CN110954405A - 一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置,它包括加载盘、试件装夹槽、方形垫片、滑槽、刻度盘、刻度盘指针、夹块和夹持端等。其特征是:所述加载盘由4块四分之一圆盘组成,中间设有试件装夹槽用于固定试件;所述方形垫片可放置于试件装夹槽中,通过改变其放置数目可以适用于不同厚度试件的试验;所述滑槽位于加载盘上,夹块可以沿着滑槽运动;所述刻度盘和刻度盘指针分别位于加载盘和夹块上,可以指示力的加载角度;所述夹持端对称设置于加载盘的两侧,并与拉伸机连接。本发明利用压力试验机施加垂直载荷,通过调整滑槽上夹块的角度,可以获得不同混合度下的裂纹面正应力和剪应力的组合,从而实现对混合型裂纹的研究。
Description
技术领域
本发明涉及力学试验技术领域,具体是一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置,利用试验机施加垂向载荷,通过改变装置的加载角度获得裂纹面正应力和剪应力的不同组合,从而可以实现对于混合型断裂问题的研究。
背景技术
20世纪70年代,以色列科学家M.Arcan等人设计出一种新颖的材料试验夹具,通过改变加载方向与试件轴线方向夹角的方式来构建不同的受力状态。但这种试验夹具只能进行某些固定受力角度的试验,无法达到对试件受力角度的连续调节控制。
2008年,李银平等人公布了一种压剪试验装置(专利公开号:CN101315320A),解决了试件的受力角度无法连续调节的问题,但是此装置的调节范围较小,无法满足对于试件受力角度大范围调节的要求。同时此装置只能进行针对岩石材料的压缩试验,无法进行其他材料的拉伸试验。因此,亟需开发一种可以连续调节试件的受力角度,集拉伸压缩试验为一体,且易于实现材料性能批量测试的新型试验装置。
发明内容
为了克服传统的Arcan圆盘试验装置以及现有压剪试验装置存在的主要不足,本发明的目的是提供一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置,该装置不仅可以连续调节试件的受力角度,而且可以集拉伸试验和压缩试验为一体,进行不同厚度试验件的试验,易于实现材料性能的批量测试。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
该试验装置包括加载盘、试件装夹槽、方形垫片、滑槽、刻度盘、刻度盘指针、夹块紧固螺栓、夹块紧固螺帽、试件紧固螺栓、试件紧固螺帽、紧固螺栓垫片、定位螺栓、定位螺帽、夹块和夹持端。
所述加载盘由4块四分之一圆盘组成,中间设有试件装夹槽用于固定试件;
所述方形垫片可放置于试件装夹槽中,通过调整其数量可以适用于不同厚度试件的试验;
所述滑槽位于加载盘上,夹块可以沿着滑槽进行运动;
所述刻度盘和刻度盘指针分别位于加载盘和夹块上,可以指示力的加载角度;
所述试件紧固螺栓穿过加载盘与试验件,具有固定试验件的作用;
所述定位螺栓位于夹块的两端,可以沿着滑槽运动,起到固定夹块位置的作用;
所述夹持端对称设置于加载盘的两侧,夹持端与拉伸机连接。
优选地,加载盘前后两侧开孔,中间设有试件装夹槽用于装夹试验件,试件紧固螺栓插入孔中,穿过加载盘与试验件,起到固定试验件的作用。
优选地,为了能连续调节控制试件的受力角度,并且变换角度之后重心不偏离整个装置的中线,本发明中刻度盘的边缘、夹块边缘的凹槽以及加载盘周向的滑槽均采用了圆弧形的设计,并且整个装置是关于试验件的中心所在的竖直面呈平面中心对称的,装置中所有圆弧形边界的圆心都是试验件的中心。
优选地,为了增大本发明的使用范围,本发明采用了一种方形垫片,方形垫片的中部开有圆孔,其大小与试件装夹槽相同,可放置于试件装夹槽中,增加方形垫片的厚度可以进行薄试验件相关的试验,减小方形垫片的厚度可以进行厚试验件相关的试验,同时可以有效地提高试验精度。
优选地,加载盘周向开有滑槽,夹块与夹块紧固螺栓可以沿着滑槽运动,从而实现试件在不同角度的受力效果。
优选地,刻度盘位于加载盘中部凸起位置,刻度盘指针位于夹块中部位置,当夹块沿滑槽运动到某一位置时,刻度盘指针所指示的刻度盘读数即为力的加载角度。
优选地,定位螺栓穿过滑槽位于夹块的两端,其可以沿着滑槽运动,具有固定夹块位置的作用。当夹块滑到滑槽最左侧或者最右侧时,可以拆掉夹块内侧的定位螺栓,仅保留外侧的定位螺栓。
本发明的上述技术方案具有如下优点:
(1)利用试验机施加垂向载荷,通过改变试件的受力角度获得不同混合度下裂纹面正应力和剪应力的组合,从而实现对不同混合型裂纹的研究;
(2)可以连续调节试件的受力角度;
(3)具有良好的自稳性,角度改变之后整个装置的中心不会偏离中心线;
(4)适用范围广,可以适用于不同厚度的长方体试验件;
(5)试验装置既可以进行拉伸试验,也可以进行压缩试验;
(6)整体适用寿命长。夹块、夹持端、方形垫片、紧固螺栓和定位螺栓等易于损坏的部件可以方便地更换。
附图说明
为了能更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方案或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中,类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中,各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明提供的一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置的三维拆分示意图;
图2为本发明提供的一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置的整体斜二轴测图;
图3为本发明提供的一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置的整体正视图;
图4为本发明提供的一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置的上夹块滑动到最右侧时的正视图;
图5为本发明提供的一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置的整体左视图;
图6为本发明提供的一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置的整体俯视图;
图7为本发明提供的一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置的前侧加载盘主视图;
图8为本发明提供的一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置的前侧加载盘斜二轴测图;
图9为本发明提供的一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置的夹持端与上夹块组合的斜二轴测图;
图10为本发明提供的一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置的试验件垫片斜二轴测图。
其中:1-前上半加载盘;2-前下半加载盘;3-后下半加载盘;4-后上半加载盘;5-滑槽;6-刻度盘;7-刻度盘指针;8-方形垫片;9-上夹块;10-上夹持端;11-上夹块紧固螺栓;12-上夹块紧固螺帽;13-上定位螺栓;14-试件紧固螺栓;15-下定位螺栓;16-试件装夹槽;17-下夹块紧固螺栓;18-下夹块;19-下夹持端;20-下夹块紧固螺帽;21-下定位螺帽;22-试件紧固螺帽;23-紧固螺栓垫片;24-上定位螺帽。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
在本发明的描述中,需要说明的是,若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了基于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或位置,因此不能理解为对本发明的限制。
如图1至图10所示,本发明实施例提供的一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置包括加载盘1、2、3、4、试件装夹槽16、方形垫片8、滑槽5、刻度盘6、刻度盘指针7、夹块紧固螺栓11、17、夹块紧固螺帽12、20、试件紧固螺栓14、试件紧固螺帽22、紧固螺栓垫片23、定位螺栓13、15、定位螺帽21、24、夹块9、18和夹持端10、19。本发明的实施对象位于试件装夹槽16中。
首先依据图1说明各个部件的特征及其作用:
加载盘1、2、3、4由4块四分之一圆盘组成,中间设有试件装夹槽16用于固定试验件;方形垫片8可放置于试件装夹槽16中,通过调整方形垫片8的数量可以适用于不同厚度试验件的试验;滑槽5位于加载盘1、2、3、4上,夹块9、18可以沿着滑槽5运动;刻度盘6位于加载盘1、2、3、4上,刻度盘指针7位于夹块9、18上,可以指示力的加载角度;试件紧固螺栓14穿过加载盘1、2、3、4与试验件,具有固定试验件的作用;定位螺栓13、15位于夹块的两端,可以沿着滑槽5运动,起到固定夹块9、18位置的作用;夹持端10、19对称设置于加载盘1、2、3、4的两侧,夹持端10、19与拉伸机连接。
如图2所示,加载盘1、2、3、4前后两侧开有6个直径为13毫米的通孔,中间设有试件装夹槽16用于装夹试验件,试件紧固螺栓14插入通孔中,穿过加载盘1、2、3、4与试验件,起到固定试验件的作用。
如图3和图7所示,刻度盘6位于加载盘1、2、3、4中部凸起位置,上面标有至连续变化的刻度值。刻度盘指针7位于夹块9、18中部位置,当夹块9、18沿滑槽5运动到某一位置时,刻度盘指针7所指示的刻度盘6读数即为试件的受力角度。为了保证试验装置能连续调节控制试件的受力角度,并且变换角度之后重心不偏离整个装置的中线,刻度盘6的边缘、夹块9、18边缘的凹槽以及加载盘1、2、3、4周向的滑槽5均采用了圆弧形的设计。
如图4所示,定位螺栓13、15穿过滑槽5位于夹块9、18的两端,其直径与滑槽5的宽度相等,均为16mm。定位螺栓13、15可以沿着滑槽5运动,具有固定夹块9、18位置的作用。当夹块9、18滑到滑槽5最左侧或者最右侧时,可以拆掉夹块9、18内侧的定位螺栓13、15,仅保留外侧的定位螺栓13、15,从而保证试验装置能够顺利实现的受力角度。
如图9所示,夹持端10、19与夹块9、18通过螺纹相连,夹持端10、19与试验机相连,夹持端10、19的直径为20毫米,左右加载盘1、2、3、4两侧通过夹块9、18连接试验机。
如图10所示,为了增大本发明的使用范围,本发明采用了一种方形垫片8,方形垫片8的中部开有3个直径为13毫米的圆孔,方形垫片8的大小与试件装夹槽16相同,可放置于试件装夹槽16中,增加方形垫片8的数量可以进行薄试验件相关的试验,减少方形垫片8的数量可以进行厚试验件相关的试验,同时可以有效地提高试验精度。
一个典型的试验过程如下:
(1)调整试件的受力角度:试验装置的表面刻有辅助调节夹块9、18位置的刻度线,参照这些刻度线将上夹块9和下夹块18调到指定的角度,然后将夹块紧固螺栓12、20和定位螺栓13、15拧紧,保证夹块9、18在拉伸或者压缩试验中不会沿着滑槽5左右滑动;
(2)安装试验件:将标准试验件放入试件装夹槽16中,根据试验件的厚度选择合适厚度的方形垫片8放入试件装夹槽16中,拧紧试件紧固螺栓14,保证试验件不会在试件装夹槽16中运动;
(3)将试验装置装夹至试验机:用试验机的夹块夹紧试验装置的夹持端10、19,调节夹块9、18加持力的大小,保证在试验过程中夹持端10、19不会滑脱;
(4)施加载荷:启动试验机进行加载,直到试验件发生沿着剪切面的破坏,记录破坏载荷;
(5)重复试验:依据试验设计要求,重复步骤2—4,以该角度进行若干试验件的试验;
(6)变换角度:变换夹块9、18的位置,使刻度盘指针7指在刻度盘6的不同位置,重复步骤1—5进行试验,记录不同加载角度下的试验件破坏载荷;
(7)整理实验数据。
需要说明的是,以上实施例仅用以说明本发明技术方案而非限制技术方案,尽管申请人参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,那些对本发明技术方案进行的修改或者等同替换,不能脱离本技术方案的宗旨和范围,均应涵盖在本发明权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置,它包括加载盘(1、2、3、4)、试件装夹槽(16)、方形垫片(8)、滑槽(5)、刻度盘(6)、刻度盘指针(7)、夹块紧固螺栓(11、17)、夹块紧固螺帽(12、20)、试件紧固螺栓(14)、试件紧固螺帽(22)、紧固螺栓垫片(23)、定位螺栓(13、15)、定位螺帽(21、24)、夹块(9、18)和夹持端(10、19),
所述加载盘(1、2、3、4)由4块四分之一圆盘组成,中间设有试件装夹槽(16)用于固定试件;
所述方形垫片(8)可放置于试件装夹槽(16)中,通过调整其数量可以适用于不同厚度试件的试验;
所述滑槽(5)位于加载盘(1、2、3、4)上,夹块(9、18)可以沿着滑槽(5)运动;
所述刻度盘(6)和刻度盘指针(7)分别位于加载盘(1、2、3、4)和夹块(9、18)上,可以指示试件的受力角度;
所述试件紧固螺栓(14)穿过加载盘(1、2、3、4)与试验件,具有固定试验件的作用;
所述定位螺栓(13、15)位于夹块的两端,可以沿着滑槽(5)运动,起到固定夹块(9、18)位置的作用;
所述夹持端(10、19)对称设置于加载盘(1、2、3、4)的两侧,夹持端(10、19)与试验机连接。
2.根据权利要求1所述的一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置,其特征是:加载盘(1、2、3、4)前后两侧开孔,中间设有试件装夹槽(16)用于装夹试验件,试件紧固螺栓(14)插入孔中,穿过加载盘(1、2、3、4)与试验件,起到固定试验件的作用。
3.根据权利要求1所述的一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置,其特征是:为了能连续调节控制试件的受力角度,并且变换角度之后重心不偏离整个装置的中线,刻度盘(6)的边缘、夹块(9、18)边缘的凹槽以及加载盘(1、2、3、4)周向的滑槽(5)均采用了圆弧形的设计。
4.根据权利要求1所述的一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置,其特征是:方形垫片(8)的中部开有圆孔,其大小与试件装夹槽(16)相同,可放置于试件装夹槽(16)中,增加方形垫片(8)的数量可以进行薄试验件相关的试验,减少方形垫片(8)的数量可以进行厚试验件相关的试验。
5.根据权利要求1所述的一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置,其特征是:加载盘(1、2、3、4)周向开有滑槽(5),夹块(9、18)与夹块紧固螺栓(11、17)可以沿着滑槽(5)运动,从而实现试件在不同角度的受力效果。
6.根据权利要求1所述的一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置,其特征是:刻度盘(6)位于加载盘(1、2、3、4)中部凸起位置,刻度盘指针(7)位于夹块(9、18)中部位置,当夹块(9、18)沿滑槽(5)运动到某一位置时,刻度盘指针(7)所指示的刻度盘(6)读数即为试件的受力角度。
7.根据权利要求1所述的一种带刻度式可连续变换角度的混合型裂纹试验装置,其特征是:定位螺栓(13、15)穿过滑槽(5)位于夹块(9、18)的两端,其可以沿着滑槽(5)运动,具有固定夹块(9、18)位置的作用,
当夹块(9、18)滑到滑槽(5)最左侧或者最右侧时,可以拆掉夹块(9、18)内侧的定位螺栓(13、15),仅保留外侧的定位螺栓(13、15)。
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