CN110426287B - 一种多功能材料裂纹生成及观测装置 - Google Patents

Abstract

一种多功能材料裂纹生成及观测装置。其包括试验台、滑轨装置、方形裂纹生成装置、半圆形裂纹生成装置、液压系统和观测装置；本发明采用滑轨结构，拥有可调节性高、适用范围广特点；可适用于不同大小、形状工件。观测装置放在方形和半圆形裂纹生成装置旁，能在裂纹生成的过程中及时捕捉裂纹生成信息，方便后期试验处理。方形裂纹生成装置装在滑轨装置上，半圆形裂纹生成装置配合在滑轨的燕尾槽中，能移动调节距离，并由螺栓锁定。液压缸由支架安装在方形裂纹生成装置和半圆形裂纹生成装置上方；液压泵放在试验台侧边。本装置设计紧凑，可调节性高，耗材少，具有极高的性价比，且结构设计合理、操作方便、节能，建造成本低，具有很大的应用前景。

Description

一种多功能材料裂纹生成及观测装置

技术领域

本发明属于材料裂纹生成及观测装置技术领域，特别是涉及一种多功能材料裂纹生成及观测装置。

背景技术

随着我国经济水平的不断提高，人们对生活水平的需求也日渐增加，新型材料的研发成为人们日益关注的问题。拥有高性能的新型材料无疑是科技甚至生活进步的一个标志。但是新型材料的研发涉及很多复杂的过程，特别是对研制出来的材料进行试验，研究其物理、化学性质，这是一个难点，也是一个重点。

现役的实验设备大多都依赖于进口，难免存在设备版本低、费用高等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种多功能材料裂纹生成及观测装置。

为了达到上述目的，本发明提供的多功能材料裂纹生成及观测装置包括试验台、滑轨装置、方形裂纹生成装置、半圆形裂纹生成装置、液压系统和观测装置；其中，所述的试验台包括工作台、挡板和显示器；挡板的下端固定在工作台的表面中部；显示器安装在工作台的表面一侧，用于实验人员实时观测试验的现象及数据；

所述的滑轨装置包括底板和底盘；底板为方形板，底面固定在工作台的表面另一侧，表面中部沿前后方向形成有两道平行的V形槽，左右两侧中部分别设有一个呈倒L形且开口朝内的卡件，每个卡件的顶面上形成有一个螺孔，用于安装夹紧螺栓；底盘同样为板状结构，底面上形成有两道以滑动的方式插入在底板上两V形槽内的倒三角形下部凸起，表面后部两侧部位分别形成有一条位于同一条直线的倒梯形上部凸起，用于安装半圆形裂纹生成装置；底盘的两侧边中部插入在底板上两卡件的开口中，并利用夹紧螺栓固定；

所述的方形裂纹生成装置包括下梁、上梁、工件后支架、工件上支架、工件固定架、上梁支座、上梁框架、压板和方形工件；其中，下梁采用工字钢制成，沿前后方向设置在底盘的表面中部，并且下翼缘板的两侧部位分别利用多个压板及螺栓固定在底盘上；两个上梁支座的下端对称固定在底盘后部表面上位于下梁两侧的部位，并且相对的两个侧面上分别形成有一条竖向沟槽；上梁框架为由顶杆和两侧杆构成的门形结构，侧杆的外侧面上下部分别形成有一个圆柱形凸起，位于同一侧的两个圆柱形凸起分别通过一个轴承安装在一个上梁支座的竖向沟槽内，因此上梁框架能够沿竖向沟槽上下移动，同时两侧杆的内侧面中部分别形成有一个圆形槽；上梁为长条状结构，设置在下梁的前部正上方，外侧面上设有刻度，底面沿其长度方向形成有一道燕尾槽，用于安装工件上支架，后端两侧面上分别突出形成有一个旋转轴，每个旋转轴分别通过一个轴承固定在上梁框架的一个圆形槽内；工件后支架是由固定底板、两个侧板和一根顶部光轴构成的口字形结构，其中固定底板安装在位于上梁框架下方的下梁表面，并且顶部光轴的轴向与上梁框架上顶杆的轴向一致；工件上支架是由固定顶板、两个侧板和一根底部光轴构成的口字形结构，其中固定顶板的顶面上形成有一条以可移动的方式插入在上梁上燕尾槽内的倒梯形凸起，并且底部光轴与工件后支架上的顶部光轴平行设置；两个工件固定架对称设置，每个工件固定架包括工件粘板、支架和支座；其中支座的一端固定在上梁的前端底面或下梁的前端表面；支架的一端连接在支座上；工件粘板的一端铰接在支架的另一端，外部用于固定方形工件的前端表面或底面；方形工件为长条状，前端中部向内凹陷形成有一个作为裂纹生成起点的横向开口，实验时前端表面和底面分别粘在两个工件固定架的粘板上，后端底面与工件后支架的顶部光轴相接触，中部顶面则与工件上支架的底部光轴相接触；

所述的半圆形裂纹生成装置包括两根倒T形支架、半圆形工件、限位螺栓和光轴；其中，每个倒T形支架的底面中部形成有一道与底盘上的倒梯形上部凸起相配合且能够沿倒梯形上部凸起进行滑动的燕尾槽，底部两侧部位分别安装有一个用于固定倒T形支架位置的螺栓，顶部形成有一个凹槽，并且两个倒T形支架上的凹槽开口相对,凹槽侧边的上部形成有一个螺孔，用于设置限位螺栓，凹槽侧边的下部设有一个通孔；每个倒T形支架上的两个通孔内安装有一根光轴；半圆形工件的底边中部沿径向向内形成有一个作为裂纹起点的小开口，底面两侧部位分别形成有一个半圆形凹槽；半圆形工件借助于两个半圆形凹槽放置在两个倒T形支架的两根光轴上，并由四根限位螺栓进行限位；

所述的液压系统包括液压泵、液压缸、液压头、液压缸支架和液压缸法兰；其中，液压缸支架的下部为四棱台形框架结构，下端固定在底板的两侧前后表面；液压缸的缸体上下端分别固定有一个液压缸法兰，液压缸法兰的两侧部位则固定在液压缸支架的上部；液压缸的头部位于下侧，并以可拆卸的方式与液压头螺纹连接；液压泵设置在工作台的外侧，并通过液压软管与液压缸相连接，实现液压控制；

所述的观测装置由两台高速摄影机组成，分别放置在方形裂纹生成装置侧边和半圆形裂纹生成装置后侧，与显示器电连接。

所述的方形工件上位于横向开口下侧的部位设有一排通孔，用于插入加热棒，以实现对试验温度的控制。

所述的挡板采用钢化玻璃制成。

所述的液压头为方形液压头或带凹槽的液压头。

本发明提供的多功能材料裂纹生成及观测装置采用了滑轨结构，拥有可调节性高、适用范围广的特点；可以适用于不同大小、形状材料的工件。观测装置放置在方形裂纹生成装置和半圆形裂纹生成装置的旁边，能够在裂纹生成的过程中及时捕捉裂纹生成信息，方便后期试验的处理。方形裂纹生成装置由螺栓安装在滑轨装置上，半圆形裂纹生成装置配合在滑轨的燕尾槽中，能左右移动调节距离，并由螺栓实现锁定。液压系统中液压缸由支架安装在方形裂纹生成装置和半圆形裂纹生成装置上方；液压泵放置在试验台侧边。本发明装置设计紧凑，可调节性高，耗材少，具有极高的性价比，并且结构设计合理、操作方便、节能，而且建造成本低，因此有很大的应用前景。

附图说明

图1是本发明提供的多功能材料裂纹生成及观测装置立体图；

图2是本发明提供的多功能材料裂纹生成及观测装置正视图；

图3是本发明提供的多功能材料裂纹生成及观测装置中方形裂纹生成装置局部示意图；

图4是本发明提供的多功能材料裂纹生成及观测装置中上梁框架示意图；

图5是本发明提供的多功能材料裂纹生成及观测装置中方形工件示意图；

图6是本发明提供的多功能材料裂纹生成及观测装置中半圆形工件示意图；

图7是本发明提供的多功能材料裂纹生成及观测装置中方形裂纹生成装置的上梁示意图；

图8是本发明提供的多功能材料裂纹生成及观测装置中半圆形裂纹生成装置局部示意图；

图9是本发明提供的多功能材料裂纹生成及观测装置中工件固定架示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明提供的多功能材料裂纹生成及观测装置进行详细的说明。应了解，附图以及以下描述仅仅是作为本发明的优选实施方案的说明，不应解释为对本发明的保护范围构成限制，本发明的保护范围仅受权利要求书限定。

如图1至图9所示，本发明提供的多功能材料裂纹生成及观测装置包括试验台、滑轨装置、方形裂纹生成装置、半圆形裂纹生成装置、液压系统和观测装置；其中，所述的试验台包括工作台29、挡板6和显示器10；挡板6的下端固定在工作台29的表面中部；显示器10安装在工作台29的表面一侧，用于实验人员实时观测试验的现象及数据；

所述的滑轨装置包括底板3和底盘25；底板3为方形板，底面固定在工作台29的表面另一侧，表面中部沿前后方向形成有两道平行的V形槽，左右两侧中部分别设有一个呈倒L形且开口朝内的卡件30，每个卡件30的顶面上形成有一个螺孔，用于安装夹紧螺栓7；底盘25同样为板状结构，底面上形成有两道以滑动的方式插入在底板3上两V形槽内的倒三角形下部凸起31，表面后部两侧部位分别形成有一条位于同一条直线的倒梯形上部凸起32，用于安装半圆形裂纹生成装置；底盘25的两侧边中部插入在底板3上两卡件30的开口中，并利用夹紧螺栓7固定；

所述的方形裂纹生成装置包括下梁12、上梁14、工件后支架17、工件上支架16、工件固定架15、上梁支座11、上梁框架18、压板(13和方形工件19；其中，下梁12采用工字钢制成，沿前后方向设置在底盘25的表面中部，并且下翼缘板的两侧部位分别利用多个压板13及螺栓固定在底盘25上；两个上梁支座11的下端对称固定在底盘25后部表面上位于下梁12两侧的部位，并且相对的两个侧面上分别形成有一条竖向沟槽；上梁框架18为由顶杆和两侧杆构成的门形结构，侧杆的外侧面上下部分别形成有一个圆柱形凸起33，位于同一侧的两个圆柱形凸起33分别通过一个轴承安装在一个上梁支座11的竖向沟槽内，因此上梁框架18能够沿竖向沟槽上下移动，同时两侧杆的内侧面中部分别形成有一个圆形槽34；上梁14为长条状结构，设置在下梁12的前部正上方，外侧面上设有刻度，底面沿其长度方向形成有一道燕尾槽，用于安装工件上支架16，后端两侧面上分别突出形成有一个旋转轴35，每个旋转轴35分别通过一个轴承固定在上梁框架18的一个圆形槽34内；工件后支架17是由固定底板、两个侧板和一根顶部光轴构成的口字形结构，其中固定底板安装在位于上梁框架18下方的下梁12表面，并且顶部光轴的轴向与上梁框(18上顶杆的轴向一致；工件上支架16是由固定顶板、两个侧板和一根底部光轴构成的口字形结构，其中固定顶板的顶面上形成有一条以可移动的方式插入在上梁14上燕尾槽内的倒梯形凸起，并且底部光轴与工件后支架17上的顶部光轴平行设置；两个工件固定架15对称设置，每个工件固定架15包括工件粘板26、支架27和支座28；其中支座28的一端固定在上梁14的前端底面或下梁12的前端表面；支架27的一端连接在支座28上；工件粘板26的一端铰接在支架27的另一端，外部用于固定方形工件19的前端表面或底面；方形工件19为长条状，前端中部向内凹陷形成有一个作为裂纹生成起点的横向开口36，实验时前端表面和底面分别粘在两个工件固定架15的粘板26上，后端底面与工件后支架17的顶部光轴相接触，中部顶面则与工件上支架16的底部光轴相接触；

所述的半圆形裂纹生成装置包括两根倒T形支架24、半圆形工件20、限位螺栓21和光轴22；其中，每个倒T形支架24的底面中部形成有一道与底盘25上的倒梯形上部凸起32相配合且能够沿倒梯形上部凸起32进行滑动的燕尾槽，底部两侧部位分别安装有一个用于固定倒T形支架24位置的螺栓23，顶部形成有一个凹槽，并且两个倒T形支架24上的凹槽开口相对,凹槽侧边的上部形成有一个螺孔，用于设置限位螺栓21，凹槽侧边的下部设有一个通孔；每个倒T形支架24上的两个通孔内安装有一根光轴22；半圆形工件20的底边中部沿径向向内形成有一个作为裂纹起点的小开口38，底面两侧部位分别形成有一个半圆形凹槽39；半圆形工件20借助于两个半圆形凹槽39放置在两个倒T形支架24的两根光轴22上，并由四根限位螺栓21进行限位；

所述的液压系统包括液压泵4、液压缸8、液压头9、液压缸支架1和液压缸法兰5；其中，液压缸支架1的下部为四棱台形框架结构，下端固定在底板3的两侧前后表面；液压缸8的缸体上下端分别固定有一个液压缸法兰5，液压缸法兰5的两侧部位则固定在液压缸支架1的上部；液压缸8的头部位于下侧，并以可拆卸的方式与液压头9螺纹连接；液压泵4设置在工作台29的外侧，并通过液压软管与液压缸8相连接，实现液压控制；

所述的观测装置由两台高速摄影机2组成，分别放置在方形裂纹生成装置侧边和半圆形裂纹生成装置后侧，与显示器10电连接。

所述的方形工件19上位于横向开口36下侧的部位设有一排通孔37，用于插入加热棒，以实现对试验温度的控制。

所述的挡板6采用钢化玻璃制成，用于防止裂纹生成过程中发生材料的碎片飞溅而误伤实验人员的情况发生，同时方便实验人员肉眼观测实验情况。

所述的液压头9为方形液压头或带凹槽的液压头。

现将本发明提供的多功能材料裂纹生成及观测装置的使用方法阐述如下：

当需要进行方形工件19的裂纹生成测试试验时，操作人员首先开启显示器10和位于方形裂纹生成装置侧边的高速摄影机2，选用方形液压头作为液压头9并连接在液压缸8的头部，然后松开夹紧螺栓7，之后调节底盘25在底板3上的位置，使液压头9正对方形裂纹生成装置的上梁框架18的顶杆，然后拧紧夹紧螺栓7，由此利用夹紧螺栓7将底盘25锁死。将方形工件19的后端放置在工件后支架17的顶部光轴上，并将方形工件19的前端上下表面分别粘在两个工件固定架15的粘板26上，需要时将加热棒插在方形工件19上的通孔37内。利用上梁14上的刻度调节工件上支架16在上梁14上的位置。调节好高速摄影机2的角度和加热棒的温度后，启动液压泵4，使液压头9缓慢下降直至接触在上梁框架18的顶杆上，然后向下挤压上梁框架18，这时上梁框架18将沿着上梁支座11上的竖向凹槽竖直向下运动，上梁14则以工件上支架16与方形工件19的接触线为轴进行旋转，上梁14后端向下运动，根据杠杆原理，上梁14的前端将缓缓向上运动，在此过程中整个方形工件19将沿着上的横向开口36逐渐撕裂开，到达一定程度后，关闭液压泵4，试验完成。在实验过程中，高速摄影机2将实时采集方形工件19的裂纹生成图像，然后传送给显示器10并在显示器10上进行显示，供实验人员观察。

当需要进行半圆形工件20的裂纹生成测试试验时，操作人员首先开启显示器10和位于半圆形裂纹生成装置后侧的高速摄影机2，然后根据半圆形工件20的大小调整两个倒T形支架24在底盘25的倒梯形凸起32上的位置，并用螺栓23锁死；选用带凹槽的液压头作为液压头9并连接在液压缸8的头部；然后将半圆形工件20放在两个倒T形支架24的上端凹槽内，使半圆形工件20的两个半圆形凹槽39刚好与倒T形支架24上的两根光轴22配合；调整两侧的限位螺栓21，使限位螺栓21与半圆形工件20之间的距离尽可能小但不接触半圆形工件20；松开夹紧螺栓7，之后调节底盘25在底板3上的位置，使液压头9正对半圆形裂纹生成装置上的半圆形工件20，然后拧紧夹紧螺栓7，由此利用夹紧螺栓7将底盘25锁死。最后调整高速摄影机2的角度，启动液压泵4，使液压头9缓慢下降直至接触到半圆形工件20的弧形边，继续对半圆形工件20施加压力，半圆形工件20将沿着小开口38逐渐撕裂开，两端则沿着两根光轴22转动。达到一定程度后，关闭液压泵4，试验完成。在实验过程中，高速摄影机2将实时采集半圆形工件20的裂纹生成图像，然后传送给显示器10并在显示器10上进行显示，供实验人员观察。

Claims (4)

1.一种多功能材料裂纹生成及观测装置，其特征在于：所述的多功能材料裂纹生成及观测装置包括试验台、滑轨装置、方形裂纹生成装置、半圆形裂纹生成装置、液压系统和观测装置；其中，所述的试验台包括工作台（29）、挡板（6）和显示器（10）；挡板（6）的下端固定在工作台（29）的表面中部；显示器（10）安装在工作台（29）的表面一侧，用于实验人员实时观测试验的现象及数据；

所述的滑轨装置包括底板（3）和底盘（25）；底板（3）为方形板，底板（3）的底面固定在工作台（29）的表面另一侧，底板（3）的表面中部沿前后方向形成有两道平行的V形槽，底板（3）的左右两侧中部分别设有一个呈倒L形且开口朝内的卡件（30），每个卡件（30）的顶面上形成有一个螺孔，用于安装夹紧螺栓（7）；底盘（25）同样为板状结构，底盘（25）的底面上形成有两道以滑动的方式插入在底板（3）上两V形槽内的倒三角形下部凸起（31），底盘（25）的表面后部两侧部位分别形成有一条位于同一条直线的倒梯形上部凸起（32），用于安装半圆形裂纹生成装置；底盘（25）的两侧边中部插入在底板（3）上两卡件（30）的开口中，并利用夹紧螺栓（7）固定；

所述的方形裂纹生成装置包括下梁（12）、上梁（14）、工件后支架（17）、工件上支架（16）、工件固定架（15）、上梁支座（11）、上梁框架（18）、压板（13）和方形工件（19）；其中，下梁（12）采用工字钢制成，沿前后方向设置在底盘（25）的表面中部，并且下梁（12）的下翼缘板的两侧部位分别利用多个压板（13）及螺栓固定在底盘（25）上；两个上梁支座（11）的下端对称固定在底盘（25）后部表面上位于下梁（12）两侧的部位，并且两个上梁支座（11）相对的两个侧面上分别形成有一条竖向沟槽；上梁框架（18）为由顶杆和两侧杆构成的门形结构，侧杆的外侧面上下部分别形成有一个圆柱形凸起（33），位于同一侧的两个圆柱形凸起（33）分别通过一个轴承安装在一个上梁支座（11）的竖向沟槽内，因此上梁框架（18）能够沿竖向沟槽上下移动，同时两侧杆的内侧面中部分别形成有一个圆形槽（34）；上梁（14）为长条状结构，设置在下梁（12）的前部正上方，上梁（14）的外侧面上设有刻度，上梁（14）的底面沿其长度方向形成有一道燕尾槽，用于安装工件上支架（16），上梁（14）的后端两侧面上分别突出形成有一个旋转轴（35），每个旋转轴（35）分别通过一个轴承固定在上梁框架（18）的一个圆形槽（34）内；工件后支架（17）是由固定底板、两个侧板和一根顶部光轴构成的口字形结构，其中固定底板安装在位于上梁框架（18）下方的下梁（12）表面，并且顶部光轴的轴向与上梁框架（18）上顶杆的轴向一致；工件上支架（16）是由固定顶板、两个侧板和一根底部光轴构成的口字形结构，其中固定顶板的顶面上形成有一条以可移动的方式插入在上梁（14）上燕尾槽内的倒梯形凸起，并且底部光轴与工件后支架（17）上的顶部光轴平行设置；两个工件固定架（15）对称设置，每个工件固定架（15）包括工件粘板（26）、支架（27）和支座（28）；其中支座（28）的一端固定在上梁（14）的前端底面或下梁（12）的前端表面；支架（27）的一端连接在支座（28）上；工件粘板（26）的一端铰接在支架（27）的另一端，工件粘板（26）的外部用于固定方形工件（19）的前端表面或底面；方形工件（19）为长条状，方形工件（19）的前端中部向内凹陷形成有一个作为裂纹生成起点的横向开口（36），实验时方形工件（19）的前端表面和底面分别粘在两个工件固定架（15）的工件粘板（26）上，方形工件（19）的后端底面与工件后支架（17）的顶部光轴相接触，方形工件（19）的中部顶面则与工件上支架（16）的底部光轴相接触；

所述的半圆形裂纹生成装置包括两根倒T形支架（24）、半圆形工件（20）、限位螺栓（21）和光轴（22）；其中，每个倒T形支架（24）的底面中部形成有一道与底盘（25）上的倒梯形上部凸起（32）相配合且能够沿倒梯形上部凸起（32）进行滑动的燕尾槽，倒T形支架（24）的底部两侧部位分别安装有一个用于固定倒T形支架（24）位置的螺栓（23），倒T形支架（24）的顶部形成有一个凹槽，并且两个倒T形支架（24）上的凹槽开口相对, 凹槽侧边的上部形成有一个螺孔，用于设置限位螺栓（21），凹槽侧边的下部设有一个通孔；每个倒T形支架（24）上的两个通孔内安装有一根光轴（22）；半圆形工件（20）的底边中部沿径向向内形成有一个作为裂纹起点的小开口（38），半圆形工件（20）的底面两侧部位分别形成有一个半圆形凹槽（39）；半圆形工件（20）借助于两个半圆形凹槽（39）放置在两个倒T形支架（24）的两根光轴（22）上，并由四根限位螺栓（21）进行限位；

所述的液压系统包括液压泵（4）、液压缸（8）、液压头（9）、液压缸支架（1）和液压缸法兰（5）；其中，液压缸支架（1）的下部为四棱台形框架结构，下端固定在底板3的两侧前后表面；液压缸（8）的缸体上下端分别固定有一个液压缸法兰（5），液压缸法兰（5）的两侧部位则固定在液压缸支架（1）的上部；液压缸（8）的头部位于下侧，并以可拆卸的方式与液压头（9）螺纹连接；液压泵（4）设置在工作台（29）的外侧，并通过液压软管与液压缸（8）相连接，实现液压控制；

所述的观测装置由两台高速摄影机（2）组成，分别放置在方形裂纹生成装置侧边和半圆形裂纹生成装置后侧，与显示器（10）电连接。

2.根据权利要求1所述的多功能材料裂纹生成及观测装置，其特征在于：所述的方形工件（19）上位于横向开口（36）下侧的部位设有一排通孔（37），用于插入加热棒，以实现对试验温度的控制。

3.根据权利要求1所述的多功能材料裂纹生成及观测装置，其特征在于：所述的挡板（6）采用钢化玻璃制成。

4.根据权利要求1所述的多功能材料裂纹生成及观测装置，其特征在于：所述的液压头（9）为方形液压头或带凹槽的液压头。

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