CN112710563A - 一种金属棒材弯曲疲劳试验方法 - Google Patents

一种金属棒材弯曲疲劳试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属棒材弯曲疲劳试验方法，其试验装置包括安装架、长度调节机构、试样夹紧块和荷载施加机构，安装架固定于地面上，长度调节机构固定于安装架的底部，荷载施加机构固定于安装架的顶部对应长度调节机构的长度方向中间位置处，通过试样夹紧块将试样的两端固定于长度调节机构上，可固定不同长度、不同截面形状的试样，荷载施加机构夹紧试样的中间位置处并对其施加径向交变荷载，使其做受迫振动发生弯曲疲劳破坏，得出试样能承受的径向交变荷载能力，保证各种金属棒材的安全使用。对于热轧成型不锈钢覆层钢筋，经过试验得出其弯曲疲劳极限后，可避免其表面不锈钢覆层与内部碳钢芯发生脱落，保证其整体性，从而保证其应有的受力性能。

Description

一种金属棒材弯曲疲劳试验方法
技术领域
本发明属于材料力学性能测试领域，特别是涉及一种金属棒材弯曲疲劳试验方法。
背景技术
目前针对钢筋的疲劳试验主要为拉伸疲劳试验和扭转疲劳试验，但是在钢筋混凝土中钢筋承受的交变载荷除轴向载荷(拉伸)、周向载荷(扭转)外还有径向载荷(弯曲)，针对钢筋径向交变载荷承载能力缺乏对应的试验装置及有效方法。同时，对于热轧成型不锈钢覆层钢筋，径向载荷有可能使得其表面不锈钢覆层与内部碳钢芯发生脱落，因此对于热轧成型不锈钢覆层钢筋探究其弯曲疲劳极限显得更为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够方便有效检测不同规格金属棒材弯曲疲劳极限的方法。
本发明提供的这种金属棒材弯曲疲劳试验方法，其试验装置包括安装架、长度调节机构、试样夹紧块和荷载施加机构，安装架固定于地面上，长度调节机构固定于安装架的底部，荷载施加机构固定于安装架的顶部对应长度调节机构的长度方向中间位置处，通过试样夹紧块将试样的两端固定于长度调节机构上，荷载施加机构夹紧试样的中间位置处并对试样施加径向交变荷载，使试样做受迫振动发生弯曲疲劳破坏。
上述方法的一种实施方式中，所述安装架包括底座、立柱和菱形保持框，底座的形状为十字形，两根立柱对称固定于其一个方向的两端，菱形保持框固定于两立柱的顶部。
上述方法的一种实施方式中，所述菱形保持框的内腔中间位置处固定有法兰盘，法兰盘上有用于安装所述荷载施加装置的中心圆孔。
上述方法的一种实施方式中，所述长度调节机构包括支撑框架、滚珠丝杠和舵轮；支撑框架包括两侧板和两端板，端板为L形板，侧板为矩形板，两端板以水平臂朝外对称布置，两侧板通过紧固件连接于两端板的两侧，两端板的水平臂通过紧固件固定于所述底座的另一个方向两端；滚珠丝杠的长度大于支撑框架的长度，且对应支撑框架端板外的外伸段为光杆段，对应支撑框架内的长度对称分为两段旋向相反的螺纹段，两螺纹段均配置螺母；舵轮连接于外伸段的末端并通过螺母锁紧；丝杠通过滚珠轴承安装于支撑框架的两端板上。
上述方法的一种实施方式中，所述螺母的顶面连接有滑块，滑块为开口朝下的U形块，所述侧板的顶部外侧对称设置有沿其长度方向的导轨，滑块的两侧有与导轨匹配的滑槽。
上述方法的一种实施方式中，所述侧板的长度方向设置有可直接读出两螺母之间间距的刻度线。
上述方法的一种实施方式中，所述荷载施加机构为电动推杆，电动推杆的推杆套下端通过法兰及紧固件对中固定于所述菱形保持框的法兰盘上，推杆穿过法兰盘上的中心圆孔。
上述方法的一种实施方式中，所述试样夹紧块有三对，每对包括下夹块和上夹块，下夹块的顶面和上夹块的底面对称设置有沿丝杠方向的V形槽，上夹块和下夹块之间通过螺栓连接；两对试样夹紧块的下夹块固定于所述滑块上，另外一对试样夹紧块的上夹块固定于所述荷载施加机构的推杆下端。
上述方法的一种实施方式中，所述下夹块和上夹块的V形槽处分别配置同形状可保护试样的合金垫块。
上述方法包括以下步骤：
(1)将安装架通过地脚螺栓固定于地面的指定位置；
(2)在长度调节机构的两滑块上通过固定下夹块；
(3)将长度调节机构支撑框架的端板固定于底座上；
(4)将荷载施加装置固定于安装架顶部的菱形保持框上；
(5)测量金属棒材试样的长度；
(6)旋转调距舵轮调节丝杠上两螺母之间距离满足试样的安装长度；
(7)在步骤(2)固定好的下夹块的V形槽处垫上合金垫块，将试样的两端分别置于合金垫块的V形槽中，然后在上夹持块的V形槽处垫上合金垫块后夹持试样，并通过螺栓将上夹块与下夹块连接固定；
(8)将电动推杆下端的试样夹紧块的下夹块取下，然后参照步骤(7)夹紧试块的中间位置处；
(9)根据试样合适的电动推杆，启动电动推杆给试样施加交变径向荷载，使试样作受迫振动，直至试样发生弯曲疲劳破坏，得出试样的弯曲疲劳极限。
本发明的试验装置采用滚珠丝杠作为长度调节机构，转动丝杠即可使丝杠上的两螺母相向移动或者相背移动调节两螺母之间的间距，所以长度调节机构可固定不同长度的金属棒材。而且在长度调节机构的支撑框架的侧板上设置沿长度方向的刻度线，可直接读出两螺母之间的间距，使试样固定时更快捷。试样的两端通过夹紧块固定于螺母上，夹紧块包括通过紧固件连接的上、下夹块，上、下夹块通过V形槽固定试样，且在V形槽处垫设可保护试样的合金垫块，所以可满足螺纹钢筋、光杆实心钢筋、细长钢管、细长方管等多种规则或者不规则的金属棒材夹持需要。荷载施加机构采用电动推杆，固定于长度调节机构的上方，且对应其丝杠的两螺纹段之间的中间位置处，其推杆下端通过一对夹紧块夹住试样的中间位置处，对试样施加设定的交变径向荷载，使试样产生受迫振动产生弯曲疲劳破坏，得出试样的弯曲疲劳极限，即得出金属棒材能承受的径向交变荷载能力，保证各种金属棒材的安全使用。电动推杆作为动力源，可输出不同频率、振幅和功率的荷载，电动推杆与菱形保持框之间为可拆卸连接，针对不同试样可更换不同规格型号以满足需要。对于热轧成型不锈钢覆层钢筋，经过试验得出其弯曲疲劳极限后，可避免其表面不锈钢覆层与内部碳钢芯发生脱落，保证钢筋的整体性，从而保证其应有的受力性能。
附图说明
图1为本发明一个实施例的轴侧结构示意图。
图2为图1中安装架和荷载施加装置的装配示意图。
图3为图1中长度调节机构的放大结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例公开的这种金属棒材弯曲疲劳试验装置，包括安装架1、长度调节机构2、试样夹紧块3、荷载施加装置4。
结合图1、图2可以看出：
安装架1包括底座11、立柱12和菱形保持框13。
底座11的形状为十字形，采用槽钢焊接成型。
立柱12采用T型钢制作，两根立柱12以腹板相对焊接于底座1一根槽钢的两端。
菱形保持框13采用角钢制作，其较小尺寸的对边固定于两立柱12的上端，菱形保持框的底面中心位置处焊接有法兰盘。
结合图1和图3可以看出：
长度调节机构2包括支撑框架、滚珠丝杠、滑块和舵轮。
支撑框架21包括侧板和端板。端板为L形板，侧板为矩形板，侧板的顶部外侧对称设置有沿其长度方向的导轨两端板以水平臂朝外对称布置，两侧板通过沉头螺钉连接于两端板的两侧围成框架。两端板的水平臂通过沉头螺钉固定于底座11的另一根槽钢两端。
滚珠丝杠的丝杠22有两段旋向相反的螺纹段，两螺纹段均配置螺母23，两螺母的顶面分别连接滑块24。丝杠22的长度大于支撑框架21的长度，且对应支撑框架端板外的外伸段为光杆段，舵轮25连接于外伸段的末端并通过螺母锁紧。
滑块24为开口朝下的U形块，滑块的两侧有滑槽，滑槽的槽壁设置合金垫层。
丝杠22通过滚珠轴承安装于支撑框架21的两端板上，滑块两侧与支撑框架21的侧板之间通过滑槽和导轨配合装配。
转动丝杠即可使两螺母同时沿丝杠相向或者相背移动，调整两螺母之间的间距。
侧板的长度方向设置有便于直接读出两螺母之间间距的刻度线。
试样夹紧块3有三对，每对包括下夹块31和上夹块32，下夹块的顶面和上夹块的底面对称设置有沿丝杠22长度方向的V形槽，上、下夹块之间通过螺栓连接。其中两对试块夹块3的下夹块31通过沉头螺钉与滑块24连接固定，两对试块夹块分别夹紧金属棒材试块的两端，同时给上、下夹块的V形槽处配置相应形状的合金垫片(图中未示出)，合金垫块选择如铜铝合金等质地较软的合金，以避免试样在夹持处产生应力集中，起到保护试样的作用。
荷载施加装置4采用电动推杆，且其推杆套的下端设置有连接法兰。荷载施加装置以其推杆段朝下布置，推杆穿过菱形保持框法兰盘上的中心圆孔，推杆套下端的连接法兰与菱形保持框上的法兰盘之间通过沉头螺钉连接固定。
荷载施加装置4固定好后，其推杆对应于丝杠22两螺纹段的中间位置处。
第三对试块夹块的上夹块连接于推杆的下端，这一对试块夹块夹紧金属棒材试块的中间位置处。
电动推杆作为动力源，可输出不同频率、振幅和功率的荷载，电动推杆与菱形保持框之间为可拆卸连接，针对不同试样可更换不同规格型号以满足需要。
长度调节机构进行调节时，旋转舵轮使丝杠旋转，丝杠的旋转运动转化为螺母的直线运动，丝杠上的两螺母同时沿丝杠相向移动或者相背移动调整间距，以安装不同长度的金属棒材。同时螺母连接的槽型结构的滑块两侧沿支撑框架侧板上的导轨滑动，实现槽型滑块的低阻尼滑动，导轨同时起到承载滑块的作用，减小了滚珠丝杠承受的载荷，提高运动精度、机构刚度和寿命。滑块滑槽内壁的合金垫层可减小滑槽与导轨之间的摩擦力，同时具有自润性。
试样夹紧块的上、下夹块设置V形槽作为试样安装槽，且两上下夹块通过螺栓连接，所以可满足螺纹钢筋、光杆实心钢筋、细长钢管、细长方管等多种规则或不规则金属棒材夹持需要。
本装置进行金属棒材弯曲疲劳试验的具体步骤如下：
(1)将安装架通过地脚螺栓固定于地面的指定位置；
(2)在长度调节机构的两滑块上通过固定试样夹紧块的下夹块；
(3)将长度调节机构支撑框架的端板固定于底座上；
(4)将电动推杆固定于安装架顶部的菱形保持框上；
(5)测量金属棒材试样的长度；
(6)旋转舵轮调节丝杠上两螺母之间距离满足试样的安装长度；
(7)在步骤(2)固定好的下夹块的V形槽处垫上合金垫块，将试样的两端分别置于合金垫块的V形槽中，然后在上夹持块的V形槽处垫上合金垫块后夹持试样，并通过螺栓将上夹块与下夹块连接固定；
(8)将电动推杆下端的试样夹紧块的下夹块取下，然后参照步骤(7)夹紧试块的中间位置处；
(9)根据试样选择合适的电动推杆，启动电动推杆给试样施加交变径向荷载，使试样作受迫振动，直至试样发生弯曲疲劳破坏，得出试样的弯曲疲劳极限。
总之，本发明的试验装置采用滚珠丝杠作为长度调节机构，转动丝杠即可使丝杠上的两螺母相向移动或者相背移动调节两螺母之间的间距，所以长度调节机构可固定不同长度的金属棒材。而且在长度调节机构的支撑框架的侧板上设置沿长度方向的刻度线，可直接读出两螺母之间的间距，使试样固定时更快捷。试样的两端通过夹紧块固定于螺母上，夹紧块包括通过紧固件连接的上、下夹块，上、下夹块通过V形槽固定试样，且在V形槽处垫设可保护试样的合金垫块，所以可满足螺纹钢筋、光杆实心钢筋、细长钢管、细长方管等多种规则或者不规则的金属棒材夹持需要。荷载施加机构采用电动推杆，固定于长度调节机构的上方，且对应其丝杠的两螺纹段之间的中间位置处，其推杆下端通过一对夹紧块夹住试样的中间位置处，对试样施加设定的交变径向荷载，使试样产生受迫振动产生弯曲疲劳破坏，得出试样的弯曲疲劳极限，即得出金属棒材能承受的径向交变荷载能力，保证各种金属棒材的安全使用。电动推杆作为动力源，可输出不同频率、振幅和功率的荷载，电动推杆与菱形保持框之间为可拆卸连接，针对不同试样可更换不同规格型号以满足需要。对于热轧成型不锈钢覆层钢筋，经过试验得出其弯曲疲劳极限后，可避免其表面不锈钢覆层与内部碳钢芯发生脱落，保证钢筋的整体性，从而保证其应有的受力性能。

Claims (10)

1.一种金属棒材弯曲疲劳试验方法，其特征在于：
本方法的试验装置包括安装架、长度调节机构、试样夹紧块和荷载施加机构，安装架固定于地面上，长度调节机构固定于安装架的底部，荷载施加机构固定于安装架的顶部对应长度调节机构的长度方向中间位置处，通过试样夹紧块将试样的两端固定于长度调节机构上，荷载施加机构夹紧试样的中间位置处并对试样施加径向交变荷载，使试样做受迫振动发生弯曲疲劳破坏。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述安装架包括底座、立柱和菱形保持框，底座的形状为十字形，两根立柱对称固定于其一个方向的两端，菱形保持框固定于两立柱的顶部。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述菱形保持框的内腔中间位置处固定有法兰盘，法兰盘上有用于安装所述荷载施加装置的中心圆孔。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述长度调节机构包括支撑框架、滚珠丝杠和舵轮；支撑框架包括两侧板和两端板，端板为L形板，侧板为矩形板，两端板以水平臂朝外对称布置，两侧板通过紧固件连接于两端板的两侧，两端板的水平臂通过紧固件固定于所述底座的另一个方向两端；滚珠丝杠的长度大于支撑框架的长度，且对应支撑框架端板外的外伸段为光杆段，对应支撑框架内的长度对称分为两段旋向相反的螺纹段，两螺纹段均配置螺母；舵轮连接于外伸段的末端并通过螺母锁紧；丝杠通过滚珠轴承安装于支撑框架的两端板上。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述螺母的顶面连接有滑块，滑块为开口朝下的U形块，所述侧板的顶部外侧对称设置有沿其长度方向的导轨，滑块的两侧有与导轨匹配的滑槽。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述侧板的长度方向设置有可直接读出两螺母之间间距的刻度线。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述荷载施加机构为电动推杆，电动推杆的推杆套下端通过法兰及紧固件对中固定于所述菱形保持框的法兰盘上，推杆穿过法兰盘上的中心圆孔。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述试样夹紧块有三对，每对包括下夹块和上夹块，下夹块的顶面和上夹块的底面对称设置有沿丝杠方向的V形槽，上夹块和下夹块之间通过螺栓连接；两对试样夹紧块的下夹块固定于所述滑块上，另外一对试样夹紧块的上夹块固定于所述荷载施加机构的推杆下端。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述下夹块和上夹块的V形槽处分别配置同形状可保护试样的合金垫块。
10.如权利要求9所述的方法，包括以下步骤：
(1)将安装架通过地脚螺栓固定于地面的指定位置；
(2)在长度调节机构的两滑块上通过固定下夹块；
(3)将长度调节机构支撑框架的端板固定于底座上；
(4)将荷载施加装置固定于安装架顶部的菱形保持框上；
(5)测量金属棒材试样的长度；
(6)旋转调距舵轮调节丝杠上两螺母之间距离满足试样的安装长度；
(7)在步骤(2)固定好的下夹块的V形槽处垫上合金垫块，将试样的两端分别置于合金垫块的V形槽中，然后在上夹持块的V形槽处垫上合金垫块后夹持试样，并通过螺栓将上夹块与下夹块连接固定；
(8)将电动推杆下端的试样夹紧块的下夹块取下，然后参照步骤(7)夹紧试块的中间位置处；
(9)根据试样合适的电动推杆，启动电动推杆给试样施加交变径向荷载，使试样作受迫振动，直至试样发生弯曲疲劳破坏，得出试样的弯曲疲劳极限。
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