CN110726611A - 脆性材料带孔板应力集中试验装置及试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脆性材料带孔板应力集中试验装置，包括粘接盖板，所述粘接盖板包括上部向内弯折的承力部，以及下部的粘接部，粘接部与承力部之间有连接部，连接部的厚度比粘接部的厚度小，粘接部内侧为粘接面。本发明还公开了一种脆性材料带孔板应力集中试验方法。本发明提供的脆性材料带孔板应力集中试验装置，可以提高承载载荷，能够对脆性材料带孔板的应力测试提供可靠的支撑。

Description

脆性材料带孔板应力集中试验装置及试验方法
技术领域
本发明涉及材料性能表征领域，具体涉及脆性材料带孔板应力集中试验装置及试验方法，用于对脆性材料应力集中系数进行测量。
背景技术
应变测量是带孔板的应力集中系数测量的常用方法。应变测量采用电阻应变片，由于孔边应变梯度很大，要求应变片很小，粘贴应变片时粘贴位置、角度难以精确控制；脆性样品的夹持、对中、应变测量操作繁琐，控制难度较大，如果气动夹具夹紧力过大导致样品的剪断，试验的失败率较高，如果采用“挂式”夹具，也容易从肩部位置发生剪断，导致试验的失败。
本发明通过非接触的散斑变形测试方法来获取孔边的应变，免除了粘贴应变片的繁琐，同时可以获得全场的变形、位移数据；设计了灵活可调的夹具，减少了试验难度；改进“挂式”夹具，通过粘接力和支撑力相结合的方法提高了承载载荷，减小了从肩部断裂的风险。
发明内容
在具体说明本发明的技术方案之前，需要对非接触光学-散斑测试孔边应变方法进行说明。
非接触光学-散斑测试孔边应变方法，通过将散斑全场变形测试方法用于带孔板的应变测试，减少了粘贴应变片的繁琐，可以获得整个面上的位移场、应变场，相比应变片获得更全面的信息。
数字散斑相关测试方法的基本原理是通过比较试件变形前后表面散斑图的变化，通过相关算法来获得位移和应变场。由于其光路简单，测试精度的提高而获得较大的应用，市场上有多款开源软件和商用软件。在平面测试时，一般采用单相机测试，在拍得较清晰的孔边图像时，一般物距较短，由于离面位移的变化会影响测试结果。
本发明是这样实现的：
一种脆性材料带孔板应力集中试验装置，包括粘接盖板，所述粘接盖板包括上部向内弯折的承力部，以及下部的粘接部，粘接部与承力部之间有连接部，连接部的厚度比粘接部的厚度小，粘接部内侧为粘接面。
更进一步的方案是：
所述粘接盖板在脆性材料带孔板应力集中试验装置的每侧各有两个，两个粘接盖板相对设置，试样通过两个粘接盖板的粘接面粘接在一起，粘接盖板上部的承力部与夹具的端部连接，且承力部与夹具端部之间设置有缓冲垫片。
目前常规的挂型夹具可方便地夹持试样，但对于脆性材料，剪切强度不高，经常会出现在肩部剪断的现象；单纯的粘接方式拉伸，由于粘接一般不均匀，承载载荷很难控制。
如果能将粘接力和支撑力结合起来，可实现更高的承载载荷，但对于脆性材料，变形很小(在数十微米内)，载荷很难实现分配。
本发明的装置关键是由粘接盖板和缓冲垫片所组成，将粘接的微小变形转化为对橡胶的大位移。粘接盖板的粘接面与测试样品表面粘接，粘接盖板置于缓冲垫片上，与夹具顶部相连接。样品拉伸时，夹具端部的缓冲垫片开始承受载荷，这时样品相对脆性材料带孔板应力集中试验装置向下运动，由于样品与粘接面通过胶固定在一起，样品相对运动导致两端的缓冲垫片受压，逐渐形成肩部和顶部共同受力状态，实现了承载力由粘接力和支撑力共同承担，实现了更高的承载载荷。
本发明还提供了一种脆性材料带孔板应力集中试验方法，是将脆性材料带孔板样品安装到脆性材料带孔板应力集中试验装置上进行测试的，具体包括如下步骤：
步骤一、制备质量良好的散斑场
选择脆性材料带孔板样品，在样品表面喷白漆，待白漆干后，再喷黑漆散斑点，制备得到散斑场；
质量良好的散斑场是获得高精度变形数据的基础。其中，为了能够形成均匀的黑色散斑点，在喷黑漆散斑点时，将样品与自喷漆放置一定距离，不直接对着样品喷漆，向样品下方喷漆，黑漆逐渐飘向样品，如果需要较大的散斑点，距离近些，需要较小的散斑点，距离远些。这些可以根据实际需要进行控制调节。
步骤二、采用双相机的3D全场变形测试
利用双目立体视觉成像原理，通过标定板实现对两个相机内外参数的标定，可修正由于离面位移引起的图像误差，提高应变测试结果的可靠性，然后采用非接触光学-散斑测试孔边应变方法进行应变的测量。
更进一步的方案是：
步骤二中，采用LED阵列光源加毛玻璃提供光照。
在测试过程中，需要有均匀的照明和足够的光强，使图像的灰度分布范围更广。一般采用的点光源会导致阴影和过曝，通过采用LED阵列光源加毛玻璃可获得较好的散射光，样品表面不易形成过曝点和阴影。
本发明提供的脆性材料带孔板应力集中试验装置，可以提高承载载荷，能够对脆性材料带孔板的应力测试提供可靠的支撑。
附图说明
图1是粘接盖板示意图；
图2为粘接盖板侧视图；
图3为脆性材料带孔板应力集中试验装置示意图；
图4为试样受力示意图；
图5为制作的散斑试样示意图；
图6为载荷时间曲线对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
如附图1-3所示，公开了一种脆性材料带孔板应力集中试验装置，包括两个粘接盖板4，所述粘接盖板4包括上部向内弯折的承力部2，以及下部的粘接部1，粘接部1与承力部2之间有连接部3，连接部3的厚度比粘接部1的厚度小，粘接部内侧为粘接面。
所述两个粘接盖板相对设置，试样7通过两个粘接盖板4的粘接面粘接在一起，粘接盖板上部的承力部与夹具5的端部连接，且承力部与夹具端部之间设置有缓冲垫片(图中未示出)。
本实施例提供的脆性材料带孔板应力集中试验装置，关键是由粘接盖板和缓冲垫片所组成，
在实际使用时，在上下两个夹具5的承力肩部采用502胶(或其它胶)粘贴0.5mm厚的橡皮，用于从内侧支撑试样7；在上下两个夹具5的端部粘贴0.5mm厚(依据受力面积可改变橡皮厚度)的橡皮作为缓冲垫片；在粘接盖板的粘接面涂502胶，通过胶水粘贴试样，将上下共四个盖板贴牢；在粘接盖板的承力部2内侧，也涂胶水，并通过胶水将承力部与缓冲垫片固定，保证试样在测试时的稳定性。
如附图4所示，试样拉伸时，拉伸的力通过轴6传输到试样上。首先挂式工装肩部垫层承受载荷，这时试样相对工装向下运动，由于试样与工装通过胶固定在一起，试样相对运动导致顶部垫层受压，逐渐形成肩部和顶部共同受力状态，实现了承载力由粘接力和支撑力共同承担。
常规试验装置没有本申请的粘接盖板的具体结构，而是直接采用胶带将试样粘接在夹具上。本申请的试验装置与常规试验装置的载荷时间曲线对比如附图6所示，可以看出本申请的试验装置具有更好的结果。
实施例二
脆性材料带孔板应力集中试验方法，是依据云台的水平仪调节相机云台的水平，通过激光笔检查云台中心与孔的轴线下沿是否处于同一轴线上。通过钢尺调节双相机距离，使镜头左右对称。为实现左右相机的对称，调节两相机到相同的角度，固定相机的角度，使测试区域在视场中尽量较大。采用标定板对两个相机的内外参数进行标定，标定完成后，可获得包括离面位移的信息，消除离面位移引起的图像变化。
制备对比度高，均匀的散斑。采用喷漆的方法，为了获得颗粒均匀的散斑点，喷漆选择干燥的环境，潮湿的环境下喷漆容易扩散而粘连在一起；为了提高对比度，在样品表面喷白漆，待白漆干后，再喷黑漆，为了能够形成均匀的黑色散斑点，将样品与自喷漆放置一定距离，不直接对着样品喷漆，向样品下方喷漆，黑漆逐渐飘向样品，如果需要较大的散斑点，距离近些，需要较小的散斑点，距离远些。制作的试样如附图5所示。
为了实现均匀的照明和足够的光强，使图像的灰度分布范围更广，一般的点光源导致阴影和过曝，通过采用LED阵列光源加毛玻璃可获得较好的散射光，样品表面不易形成过曝点和阴影。
为了减少间隙的影响，缓慢增大样品的预紧载荷，使橡胶垫处于压紧状态，一般预加载到30N，再启动图像按固定采集频率采集，直至试验结束。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (5)

1.一种脆性材料带孔板应力集中试验装置，其特征在于：包括粘接盖板，所述粘接盖板包括上部向内弯折的承力部，以及下部的粘接部，粘接部与承力部之间有连接部，连接部的厚度比粘接部的厚度小，粘接部内侧为粘接面。
2.根据权利要求1所述脆性材料带孔板应力集中试验装置，其特征在于：
所述粘接盖板在脆性材料带孔板应力集中试验装置的每侧各有两个，两个粘接盖板相对设置，试样通过两个粘接盖板的粘接面粘接在一起，粘接盖板上部的承力部与夹具的端部连接，且承力部与夹具端部之间设置有缓冲垫片。
3.一种脆性材料带孔板应力集中试验方法，是将脆性材料带孔板样品安装到权利要求1或2所述脆性材料带孔板应力集中试验装置上进行测试的，其特征在于具体包括如下步骤：
步骤一、制备质量良好的散斑场
选择脆性材料带孔板样品，在样品表面喷白漆，待白漆干后，再喷黑漆散斑点，制备得到散斑场；
步骤二、采用双相机的3D全场变形测试
利用双目立体视觉成像原理，通过标定板实现对两个相机内外参数的标定，能修正由于离面位移引起的图像误差，提高应变测试结果的可靠性，然后采用非接触光学-散斑测试孔边应变方法进行应变的测量。
4.根据权利要求3所述脆性材料带孔板应力集中试验方法，其特征在于：
散斑场制作时，为了能够形成均匀的黑色散斑点，在喷黑漆散斑点时，将样品与自喷漆放置一定距离，不直接对着样品喷漆，向样品下方喷漆，黑漆逐渐飘向样品。
5.根据权利要求3所述脆性材料带孔板应力集中试验方法，其特征在于：
步骤二中，采用LED阵列光源加毛玻璃提供光照。
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