CN110987680A - 一种弯曲应变产生装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于应力强度校核领域，具体公开一种弯曲应变产生装置及其应用，装置包括：底座，两个施力点均呈圆弧形的施力件，以及推动组件；底座的两端相对底座上表面凸出并设有螺孔，用于作为支撑点通过螺孔固定样品待检测区域的两端；两个施力件分别垂直设置于底座上表面上方且两个施力点与两个螺孔共线并构成四点点对称，用于同步在推动组件的控制下垂直于底座上表面运动时，通过两个施力点对待检测区域施加相同大小的力。该装置结合推动组件的控制器和驱动器实现四点弯曲测量。本发明克服了传统三点弯曲法弯曲分布不均匀的缺点，其中间区域弯曲均匀，有利于产生准确、稳定、可调节且重复的弯曲应变，极大改善了四点弯曲法的应用。

Description

一种弯曲应变产生装置及其应用
技术领域
本发明属于应力强度校核领域，更具体地，涉及一种弯曲应变产生装置及其应用。
背景技术
在实际工作过程中，任何材料都会面临各种形式的应力作用，常见的有压缩拉伸、弯曲和扭转等。为了让材料在实际工况下能够安全稳定的工作，必须进行各类应力强度的校核，而许用应力必须通过实验使得材料受到对应种类的应力发生形变时才能测出。目前，拉伸和压缩实验容易实现，材料一端固定、另一端用拉力机或压力机进行拉伸或压缩即可。但对于弯曲试验，目前而言有两种方法，即三点弯曲法和四点弯曲法，其区别是施力点个数不同，两者都有两个水平的支撑点，三点法就直接在两支撑点的正中间有一个施力点，而四点法则是有两个对称的施力点。
三点弯曲试样的上均存在剪力且弯矩分布不均匀，导致弯曲分布不均匀从而影响实验结果的准确性；但对于四点弯曲，两个施力点中间区域内的试样上没有剪力，只有均匀的弯矩，产生均匀的弯曲，使得实验结果更准确。但是在实际工程中，三点弯曲因加载方式简单而被广泛应用，四点弯曲则因相对三点弯曲装置而装置结构更加复杂导致应用较少。因此，可用的四点弯曲装置也较少，而能够实现更深入功能的(如对试样进行连续重复多次的参数可调的弯曲实验)的机械装置就更亟待研发。
发明内容
本发明提供一种弯曲应变产生装置及其应用，用以解决现有采用四点弯曲装置因结构复杂且无法进行多次重复测量而存在应用受限的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种弯曲应变产生装置，包括：底座，两个施力点均呈圆弧形的施力件，以及推动组件；
底座的两端相对底座上表面凸出并设有螺孔，用于作为支撑点通过螺孔固定样品待检测区域的两端；两个所述施力件分别垂直设置于所述底座上表面上方且两个所述施力点与两个所述螺孔共线，同时两个所述施力点相对两个所述螺孔连线中心点对称，用于同步在所述推动组件的控制下垂直于所述底座上表面运动时，通过两个所述施力点对所述待检测区域施加相同大小的力。
本发明的有益效果是：本发明采用四点弯曲法，底座的两端固定试样，这两端作为两个支撑点，两个施力件作为两个对称的施力点，施力点和支撑点共线并点对称，这样的四点弯曲在两个施力点之间区域形成纯弯曲且弯曲分布均匀，能提高测试准确度。此外，通过推动组件控制施力件的运动状态，间接控制弯曲应力及应变的大小、冲击频率、冲击次数。因此，本发明可对试样进行连续重复多次的参数可调的弯曲实验，因而可对试样材料产生稳定的可调节的重复的弯曲应变，极大改善了四点弯曲法的应用。
上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述推动装置包括依次连接的电机、丝杆和连接结构件；
其中，所述连接结构件用于固定两个所述施力件，所述电机用于控制所述丝杆带动所述连接结构件运动，使得所述连接结构件带动两个所述施力件运动。
进一步，所述连接结构件呈平板状，平行于所述底座上表面，其通过垂直于所述底座上表面的固定杆固定。
本发明的进一步有益效果是：通过将连接结构件设置为平板状，易于精确控制施力件的施力大小，另外，采用固定杆固定连接结构件，以保证装置稳固。
进一步，所述施力件为两个结构相同的压杆。
本发明的进一步有益效果是：两个施力件结构相同，便于制作，同时易于控制两个施力件的施力大小相等。
进一步，两个所述压杆呈杆状并垂直设置于两个所述施力点和两个所述螺孔之间所共直线的中心点上方。
进一步，两个所述压杆分别为不锈钢压杆，所述底座为不锈钢底座。
本发明的进一步有益效果是：采用不锈钢材料可以保证在进行弯曲应变实验时刻承载的力范围大，实用性强。
本发明还提供一种弯曲应变产生系统，包括：控制器，驱动器，以及如上所述的任一种弯曲应变产生装置；
其中，所述控制器用于通过所述驱动器控制所述弯曲应变产生装置中的推动组件。
本发明的有益效果是：本发明采用上述弯曲应变产生装置，采用四点弯曲法，底座的两端固定试样，这两端作为两个支撑点，两个施力件作为两个对称的施力点，施力点和支撑点共线并点对称，这样的四点弯曲在两个施力点之间区域形成纯弯曲且弯曲分布均匀，能提高测试准确度。此外，通过控制器控制推动组件的工作状态，以控制施力件的运动状态，间接控制弯曲应力及应变的大小、冲击频率、冲击次数。因此，本发明可对试样进行连续重复多次的参数可调的弯曲实验，因而可对试样材料产生稳定的可调节的重复的弯曲应变，极大改善了四点弯曲法的应用。
进一步，所述控制器和所述驱动器均嵌于所述底座内部。
进一步，所述底座的外壳表面镶嵌有控制面板，用于向所述控制器输入控制信号并显示。
本发明的进一步有益效果是：将控制器和驱动器均嵌于底座内部，节省体积，另外，在底座的外壳表面镶嵌有控制面板，便于实验人员对弯曲应力及应变的大小、冲击频率、冲击次数的控制，实用性强。
本发明还提供一种弯曲应变产生方法，采用如上所述的弯曲应变产生系统，对待检测样品的待检测区域进行弯曲应变生成。
本发明的有益效果是：本发明采用上述弯曲应变产生系统，可根据实际实验需要，更改施力大小、施力次数来实现所需弯曲应力及应变大小的控制，精确、简单的应用四点弯曲法，极大提高了材料的应力强度校核精度和效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种弯曲应变产生装置正视图；
图2为本发明实施例提供的弯曲应变产生装置示意图；
图3为本发明实施例提供的弯曲应变产生装置的四点弯曲原理图；
图4为本发明实施例提供的弯曲应变产生系统示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：
1、底座，11、螺孔，2、施力件，21、施力点，3、推动组件，31、电机，4、材料样品。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例一
一种弯曲应变产生装置，如图1所示，包括：底座1，两个施力点均呈圆弧形的施力件2，以及推动组件3。其中，底座的两端相对底座上表面凸出并设有螺孔11，用于作为支撑点通过螺孔固定样品待检测区域的两端；两个施力件分别垂直设置于底座上表面上方且两个施力点21与两个螺孔11共线，同时两个施力点相对两个螺孔连线中心点对称，用于同步在推动组件的控制下垂直于底座上表面运动时，通过两个施力点对待检测区域施加相同大小的力。
优选的，推动装置3包括依次连接的电机31、丝杆32和连接结构件33；其中，连接结构件用于固定两个施力件，电机用于控制丝杆通过连接结构件带动两个所述施力件运动。
优选的，连接结构件呈平板状，平行于底座上表面，其通过垂直于底座上表面的固定杆固定。
优选的，施力件为两个结构相同的压杆。
优选的，两个压杆分别为不锈钢压杆，底座为不锈钢底座。
本实施例基于四点弯曲法，即两个支撑点和两个对称的施力点：将平放的被测试材料的两端固定在铝合金底板两端上作为两个支撑点；将与电机丝杆相连的两个相同且对称的不锈钢圆弧形压杆作为两个对称的施力点，两个施力点和两个支撑点都以竖直的电机丝杆为对称轴。然后，合理构建各种支撑结构，与电机、丝杆、压杆、铝合金底板等共同构成实验平台。
首先，控制直线步进电机带动丝杆上下运动，从而带动与丝杆相连的两个相同的不锈钢圆弧形压杆上下运动，两个施力点和两个支撑点都以竖直的电机丝杆为对称轴，两个压杆以同样的状态撞击水平的试样时，会给试样上施加垂直方向的两个大小相等的力，在两个压杆之间的区域产生只有均匀弯矩而没有剪力的纯弯曲，从而在这部分区域产生均匀的弯曲应力应变。由于该直线电机可以通过控制器控制电机上下运动的距离、速度、次数来对应控制弯曲应力及应变的大小、冲击频率、冲击次数。
为了更好的说明本发明，现给出如下示例：
如图2所示，由本实例提供的机械冲击平台中实现四点弯曲法的原理部分包括直线步进电机31、电机配套丝杆32、不锈钢圆弧形压杆2(如图2所示，底部呈圆弧形)和铝合金底座1。此外，在丝杆与压杆的连接结构件上，中间是丝杆，两个角是压杆，另一个角是一个竖直不锈钢圆柱形导轨，用来增加装置稳定性，保证丝杆和压杆在上下运动是严格保持竖直而不发生偏移。
如图3所示，两个不锈钢圆弧形压杆、铝合金底板左右两端的螺孔都以正中间竖直的电机丝杆为对称轴。不锈钢圆弧形压杆是竖直放置的，与中间电机丝杆的距离为L1。而铝合金底板是水平放置的，在左右两端各有两个螺孔，在左端或右端的两个螺孔中间放入试样后，套上开了两个孔的金属压片后用螺丝固定，作为支撑点，左右两端的螺孔与中间电机丝杆的距离为L2。图中竖直虚线代表垂直于底座平面。
实施例二
一种弯曲应变产生系统，如图4所示，包括：控制器，驱动器，以及如实施例一所述的一种弯曲应变产生装置；其中，控制器用于通过驱动器控制弯曲应变产生装置中的推动组件。
采用上述弯曲应变产生装置，采用四点弯曲法，底座的两端固定试样，这两端作为两个支撑点，两个施力件作为两个对称的施力点，施力点和支撑点共线并点对称，这样的四点弯曲在两个施力点之间区域形成纯弯曲且弯曲分布均匀，能提高测试准确度。此外，通过控制器控制推动组件的工作状态，以控制施力件的运动状态，间接控制弯曲应力及应变的大小、冲击频率、冲击次数。因此，本系统可对试样进行连续重复多次的参数可调的弯曲实验，因而可对试样材料产生稳定的可调节的重复的弯曲应变，极大改善了四点弯曲法的应用。
优选的，控制器和驱动器均嵌于底座内部。
优选的，底座的外壳表面镶嵌有控制面板，用于向控制器输入控制信号并显示。
如图3所示，在原理部分结构的下面，还有一个长方体箱体，包含了直线步进电机的控制器、驱动器和电源部分，正面开槽其部分是电机控制器的编程控制操作面板，便于操作人员进行实验操作。
相关技术方案同实施例一，在此不再赘述。
实施例三
一种弯曲应变产生方法，采用如实施例二所述的弯曲应变产生系统，对待检测样品的待检测区域进行弯曲应变生成。
采用上述弯曲应变产生系统，可根据实际实验需要，更改施力大小、施力次数来实现所需弯曲应力及应变大小的控制，精确、简单的应用四点弯曲法，极大提高了材料的应力强度校核精度和效率。
相关技术方案同实施例二，在此不再赘述。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种弯曲应变产生装置，其特征在于，包括：底座，两个施力点均呈圆弧形的施力件，以及推动组件；
底座的两端相对底座上表面凸出并设有螺孔，用于作为支撑点通过螺孔固定样品待检测区域的两端；两个所述施力件分别垂直设置于所述底座上表面上方且两个所述施力点与两个所述螺孔共线，同时两个所述施力点相对两个所述螺孔连线中心点对称，用于同步在所述推动组件的控制下垂直于所述底座上表面运动时，通过两个所述施力点对所述待检测区域施加相同大小的力。
2.根据权利要求1所述的一种弯曲应变产生装置，其特征在于，所述推动装置包括依次连接的电机、丝杆和连接结构件；
其中，所述连接结构件用于固定两个所述施力件，所述电机用于控制所述丝杆带动所述连接结构件运动，使得所述连接结构件带动两个所述施力件运动。
3.根据权利要求2所述的一种弯曲应变产生装置，其特征在于，所述连接结构件呈平板状，平行于所述底座上表面，其通过垂直于所述底座上表面的固定杆固定。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种弯曲应变产生装置，其特征在于，两个所述施力件为两个结构相同的压杆。
5.根据权利要求4所述的一种弯曲应变产生装置，其特征在于，两个所述压杆呈杆状并垂直设置于两个所述施力点和两个所述螺孔之间所共直线的中心点上方。
6.根据权利要求5所述的一种弯曲应变产生装置，其特征在于，两个所述压杆分别为不锈钢压杆，所述底座为不锈钢底座。
7.一种弯曲应变产生系统，其特征在于，包括：控制器，驱动器，以及如权利要求1至6任一项所述的一种弯曲应变产生装置；
其中，所述控制器用于通过所述驱动器控制所述弯曲应变产生装置中的推动组件。
8.根据权利要求7所述的一种弯曲应变产生系统，其特征在于，所述控制器和所述驱动器均嵌于所述底座内部。
9.根据权利要求7或8所述的一种弯曲应变产生系统，其特征在于，所述底座的外壳表面镶嵌有控制面板，用于向所述控制器输入控制信号并显示。
10.一种弯曲应变产生方法，其特征在于，采用如权利要求7至9任一项所述的弯曲应变产生系统，对待检测样品的待检测区域进行弯曲应变生成。
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