CN112393971B - 断裂试样裂纹倾角测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种断裂试样裂纹倾角测量装置及测量方法，断裂试样裂纹倾角测量装置包括量筒、第一墨线和第二墨线；量筒为圆筒结构，量筒的圆周上设有角度刻度线；第一墨线穿过量筒的圆心后与量筒的圆周滑动连接，第一墨线可绕量筒的圆心转动；第二墨线穿过量筒的圆心后与量筒的内侧面滑动连接，第二墨线可在竖直方向上升降。本发明操作简单、测量效率高，只需调节第一墨线和第二墨线的位置即可快速绘制出任意角度的加载线方向；本发明通过墨线进行绘制，无需实验人员手工绘制，避免可因手工绘制而造成误差，极大提高了实验的准确性；本发明适用性广，适用于纯I到纯III或任意模式的复合断裂实验，通用于各种尺寸、不同类型的试件。

Description

断裂试样裂纹倾角测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及断裂力学研究器材技术领域，尤其是一种断裂试样裂纹倾角测量装置及测量方法。

背景技术

随着断裂力学的发展，各种类型的含裂纹试件被不断提出，用于进行不同材料或不同断裂模式的实验研究；例如用于I\II型断裂研究的中心裂纹圆盘试件(CCBD)、半圆盘三点弯曲试件(SCB)，用于I\III断裂研究的边缺槽圆盘弯曲试件(ENDB)等。

在利用各类含裂纹试件进行纯II型、纯III型、I\II复合型以及I\III复合型试验中，载荷作用线不可避免的均与初始裂纹方向存在一定的夹角，而加载角度的大小对断裂韧度的大小、断裂模式、裂纹扩展方向等均有重要影响；因此，在断裂实验中为保证实验的准确性，需精确绘制出加载线的方向。

目前绘制加载线方向的方法通常是采用量角器量取一定角度并逐一为试件绘制出加载线，对于圆盘形试件如果加工预制裂纹时未标记圆心，则在量取加载角之前还需先找准试件的圆心所在位置。在上述常规方法中，对于小雨量角器尺寸的试件，由于刻度线在试件所在平面外汇导致绘制加载线时出现较大误差；另外对于初始圆心未知的圆盘类试件，受到实验人员的操作误差和测量工具精度的影响，很难找准试件的圆心所在位置；且对试件还需逐个手工绘制加载线，在手工绘制过程中也存在不可避免的误差，无疑会大大降低实验的效率和精度。

在上述现有方法中，对于小于量角器尺寸的试件，由于刻度线在试件所在平面外会导致绘制加载线时出现较大误差；同时对于初始圆心未知的圆盘类试件，受实验人员的操作和测量工具的精度的影响，很难找准试件圆心所在位置；且还需为试件逐个手工绘制加载线，大大降低了实验的效率和精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可对不同尺寸含裂纹试件的加载角度进行快速、准确测量的断裂试样裂纹倾角测量装置及测量方法。

为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：断裂试样裂纹倾角测量装置，包括量筒、第一墨线和第二墨线；所述量筒为圆筒结构，量筒的圆周上设有角度刻度线；第一墨线穿过量筒的圆心后与量筒的圆周滑动连接，第一墨线可绕量筒的圆心转动；第二墨线穿过量筒的圆心后与量筒的内侧面滑动连接，第二墨线可在竖直方向上升降。

进一步的是：所述角度刻度线设置在量筒的顶面圆周上，角度刻度线将量筒的圆周等分为360份。

进一步的是：所述量筒的顶面设有圆环滑槽，圆环滑槽沿量筒的顶面圆周设置；第一墨线的两端端头与圆环滑槽滑动配合。

进一步的是：所述量筒的内侧面设有两个竖直滑槽，两个竖直滑槽以量筒的轴线为中心对称设置；第二墨线的两端端头分别与两个竖直滑槽滑动配合。

进一步的是：所述竖直滑槽的中心线与角度刻度线的90°位置相对应。

进一步的是：所述第一墨线的两端各连接一个第一滑动块，第一滑动块与圆环滑槽滑动配合。

进一步的是：所述第二墨线的两端各连接一个第二滑动块，两个第二滑动块分别与对应的竖直滑槽滑动配合。

本发明还公开了采用上述断裂试样裂纹倾角测量装置进行测量的方法，所述测量方法包括以下步骤：

a、将第一墨线转动至第二墨线正上方，使第一墨线和第二墨线处于同一竖直面上；

b、向下移动第二墨线，使第二墨线与第一墨线之间的距离大于试件的厚度；

c、将带有裂纹的试件裂纹面朝下放入量筒中，使试件的裂纹与第二墨线重合；

d、移动第二墨线使试件的上表面与第一墨线接触，通过第一墨线在试件的上表面绘制第一条墨迹线；

e、将第二墨线移动至量筒的上表面，转动第一墨线至与第二墨线相垂直处，移动试件使其圆周上的任意一点与第一墨线和第二墨线的交点重合，通过第一墨线在试件的上表面绘制第二条墨迹线，两条墨迹线的交点即为试无裂纹面的圆心；

f、将试件裂纹面朝下重新放入量筒中，使试件无裂纹面的圆心与第一墨线和第二墨线的交点重合，转动第一墨线至与第二墨线相垂直处作为起点，然后顺时针或逆时针转动第一墨线与实验所需加载角相同的角度，通过第二墨线在试件的上表面绘制第三条墨线，第三条墨线所在位置即为实验所需加载线方向。

本发明的有益效果是：

1、本发明操作简单、测量效率高，只需调节第一墨线和第二墨线的位置即可快速绘制出任意角度的加载线方向；

2、本发明通过墨线进行绘制，无需实验人员手工绘制，避免可因手工绘制而造成误差，极大提高了实验的准确性；

3、本发明适用性广，适用于纯I到纯III或任意模式的复合断裂实验，通用于各种尺寸、不同类型的试件。

附图说明

图1为本发明的轴测图；

图2为本发明的半剖轴测图；

图3为试件的示意图；

图4为本发明对试件绘制第一条墨迹线时的示意图；

图5为本发明对试件绘制第二条墨迹线时的示意图；

图6为本发明绘制加载线时的示意图；

图中标记为：100-量筒、110-角度刻度线、120-圆环滑槽、130-竖直滑槽、200-第一墨线、300-第二墨线、400-试件。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图对本发明进行进一步的说明。

如图1所示，本发明所述的断裂试样裂纹倾角测量装置由量筒100、第一墨线200和第二墨线300组成。其中，量筒100为圆筒结构，第一墨线200和第二墨线300都与量筒100滑动配合，第一墨线200穿过量筒100的圆心后滑动连接在量筒100的上表面圆周上，移动第一墨线200的两端可使第一墨线200绕量筒100的圆心转动任意角度；第二墨线300穿过量筒100的圆心后滑动连接在量筒100的内侧面上，移动第二墨线300的两端可使第二墨线300在量筒100内竖直升降。

为了便于确定第一墨线200的转动位置以及加载线的角度，在量筒100上设置有角度刻度线110，如图1、图4至图6所示，角度刻度线110设置在量筒100的上表面上，角度刻度线110将量筒100的圆周等分为360份，角度刻度线110以0°至90°为取值范围，将量筒100的圆周等分为4个0°至90°范围的区间，在量筒100的圆周对应位置处标注两个0°刻度线和两个90°刻度线，无论顺时针还是逆时针转动第一墨线200，最终第一墨线200停止处对应角度读数都不会大于90°。

本发明中第一墨线200和第二墨线300都与量筒100滑动配合，其配合方式可根据实际需要进行选择，本发明中可采用在量筒100上设置滑动槽并在墨线两端设置滑动块的方式来实现。如图1和图2所示，在量筒100的上表面设置有圆环滑槽120，圆环滑槽120沿量筒100的上表面圆周呈圆形设置；在量筒100的内侧面上设置有两个竖直滑槽130，两个竖直滑槽130分别设置在量筒100内侧面的两端，两个竖直滑槽130以量筒100的轴线为中心对称设置，与角度刻度线110相对应，两个竖直滑槽130的中心线分别与角度刻度线110的两个90°位置相对应。在第一墨线200和第二墨线300的两端端头处都连接滑动块，第一墨线200的两端各连接一个第一滑动块，第一滑动块与圆环滑槽120滑动配合，第二墨线300的两端各连接一个第二滑动块，两个第二滑动块分别与对应的竖直滑槽130滑动配合，通过同步移动第一墨线200两端的第一滑动块即可使第一墨线200转动，通过同步移动第二墨线300两端的第二滑动块即可使第二墨线300竖直升降。为了保证第一墨线200和第二墨线300移动后不会发生位移，可以在第一滑动块和第二滑动块的表面设置摩擦面以增大摩擦系数，通过增大滑动块和滑槽之间的摩擦力来保证第一墨线200和第二墨线300在没有外力施加的情况下不会自行移动。

在采用本发明所述的断裂试样裂纹倾角测量装置进行测量时，以如图3所示的试件400作为测量对象，试件400的圆心未知，且由于断裂加载时裂纹向下，加载线应绘制在无裂纹面上。首先，应确定试件400的圆心，如图4所示，将第一墨线200转动至角度刻度线110的90°位置处，即转动至第二墨线300正上方，使第一墨线200和第二墨线300处于同一竖直面上；向下移动第二墨线300，使第二墨线300与第一墨线200之间的距离大于试件400的厚度，将试件400裂纹面朝下放入量筒100中，使试件400的裂纹与第二墨线300重合；移动第二墨线300使试件400的上表面与第一墨线200接触，通过第一墨线200在试件400的上表面绘制第一条墨迹线；然后如图5所示，将第二墨线300移动至量筒100的上表面，转动第一墨线200至与第二墨线300相垂直处，即角度刻度线110的0°位置处，移动试件400使其圆周上的任意一点与第一墨线200和第二墨线300的交点重合，通过第一墨线200在试件400的上表面绘制第二条墨迹线，两条墨迹线的交点即为试件400无裂纹面的圆心。

试件400的圆心确定后即可绘制加载线，如图6所示，将试件400裂纹面朝下重新放入量筒100中，使试件400无裂纹面的圆心与第一墨线200和第二墨线300的交点重合，转动第一墨线200至与第二墨线300相垂直处作为起点，然后顺时针或逆时针转动第一墨线200与实验所需加载角相同的角度，通过第一墨线200在试件400的上表面绘制第三条墨线，第三条墨线所在位置即为实验所需加载线方向。

Claims (8)

1.断裂试样裂纹倾角测量装置，其特征在于：包括量筒(100)、第一墨线(200)和第二墨线(300)；所述量筒(100)为圆筒结构，量筒(100)的圆周上设有角度刻度线(110)；第一墨线(200)穿过量筒(100)的圆心后与量筒(100)的圆周滑动连接，第一墨线(200)可绕量筒(100)的圆心转动；第二墨线(300)穿过量筒(100)的圆心后与量筒(100)的内侧面滑动连接，第二墨线(300)可在竖直方向上升降。

2.如权利要求1所述的断裂试样裂纹倾角测量装置，其特征在于：所述角度刻度线(110)设置在量筒(100)的顶面圆周上，角度刻度线(110)将量筒(100)的圆周等分为360份。

3.如权利要求2所述的断裂试样裂纹倾角测量装置，其特征在于：所述量筒(100)的顶面设有圆环滑槽(120)，圆环滑槽(120)沿量筒(100)的顶面圆周设置；第一墨线(200)的两端端头与圆环滑槽(120)滑动配合。

4.如权利要求2所述的断裂试样裂纹倾角测量装置，其特征在于：所述量筒(100)的内侧面设有两个竖直滑槽(130)，两个竖直滑槽(130)以量筒(100)的轴线为中心对称设置；第二墨线(300)的两端端头分别与两个竖直滑槽(130)滑动配合。

5.如权利要求4所述的断裂试样裂纹倾角测量装置，其特征在于：所述竖直滑槽(130)的中心线与角度刻度线(110)的90°位置相对应。

6.如权利要求3所述的断裂试样裂纹倾角测量装置，其特征在于：所述第一墨线(200)的两端各连接一个第一滑动块，第一滑动块与圆环滑槽(120)滑动配合。

7.如权利要求4所述的断裂试样裂纹倾角测量装置，其特征在于：所述第二墨线(300)的两端各连接一个第二滑动块，两个第二滑动块分别与对应的竖直滑槽(130)滑动配合。

8.采用如权利要求1至7任意一项所述断裂试样裂纹倾角测量装置进行测量的方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、将第一墨线(200)转动至第二墨线(300)正上方，使第一墨线(200)和第二墨线(300)处于同一竖直面上；

b、向下移动第二墨线(300)，使第二墨线(300)与第一墨线(200)之间的距离大于试件(400)的厚度；

c、将带有裂纹的试件(400)裂纹面朝下放入量筒(100)中，使试件(400)的裂纹与第二墨线(300)重合；

d、移动第二墨线(300)使试件(400)的上表面与第一墨线(200)接触，通过第一墨线(200)在试件(400)的上表面绘制第一条墨迹线；

e、将第二墨线(300)移动至量筒(100)的上表面，转动第一墨线(200)至与第二墨线(300)相垂直处，移动试件(400)使其圆周上的任意一点与第一墨线(200)和第二墨线(300)的交点重合，试件(400)与第二墨线(300)相切，通过第一墨线(200)在试件(400)的上表面绘制第二条墨迹线，两条墨迹线的交点即为试件(400)无裂纹面的圆心；

f、将试件(400)裂纹面朝下重新放入量筒(100)中，使试件(400)无裂纹面的圆心与第一墨线(200)和第二墨线(300)的交点重合，第一条墨迹线与第二墨线(300)重合，转动第一墨线(200)至与第二墨线(300)相垂直处作为起点，然后顺时针或逆时针转动第一墨线(200)与实验所需加载角相同的角度，通过第一墨线(200)在试件(400)的上表面绘制第三条墨线，第三条墨线所在位置即为实验所需加载线方向。

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