引伸计量程固定，在试验断裂伸长率较大的材料时，仍然无法测得完整的应力-应变曲线，而且主要适用于高温拉伸试验，没有给出常温下的装置。因此，一种新的拉伸试验装置应运而生，该装置结构简单，能测得应力-应变全过程曲线，且结构简单、操作简便和精度较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与以上现有技术思路不同的拉伸试验中的位移测量装置，该装置不采用引伸计，解放了劳动力，还可解决使用引伸计的传统测量方法不能完整测量出应力-应变全曲线的缺陷，保证测量结果的准确性，满足工程及科研要求，还有利于实现测量自动化。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适用于材料拉伸试验的位移测量装置，包括上下两个固定台，还包括两个及以上数量的直线位移传感器，所述直线位移传感器在拉伸过程中探测发生的位移且与分析设备信号连接，将探测到的位移传递给分析设备，结合试验机的力，可得出完整地测出材料的应力-应变曲线，能满足更多的工程及科研要求，且不用人工取下引伸计，解放了劳动力，还有利于实现测试自动化，减少测试失误的发生。

优选的是，所述适用于材料拉伸试验的位移测量装置还包括两个及以上数量的导杆、套管；所述导杆对称地连接在上固定台，所述套管对称地连接在下固定台；每个所述导杆能分别与每个所述套管套装，每个所述直线位移传感器固定连接在所述导杆上并通过导线与分析设备信号连接。该位移测量装置在不采用引伸计的情况下，能够实现精确测量材料的力学性能，尤其能完整地测出材料的应力-应变曲线，能满足更多的工程及科研要求，且不用人工取下引伸计，解放了劳动力，还有利于实现测试自动化，减少测试失误的发生；使用范围广，不受材料的尺寸或断裂伸长率的大小限制，可以用于大尺寸材料及断裂伸长率大的拉伸试验中的位移测量。

上述任一方案优选的是，所述两个及以上数量的直线位移传感器完全相同。设置两个及以上数量的种类相同的直线位移传感器的目的：一是如果试验材料有点歪了（即转动了点，发生了角位移），可减少误差；二是减小传感器本身的误差。

上述任一方案优选的是，所述导杆穿于所述管状套管中，两者在竖直方向可做低摩擦滑动。所述低摩擦互动是指导杆与套管之间在滑动的过程中存在摩擦，但是摩擦很小，以不会影响试验机测得的力为目的。

上述任一方案优选的是，所述导杆为圆柱状，所述套管为圆管状。

上述任一方案优选的是，所述导杆为方形柱状，所述套管为方形管状，形状、尺寸与所述导杆匹配。

上述任一方案优选的是，所述的直线位移传感器竖直设置，即与试样的拉伸方向一致，以便更准确地感应位移的变化。

上述任一方案优选的是，所述两个套管上分别设置微调螺旋，用于拉伸前调整位移传感器的测量杆至最大量程位置，即复位。

上述任一方案优选的是，所述微调螺旋能相对套管在拉伸方向上微调。这样可以带动微调螺旋上的挡板，进而带动位移传感器的测量杆上下移动，便于在试验前调整测量杆至最大量程位置。

上述任一方案优选的是，所述直线位移传感器的测杆端部顶在微调螺旋的挡板上。这样设置，测杆和挡板可以分开，整个装置上下部分可以在断裂后分开，避免了传感器破坏。传统引伸计测量法如果不提前取下刀口，可能会发生震坏或超过量程拉坏。

上述任一方案优选的是，所述上固定台和下固定台分别为整体结构，且分别设有安装试件的孔。

上述任一方案优选的是，所述上固定台和下固定台分别由两块半固定台拼装并由螺钉固定而成，拼接而成的上固定台和下固定台分别包括容纳试件的孔，每块上半固定台上连接数量相同且位置对称的导杆，每块下半固定台连接数量相同且位置对称的套管。将固定台设置成拼装结构，能在每个半固定台设置不同形状的半孔，可适应不规则形状的试件。

上述任一方案优选的是，所述试件通过所述紧固螺钉固定，即使试件形状与固定台上的孔的形状、尺寸不匹配，也可通过紧固螺钉固定试件。

上述任一方案优选的是，所述紧固螺钉包括弹簧，并通过所述弹簧与试验材料弹性连接。在试件和紧固螺钉间设置弹簧，可以避免试件在拉伸过程中慢慢变细而引起的松动，当试件变细后，弹簧伸长，仍然能牢牢压紧试件，保证位移的测量精度。

上述任一方案优选的是，所述上下固定台分别包括凸台，所述导杆和套管与所述凸台连接，这样便可在上下固定台的多个方向采用螺钉固定试件，使得该位移测量装置可适用于更多形状、尺寸的试件。

本发明还提供一种适用于材料拉伸试验的试验机，采用如上任一方案所述的位移测量装置。

本发明的有益效果是：本发明中的装置及试验机能很好的满足材料拉伸试验中全过程位移测量的需求，在测量材料拉伸试验中的应力-应变曲线过程中，不需要在试验材料断裂前松开测量仪器，解放了劳动力，有利于测试自动化进行；能够准确测出应力-应变全曲线；简化了试验操作步骤，降低了试验发生失误的概率；避免了引伸计损坏的问题；位移传感器在使用中的位移分辨率更高，且本发明中的装置结构简单，操作步骤简便，能给拉伸试验测应力-应变曲线提供更好的精度保障；使用范围广，不受材料的尺寸限制或断裂伸长率的大小限制，可以用于大尺寸材料及断裂伸长率大的拉伸试验中的位移测量。

附图说明

图1是按照本发明的一种适用于材料拉伸试验的位移测量装置的一优选实施例的结构示意图，

图2是图1所示适用于材料拉伸试验的位移测量装置的上固定台的一优选实施例的俯视图。

图3是采用如图1所示的适用于材料拉伸试验的位移测量装置得到的一种应力-应变图，图中，m和n之间的那段曲线是传统引伸计测法得不到的部分。

图4是采用传统引伸计测法得到的一种应力-应变图。

图中各标号的含义如下：1-固定台，2-导杆，3-直线位移传感器，4-套管，5-微调螺旋，6-紧固螺钉,7-弹簧。

具体实施方式

下面对本发明的实施方式进行详细、清楚地描述，本实施方式中的构件在说明书附图中示出。应该注意的是，所述的实施方式仅为更加形象清楚地描述本发明而给出，即所述具体实施方式只是所有可能实施方式中的一种，而不是全部的实施方式，所述说明书附图给出的实施方式示意图也仅是示例性的，不能理解为对本发明的限制。

本领域普通技术人员应该理解，除非特殊声明，本发明说明书中使用的“所述”、“该”、“本”和“一种”可以是复数形式。应该进一步理解的是，本发明说明书中使用的“连接”指一个元件或多个元件连接到另一个元件或者多个元件，而且两个元件之间可能通过中间元件连接在一起。应该进一步理解的是，本发明说明书中使用的“包括”是指所述名词里面含有具有这些结构特征的元件，但可能不仅仅包含这些元件，也可能有其他特征的元件，或类似特征的其他元件。

本领域普通技术人员应该理解，在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种适用于材料拉伸试验的位移测量装置，所述装置如图1所示，包括：上下两个固定台1、导杆2、直线位移传感器3、套管4、微调螺旋5和紧固螺钉6。上下两个固定台1均为整体结构，分别设有安装试件的孔。导杆2对称地连接在上固定台上，套管4对称地连接在下固定台上，导杆2能套装在套管4内，两者在竖直方向（本实施例中的拉伸方向））可做低摩擦滑动。直线位移传感器3竖直地固定连接在导杆2上，并通过导线与分析设备信号连接，直线位移传感器3的测杆端部顶在微调螺旋5的挡板上。

本实施例中，导杆2为圆柱状，套管4为圆管状。本实施例中，每个套管4上均设置微调螺旋5，微调螺旋5能相对套管4在拉伸方向上微调。本实施例中，所述试件通过紧固螺钉6固定，这样即使试件形状与固定台1上的孔的形状、尺寸不匹配，也可通过紧固螺钉6固定试件，从而保证试验的顺利进行，该装置使用范围更大。例如，当固定台1的孔直径为20mm时，想测试直径为16mm的试件的力学性能，如果直接将试件放进去，在开始试验时，力不能被传递给试件，从而试验无法顺利进行，这个时候，采用紧固螺钉6从两个相对的方向上将试件固定，便可保证力的正常传递，顺利进行拉伸试验，最终得到可靠的实验结果。两个直线位移传感器3完全相同，包括种类、尺寸等。

本领域技术人员应该理解，上述元件所使用的名称仅为方便该实施方式的理解方便而定，即与所述名称代表的元件具有类似作用的元件也属于本发明方案之内。进一步的理解，上述名称与本领域普通技术人员的一般理解相一致。

本实施例中，除了待测试的棒状试样，上述所有元件均为一式两份，此设计方案的作用是减少测试中试样由于夹具偏差发生偏离竖直方向的误差，两个直线位移传感器的数据通过相关计算机程序求均值，这样得到的数据更加精确。

试验过程中，将待测棒状试件分别穿过上下固定台至合适位置，拧紧带弹簧7的螺钉6，使得棒状试样的上下测点刚好落在螺钉的中心轴上。分别调节左右微调螺旋5，使得直线位移传感器3的测杆在量程最大的位置，启动拉伸试验机使待测试样慢慢拉伸，直至完全断裂，与此同时，两个直线位移传感器3上的数据通过其上面的导线实时传输到分析设备，再结合拉伸试验机上的力学数据，通过相关分析软件和设备可以得到应力-应变全曲线图，进而得到研究所要用到的相关材料性能参数。

使用传统引伸计测试法，必须在试样断裂之前松开引伸计的刀口，避免试样材料在断裂时损坏引伸计，而所述材料拉伸试验装置全程不用操作直线位移传感器和上述其他元件，材料试样断裂时对传感器无损坏影响，所述材料拉伸试验的位移测量装置上下两部分是可以分开的，如果分开上下固定台足够距离，所述材料拉伸试验装置可以分为两部分，所以试样断裂时，位移传感器可以受到很好的保护作用。

图2给出了上固定台的一优选实施例的俯视图，上固定台为“+”字形，长度大于宽度，在长度方向上关于容纳试件的孔对称设置两个用于连接导杆2的孔，在宽度方向上，关于容纳试件的孔对称设置两个用于固定试件的带弹簧7的紧固螺钉6，设置弹簧可以避免试件在拉伸过程中慢慢变细而引起的松动，当试件变细后，弹簧伸长，仍然能紧紧压紧试件。下固定台的结构与之对应，不用之处在于下固定台上在长度方向上关于容纳试件的孔对称设置的两个孔用于连套管4。本领域技术人员应该理解，此固定台的结构特点仅为可能实现上述连接目的的参考特征之一，但凡能起到上述作用的元件都应包含在本发明之内。

将采用本实施例的位移测量装置的试验机和采用引伸计作为测量位移装置的试验机分别进行材料力学测试，结果分别如图3和图4所示，对比分析图3和图4可以看出，常用的引伸计测试法只能测出部分应力-应变曲线（图4，测试结果截止到m），而采用本实施例的位移测量装置可以测出全部应力-应变曲线（如图3，测试结果截止到n，m和n之间的应力-应变曲线是常用的引伸计法测不出来的）。对于一些工程来说，应力-应变部分曲线可能满足需要，但是对于科研和特殊工程测试来说，应力-应变部分曲线时不足够的，而本发明的材料拉伸试验装置可以很准确地测出应力-应变完整曲线，很好地解决传统引伸计的量程问题。

通过上述实施方式可知，本试验装置仅为实现结果的一部分，对于本领域的技术人员来说，可以很清楚地理解，本试验装置测得的结果可以通过相关硬件平台和软件快捷和美观地体现。进一步的理解，上述实施方式中的方法和方案可以通过不同软件和设备体现出来，根据研究和测试需求不同，本实施方式体现出来的数据呈现形式不尽相同，显然，只要实施方式在本质上和上述方式一样，就应当属于本实施方式的一种。

实施例2

本实施例提供一种适用于材料拉伸试验的位移测量装置，与实施例1不同的是，上固定台上对称地设有三个导杆2，对应地，下固定台上对称地设置三个套管4。相应的，每个导杆2都固定连接直线位移传感器3，因此，最终取三个直线位移传感器3的数据做平均，得到的结果更加准确。

实施例3

本实施例提供一种适用于材料拉伸试验的位移测量装置，与实施例1不同的是，所述上固定台上对称地设有四个导杆2，对应地，所述下固定台上对称地设置四个套管4，相应的，每个导杆2都固定连接直线位移传感器3，因此，最终取四个直线位移传感器3的数据做平均，得到的结果更加准确。

实施例3.2

本实施例提供一种适用于材料拉伸试验的位移测量装置，与实施例1不同的是，所述上固定台上对称地设有六个导杆2，对应地，所述下固定台上对称地设置六个套管4，相应的，每个导杆2都固定连接直线位移传感器3，因此，最终取六个直线位移传感器3的数据做平均，得到的结果更加准确。

实施例4

本实施例提供一种适用于材料拉伸试验的位移测量装置，与实施例1不同的是，所述上固定台和下固定台分别由两块半固定台拼装并由螺钉固定而成，拼接而成的上固定台和下固定台分别包括容纳试件的孔，每块上半固定台上连接数量相同且位置对称的导杆，每块下半固定台连接数量相同且位置对称的套管。

将固定台设置成拼装结构，能在每个半固定台设置不同形状的半孔，可适应不规则形状的试件。例如对于一个形状一半是正方形，一半是圆形的试件，可以设置一个半孔是正方形的一半，另一个半孔设置成半圆，两个半固定台拼装在一起后，即可很好的适用于形状一半是正方形，一半是圆形的试件。或者对于一个试件，其具有3/4的圆弧，剩下的是椭圆弧，则可选择具有3/4其他的形状、1/4与试件匹配的椭圆弧的半固定台进行拼装，最终得到的固定台1便可很好的对试件进行固定。再配合紧固螺钉6，试件便可非常好的固定。以上仅为两个举例，对于具有其他形状、尺寸的试件，也可以此类推。

实施例5

本实施例提供一种适用于材料拉伸试验的位移测量装置，与实施例1不同的是，所述上下固定台分别包括凸台，所述导杆和套管与所述凸台连接，这样便可在上下固定台的多个方向采用螺钉固定试件，使得该位移测量装置可适用于更多形状、尺寸的试件。对于一些不规则的形状的试件，仅仅从两个相对的方向进行固定，还不能很好的将其固定，这个时候，采用本实施例的位移测量装置，从多个方向采用螺钉进行固定，可以将具有不规则形状的试件很好地固定，保证力的正常传力，顺利进行拉伸试验，最终得到可靠的测试结果。

实施例6

本实施例提供一种适用于材料拉伸试验的位移测量装置，与实施例1不同的是，紧固螺钉6还包括弹簧7，并通过所述弹簧固定试件。

实施例7

本实施例提供一种适用于材料拉伸试验的位移测量装置，与实施例1不同的是，本实施例中，导杆2为方形柱状，套管4为方管状。采用方形横截面，导杆2和套管4在运动过程中，始终保持良好的低摩擦滑动，不会发生角度位移，进而直线位移传感器3的数据会更准确。

应当理解的是，上述实施方式仅为达到目的的一种方式，本发明的保护范围不仅为上述实施方式，对于本领域技术人员来说，可以很容易的改变一种或者多种元件的结构特点来达到相同试验目的，皆因涵盖在本发明的保护范围之内，故本发明的保护范围应当以权利要求书的保护范围为准，即把权利要求的相同含义和范围内的所有变化包含在本发明之内。此外，权利要求的任何附图不应理解为限制作用。

Claims (5)

1.一种适用于材料拉伸试验的位移测量装置，包括上下两个固定台，其特征在于：还包括两个及以上数量的直线位移传感器，所述直线位移传感器在拉伸过程中探测发生的位移且与分析设备信号连接；

还包括两个及以上数量的导杆、套管；所述导杆对称地连接在上固定台，所述套管对称地连接在下固定台；每个所述导杆能分别与每个所述套管套装，每个所述直线位移传感器固定连接在所述导杆上并通过导线与分析设备信号连接；

试件通过紧固螺钉固定，所述紧固螺钉包括弹簧，并通过所述弹簧与试件弹性连接；

试验过程中，将待测棒状试件分别穿过上下固定台至合适位置，拧紧带弹簧的紧固螺钉，使得棒状试件的上下测点刚好落在紧固螺钉的中心轴上；

所述上固定台和下固定台分别为整体结构，且分别设有安装试件的孔；

所述上固定台和下固定台分别由两块半固定台拼装并由螺钉固定而成，拼接而成的上固定台和下固定台分别包括容纳试件的孔，每块上半固定台上连接数量相同且位置对称的导杆，每块下半固定台连接数量相同且位置对称的套管。

2.如权利要求1所述的适用于材料拉伸试验的位移测量装置，其特征在于：所述导杆穿于所述管状套管中，两者在竖直方向能做低摩擦滑动。

3.如权利要求2所述的适用于材料拉伸试验的位移测量装置，其特征在于：两个所述套管上分别设置微调螺旋，所述微调螺旋能相对套管在拉伸方向上微调。

4.如权利要求3所述的适用于材料拉伸试验的位移测量装置，其特征在于：所述直线位移传感器的测杆端部顶在微调螺旋的挡板上。

5.一种适用于材料拉伸试验的试验机，采用如权利要求1-4中任一项所述的位移测量装置。