CN114046735A - 一种裂纹张开位移测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种裂纹张开位移测量装置，涉及检测设备技术领域，包括检测机构，还包括夹紧机构、限位机构、转换机构和放置机构；所述夹紧机构数量为两个，且夹紧机构安装在试件的外表面，每个所述夹紧机构的上方均安装有转换机构，且每个所述转换机构的末端均安装有放置机构，所述放置机构的上方安装有配合使用的检测机构。该裂纹张开位移测量装置在使用的过程中将光纤传感器与位移转换杆结合，通过位移转换的方法将光纤传感器固定在伸长平台上，通过更换不同型号的转换杆组件可以放大或缩小裂纹位移，精确测量不同量程和分辨率的裂纹张开位移，实现了小范围内裂纹张开位移的精确测量。

Description

一种裂纹张开位移测量装置

技术领域

本发明涉及检测设备技术领域，尤其涉及一种裂纹张开位移测量装置。

背景技术

自从第二次世界大战以来，随着高强材料和大型结构的广泛应用，一些传统强度理论和常规设计方法设计、制造并经严格检验合格的产品，先后发生了不少灾难性断裂事故。这些灾难性事故，特别是国防尖端产品的脆断，引起人们的震惊和警觉。这就使得人们从根本上去探讨传统的设计思想，认识到它的不足，并竭力寻求更合理的设计途径，从此诞生了断裂力学。严格来说，断裂力学就是以变形体力学为基础，研究含缺陷材料和结构的抗断裂性能以及在各种工作环境下裂纹的平衡、拓展、失稳及止裂的一门科学。因此，断裂力学的首要任务就是要回答有关裂纹拓展的起因问题，即裂纹拓展的机理，按照能量原理，裂纹的拓展是由于应力和应变的综合量达到了临界值而发生。用应力的观点去讨论脆性材料的裂纹失稳拓展是合适的，但当裂纹尖端区域大范围屈服之后，则应该用应变去研究裂纹的扩展。裂纹尖端的张开位移（简称COD）正是裂纹尖端塑性应变的一种量度。

公开号为CN210108985U的中国实用新型专利公开了一种光纤裂纹传感器，包括第一基体和第二基体，第一基体上设置有至少两个相对的供光纤穿过的第一穿孔，以及设置在两个第一穿孔之间以容置光纤的第一凹槽，第一凹槽内容置的光纤部分作为应变光栅以侦测裂纹；第二基体包括主体部和从主体部延伸出去的分支部，分支部上设置第二凹槽以容置光纤的部分，第二凹槽内容置的光纤部分作为温度补偿光栅。通过使用光纤光栅作为裂纹测量的传感器，并且通过温度补偿光栅抵消温度对应变光栅的影响，降低了温度对裂纹监测数据的影响，从而提升了对裂纹监测的精度。

但是上述装置在使用的过程中任然存在一些问题；

上述装置在使用的过程中无法准确的确定裂纹开始拓展开裂点和裂纹尖端张开位移，导致其测量数据不够准确，且相对数据较为片面，同时由于上述装置在使用的过程中采用了光纤传感器，但是光纤传感器在使用的过程中不能测量大量程位移，使得其测量范围受到了限制；

虽然上述装置采用了光纤传感器，但是其暴露光纤段在使用的过程总不能弯曲，同时由于光纤材质的特性，使得不易进行固定，从而使得该装置的使用范围较小；

虽然上述装置可以对裂纹进行检测，但是上述装置仅仅只能够对裂纹进行检测，如果裂纹张开速度较大，导致对被检测体造成影响使其断裂时，上述装置无法进行物体保护作用，减少裂纹对检测装置的影响。

发明内容

本发明实施例提供一种裂纹张开位移测量装置，以解决现有的光纤传感器在使用的过程中不能测量大量程位移且装置不方便使用的技术问题。

本发明实施例采用下述技术方案：一种裂纹张开位移测量装置包括检测机构，还包括夹紧机构、限位机构、转换机构和放置机构；所述夹紧机构数量为两个，且夹紧机构安装在试件的外表面，每个所述夹紧机构的上方均安装有转换机构，且每个所述转换机构的末端均安装有放置机构，所述放置机构的上方安装有配合使用的检测机构，两个所述夹紧机构之间安装有限位机构，且限位机构安装在试件的外侧，所述放置机构包括两个伸长平台、延伸圆柱、圆柱滑槽、其中一个所述伸长平台中开设有圆柱滑槽，另外一个所述伸长平台安装有延伸圆柱，且延伸圆柱与圆柱滑槽配合使用，两个所述伸长平台之间可以在圆柱轴线方向相对滑动。

进一步，所述夹紧机构包括两个防滑层、两个通孔、两个丝杆、连接板、两个连接座、安装销、四个防脱槽、两个夹紧块，两个所述夹紧块安装在试件的两侧，每个所述夹紧块的内侧均安装有防滑层，且防滑层安装在试件与夹紧块之间，每个所述夹紧块一侧均开设有两个防脱槽，且两个所述防脱槽之间开设有通孔，两个所述夹紧块之间通过两个丝杆连接有连接板，且连接板安装在试件的上方，所述连接板的上方固定连接有两个连接座，所述连接座之间贯穿连接有安装销。

进一步，所述转换机构包括第一转换杆、第二转换杆、调节定位孔和调节定位块，所述第一转换杆与第二转换杆相同，所述第一转换杆和第二转换杆表面等距开设有调节定位孔，且调节定位孔之间开设有通槽，所述通槽中安装有配套使用的调节定位块，且第一转换杆与第二转换杆之间通过调节定位块进行连接，且第一转换杆与第二转换杆的其中一端与连接座之间通过安装销进行连接。

进一步，所述限位机构包括两个限位杆、配合螺纹、两个连接弹簧、防脱板、四个防脱块、两个连接槽、四个连接块，所述防脱板安装在试件的外侧，且防脱板中开设有配合螺纹，所述配合螺纹的两侧连接有限位杆，且每个所述限位杆贯穿连接在通孔中，所述配合螺纹的上下两端开设有连接槽，且每个所述连接槽两端均安装有连接块，每个所述连接块均与防脱块对应连接，且连接块与连接槽的截面呈T型，每个所述防脱块均与防脱槽配合使用。

进一步的，所述检测机构包括入射光纤、玻璃管和反射光纤，所述玻璃管固定在其中一个所述伸长平台上，所述反射光纤固定在玻璃管内，所述入射光纤与玻璃管滑动连接，所述入射光纤固定在另一个所述伸长平台上。

进一步，所述第一转换杆与第二转换杆中段之间采用销钉进行连接。

进一步，所述两所述伸长平台分别与第一转换杆和第二转换杆用销钉铰接。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

其一，本发明通过测量机构和放置机构，在使用的过程中由于设置有两个伸长平台，且其中一个伸长平台中设置有延伸圆柱，另一个伸长平台中设置有圆柱滑槽，从而使得在使用的过程中两个所述伸长平台之间可以在圆柱轴线方向相对滑动，从而可以有效的保持测量机构不会发生弯折，间接的可以增加其测量的准确性，同时由于在使用的过程中各部件之间采用连接销进行连接，可以有效的减少其所述铰接的相对转动阻力，从而可以通过测量机构的测量结构精确推算出裂纹张开位移。

其二，本发明通过限位机构对夹紧机构之间进行连接，在使用的过程中通过限位机构与夹紧机构之间的连接，使得在使用的过程中如果裂纹张开位移量较大，超出了转化机构之间的转换角度，在限位机构的作用下，可以对夹紧机构之间的间距做出一个限位的作用，使得转换机构所转换的距离在可测量范围内，有效的避免了由于裂纹过大导致装置出现损坏的情况发生。

附图说明

为了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式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的第一立体结构示意图；

图2为本发明的正视结构示意图；

图3为本发明的图2中A处放大结构示意图；

图4为本发明的夹紧机构结构示意图；

图5为本发明的转换机构连接结构示意图；

图6为本发明的限位机构剖视结构示意图；

图7为本发明的连接块安装结构示意图。

附图标记：

1、夹紧机构；101、防滑层；102、通孔；103、丝杆；104、连接板；105、连接座；106、安装销；107、防脱槽；108、夹紧块；2、限位机构；201、限位杆；202、配合螺纹；203、连接弹簧；204、防脱板；205、防脱块；206、连接槽；207、连接块；3、转换机构；301、第一转换杆；302、第二转换杆；303、调节定位孔；304、调节定位块；4、检测机构；401、入射光纤；402、玻璃管；403、反射光纤；5、放置机构；501、伸长平台；502、延伸圆柱；503、圆柱滑槽；6、试件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

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，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为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合图1至图7所示，本发明实施例提供了一种裂纹张开位移测量装置，包括检测机构4，还包括夹紧机构1、限位机构2、转换机构3和放置机构5；所述夹紧机构1数量为两个，且夹紧机构1安装在试件6的外表面，每个所述夹紧机构1的上方均安装有转换机构3，且每个所述转换机构3的末端均安装有放置机构5，所述放置机构5的上方安装有配合使用的检测机构4，两个所述夹紧机构1之间安装有限位机构2，且限位机构2安装在试件6的外侧，所述放置机构5包括两个伸长平台501、延伸圆柱502、圆柱滑槽503、其中一个所述伸长平台501中开设有圆柱滑槽503，另外一个所述伸长平台501安装有延伸圆柱502，且延伸圆柱502与圆柱滑槽503配合使用，两个所述伸长平台501之间可以在圆柱轴线方向相对滑动。

工作时，将夹紧块108安装在试件6的两侧，同时设置的丝杆103，对夹紧块108之间的间距进行调节，夹紧块108进行夹紧的过程中由于夹紧块108内侧设置有防滑层101可以对试件6起到一个保护的作用，避免试件6出现挤压变形的情况，确保夹紧块108与试件6之间咬合紧密不会出现相对位移，当夹紧块108与试件6连接完成后，选择合适的转换机构3，将第一转换杆301与第二转换杆302通过安装销106与连接座105之间进行连接，将第二转换杆302与第一转换杆301之间通过销钉进行连接，在连接的过程中确保第二转换杆302和第一转换杆301在进行转动的过程中应当尽量减小其转动阻力，选择与转换机构3配合使用的伸长机构，转换机构3与伸长机构采用销钉进行连接，在进行连接的过程中确保转换杆可以自由转动，同时尽量减少其转动助阻力，在伸长机构使用的过程中将伸长圆柱插入到圆柱滑槽503内，在插入的过程中可以在伸长圆柱的表面涂抹润滑油，减小其滑动阻力，将检测机构4安装在延伸机构的上方，在进行安装的过程中，将玻璃管402粘在安装有圆柱滑槽503的伸长平台501上，将入射光纤401粘在安装有延伸圆柱502的伸长平台501上，入射光纤401和玻璃管402在进行固定的过程中，两者的轴线在同一高度，使入射光纤401和玻璃管402在同一轴线上，当入射光纤401安装完成后，将防脱机构在两个夹紧机构1之间，随后开始试验，将检测机构4读数安装比例换算后，既可得到精确的裂纹张开位移值。

具体的，所述夹紧机构1包括两个防滑层101、两个通孔102、两个丝杆103、连接板104、两个连接座105、安装销106、四个防脱槽107、两个夹紧块108，两个所述夹紧块108安装在试件6的两侧，每个所述夹紧块108的内侧均安装有防滑层101，且防滑层101安装在试件6与夹紧块108之间，每个所述夹紧块108一侧均开设有两个防脱槽107，且两个所述防脱槽107之间开设有通孔102，两个所述夹紧块108之间通过两个丝杆103连接有连接板104，且连接板104安装在试件6的上方，所述连接板104的上方固定连接有两个连接座105，所述连接座105之间贯穿连接有安装销106。

工作时，在使用的过程中该装置通过夹紧块108便于与试件6进行连接，同时在使用的过程中通过丝杆103可以对夹紧块108之间的间距进行调节，从而达到对不同大小的试件6进行连接固定的作用，同时在使用的过程中设置有两个防滑层101，在防滑层101的作用下可以增加试件6与夹紧块108之间的摩擦力，便于该机构更好的与试件6进行夹紧，同时在使用的过程中由于连接座105与转换杆之间通过安装销106进行连接，从而使得该装置在使用的过程中可以将连接座105与转换杆进行快速的拆卸，同时由于采用了销钉的连接方式，使得转换杆与连接座105之间的转动阻力较小，便于其得到准确数据。

具体的，所述转换机构3包括第一转换杆301、第二转换杆302、调节定位孔303和调节定位块304，所述第一转换杆301与第二转换杆302相同，所述第一转换杆301和第二转换杆302表面等距开设有调节定位孔303，且调节定位孔303之间开设有通槽，所述通槽中安装有配套使用的调节定位块304，且第一转换杆301与第二转换杆302之间通过调节定位块304进行连接，且第一转换杆301与第二转换杆302的其中一端与连接座105之间通过安装销106进行连接。

工作时，由于转换机构3之间采用销钉进行连接，从而使得该装置在使用的过程中可以根据不同的位移转换需求安装不同型号的转换杆，同时在使用的过程中由于第一转换杆301和第二转换杆302中设置有配合使用的可以滑动调节的调节定位孔303，由于第一转换杆301和第二转化杆302之间的连接处不为固定设置，使得转换机构3在进行使用的过程中，根据裂缝测量数据的不同可以对转换杆位移转换量的转化比进行一个人为的调节，使得该转化机构的位移量转化比为可调节设置，从而使得该转换机构3的测量范围更广。

具体的，所述检测机构4包括入射光纤401、玻璃管402和反射光纤403，所述玻璃管402固定在其中一个所述伸长平台501上，所述反射光纤403固定在玻璃管402内，所述入射光纤401可以与玻璃管402滑动连接，所述入射光纤401固定在另一个所述伸长平台501上。

工作时，在对玻璃管402与入射光纤401进行安装时，两者的轴线应该在同一高度上，使所述入射光纤401和所述玻璃管402在同一轴线上，同时在使用的过程中尽量减小圆柱滑槽503和延伸圆柱502之间的摩擦力，并且在使用的过程中尽量延长圆柱滑槽503和延伸圆柱502，从而可以保证伸长平台501在滑动的过程中不会偏离轴线，从而可以通过检测机构4测量结果精确推算出裂纹张开位移。

具体的，所述限位机构2包括两个限位杆201、配合螺纹202、两个连接弹簧203、防脱板204、四个防脱块205、两个连接槽206、四个连接块207，所述防脱板204安装在试件6的外侧，且防脱板204中开设有配合螺纹202，所述配合螺纹202的两侧连接有限位杆201，且每个所述限位杆201贯穿连接在通孔102中，所述配合螺纹202的上下两端开设有连接槽206，且每个所述连接槽206两端均安装有连接块207，每个所述连接块207均与防脱块205对应连接，且连接块207与连接槽206的截面呈T型，每个所述防脱块205均与防脱槽107配合使用。

工作时，在限位机构2的作用下可以对夹紧机构1之间起到一个连接辅助固定的作用，在使得在使用的过程中如果裂纹张开位移量较大，超出了转化机构之间的转换角度，在限位机构2的作用下，可以对夹紧机构1之间的间距做出一个限位的作用，使得转换机构3所转换的距离在可测量范围内，有效的避免了由于裂纹过大导致装置出现损坏的情况发生。

具体的，所述第一转换杆301与第二转换杆302中段之间采用销钉进行连接。

工作时，便于装置更好的对裂纹张开量进行检测。

具体的，两所述伸长平台501分别与第一转换杆301和第二转换杆302用销钉铰接。

工作时，使得该装置在使用的过程中在伸长平台501的带动下可以使得转换杆之间的角度做出相对应的调节，便于该装置更好的进行检测，同时由于转换杆之间采用销钉进行连接，使得转换杆之间转动更加的顺滑。

工作原理：将夹紧块108安装在试件6的两侧，同时设置的丝杆103，对夹紧块108之间的间距进行调节，夹紧块108进行夹紧的过程中由于夹紧块108内侧设置有防滑层101可以对试件6起到一个保护的作用，避免试件6出现挤压变形的情况，确保夹紧块108与试件6之间咬合紧密不会出现相对位移，当夹紧块108与试件6连接完成后，选择合适的转换机构3，将第一转换杆301与第二转换杆302通过安装销106与连接座105之间进行连接，将第二转换杆302与第一转换杆301之间通过销钉进行连接，在连接的过程中确保第二转换杆302和第一转换杆301在进行转动的过程中应当尽量减小其转动阻力，选择与转换机构3配合使用的伸长机构，转换机构3与伸长机构采用销钉进行连接，在进行连接的过程中确保转换杆可以自由转动，同时尽量减少其转动助阻力，在伸长机构使用的过程中将伸长圆柱插入到圆柱滑槽503内，在插入的过程中可以在伸长圆柱的表面涂抹润滑油，减小其滑动阻力，将检测机构4安装在延伸机构的上方，在进行安装的过程中，将玻璃管402粘在安装有圆柱滑槽503的伸长平台501上，将入射光纤401粘在安装有延伸圆柱502的伸长平台501上，入射光纤401和玻璃管402在进行固定的过程中，两者的轴线在同一高度，使入射光纤401和玻璃管402在同一轴线上，当入射光纤401安装完成后，将防脱机构在两个夹紧机构1之间，在对防脱机构进行安装的过程中，将防脱块205安装到对应防脱槽107中，将防脱杆贯穿夹紧块108与防脱板204进行连接，在使用的过程中如果使得在使用的过程中如果裂纹张开位移量较大，超出了转化机构之间的转换角度，在限位块和限位杆201的作用下，可以对夹紧块108之间的间距做出一个限位的作用，使得第一转换杆301与第二转换杆302位移量在可测量范围内，有效的避免了由于裂纹过大导致装置出现损坏的情况发生，随后开始试验，在试验的过程中试件6裂纹张开后带动夹紧块108移动，在夹紧块108的作用下带动第一转换杆301和第二转换杆302进行移动，经过转换机构3的位移量放大后，带动伸长平台501进行移动，开设有圆柱滑槽503的伸长平台501带动玻璃管402移动，安装有延伸圆柱502的伸长平台带动入射光纤401进行移动，随后光纤检测器对光纤位移量进行测量，将检测机构4读数按照比例换算后，既可得到精确的裂纹张开位移值。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种裂纹张开位移测量装置，包括检测机构（4），其特征在于；还包括夹紧机构（1）、限位机构（2）、转换机构（3）和放置机构（5）；所述夹紧机构（1）数量为两个，且夹紧机构（1）安装在试件（6）裂纹的两侧，每个所述夹紧机构（1）的上方均安装有转换机构（3），所述转换机构（3）的末端与放置机构（5）连接，所述放置机构（5）的上方安装有配合使用的检测机构（4），两个所述夹紧机构（1）之间安装有限位机构（2），且限位机构（2）安装在试件（6）的外侧，所述放置机构（5）包括两个伸长平台（501）、延伸圆柱（502）、圆柱滑槽（503）、其中一个所述伸长平台（501）中开设有圆柱滑槽（503），另外一个所述伸长平台（501）安装有延伸圆柱（502），且延伸圆柱（502）与圆柱滑槽（503）配合使用，两个所述伸长平台（501）之间可以在圆柱轴线方向相对滑动。

2.根据权利要求1所述的一种裂纹张开位移测量装置，其特征在于；所述夹紧机构（1）包括两个防滑层（101）、两个通孔（102）、两个丝杆（103）、连接板（104）、两个连接座（105）、安装销（106）、四个防脱槽（107）、两个夹紧块（108），两个所述夹紧块（108）安装在试件（6）的两侧，每个所述夹紧块（108）的内侧均安装有防滑层（101），且防滑层（101）安装在试件（6）与夹紧块（108）之间，每个所述夹紧块（108）一侧均开设有两个防脱槽（107），且两个所述防脱槽（107）之间开设有通孔（102），两个所述夹紧块（108）之间通过两个丝杆（103）连接有连接板（104），且连接板（104）安装在试件（6）的上方，所述连接板（104）的上方固定连接有两个连接座（105），所述连接座（105）之间贯穿连接有安装销（106）。

3.根据权利要求2所述的一种裂纹张开位移测量装置，其特征在于；所述转换机构（3）包括第一转换杆（301）、第二转换杆（302）、调节定位孔（303）和调节定位块（304），所述第一转换杆（301）与第二转换杆（302）相同，所述第一转换杆（301）和第二转换杆（302）表面等距开设有调节定位孔（303），且调节定位孔（303）之间开设有通槽，所述通槽中安装有配套使用的调节定位块（304），且第一转换杆（301）与第二转换杆（302）之间通过调节定位块（304）进行连接，且第一转换杆（301）与第二转换杆（302）的其中一端与连接座（105）之间通过安装销（106）进行连接。

4.根据权利要求1所述的一种裂纹张开位移测量装置，其特征在于；所述检测机构（4）包括入射光纤（401）、玻璃管（402）和反射光纤（403），所述玻璃管（402）固定在其中一个所述伸长平台（501）上，所述反射光纤（403）固定在玻璃管（402）内，所述入射光纤（401）与玻璃管（402）滑动连接，所述入射光纤（401）固定在另一个所述伸长平台（501）上。

5.根据权利要求2所述的一种裂纹张开位移测量装置，其特征在于，所述限位机构（2）包括两个限位杆（201）、配合螺纹（202）、两个连接弹簧（203）、防脱板（204）、四个防脱块（205）、两个连接槽（206）、四个连接块（207），所述防脱板（204）安装在试件（6）的外侧，且防脱板（204）中开设有配合螺纹（202），所述配合螺纹（202）的两侧连接有限位杆（201），且每个所述限位杆（201）均贯穿连接在对应所述通孔（102）中，所述配合螺纹（202）的上下均开设有连接槽（206），且每个所述连接槽（206）两端均安装有连接块（207），每个所述连接块（207）均与防脱块（205）对应连接，且连接块（207）与连接槽（206）的截面呈T型，每个所述防脱块（205）均与防脱槽（107）配合使用。

6.根据权利要求3所述的一种裂纹张开位移测量装置，其特征在于；所述第一转换杆（301）与第二转换杆（302）中段之间采用销钉进行连接。

7.根据权利要求3所述的一种裂纹张开位移测量装置，其特征在于；两所述伸长平台（501）分别与第一转换杆（301）和第二转换杆（302）用销钉铰接。

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