CN213544265U - 一种可多向调节的动态三点弯曲测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可多向调节的动态三点弯曲测试装置，属于冲击动力学实验领域。包括撞击杆、加载杆、样品装夹夹具和夹具安装支架；所述样品装夹夹具的底座固定在夹具安装支架上；底座上设有T型槽，压头支座对称设置且与滑动机构配合沿T型槽内滑动，压头支座上分别设有支撑压头且支撑压头在垂直于压头支座滑动方向上的位置可调；样品装夹夹具和夹具安装支架上沿加载杆的加载方向上均开有加载杆可穿过的通孔；撞击杆撞击加载杆，加载压头可对测试样品进行冲击加载。所述测试装置采用组装式结构，安装拆卸较为便捷，作为分离式霍普金森杆的附属配件，在保证稳定性的同时可大大提高便携性与灵活性。

Description

一种可多向调节的动态三点弯曲测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种可多向调节的动态三点弯曲测试装置，属于冲击动力学实验领域。

背景技术

随着材料服役环境日趋复杂，对材料性能的需求呈多样化发展，材料的研究方法也需进一步改善。精确度高、稳定性强、操作便捷的实验用具可提高测试效率，对材料性能研究领域的发展有重要意义。

现阶段，断裂力学在工程领域的应用已相当普遍，断裂韧性及抗弯强度成为工程构件力学性能评价的重要指标，而在撞击、侵彻等高应变率服役环境下，材料动态断裂韧性等性能指标更为重要。目前主要通过动态三点弯曲实验对材料的动态断裂韧性进行测试，利用气炮驱动撞击杆给加载杆施加动态载荷，通过加载杆前端的压头对样品进行冲击加载，使用加载杆上的应变片采集入射波及反射波信号，进而计算获得材料的力学性能指标。此实验方法已被广泛使用，但其测试装置结构仍具备一定缺陷：中国专利申请201410250056.2(一种基于测试材料动态断裂韧性的三点弯曲测试系统)给出了一种测试样品装夹夹具，通过立板、衬板及衬垫单元实现测试样品的装夹，但其结构相对固定，只适用于特定尺寸样品的装夹，不具备普适性；中国专利申请201710281631.9(一种可调多适型三点弯曲试验装置)和中国专利申请201621089885.8(一种对半圆盘试样进行三点弯曲实验的装置)通过长螺杆实现了夹具支撑压头的移动，可完成不同加载跨距试样的装夹，但其支撑压头支撑方向均为铅垂方向，不适用于动态三点弯曲试验。

目前有关动态三点弯曲试验中试样尺寸往往由各研究单位自行拟定采用，因此测试夹具的可调节性及操作的便捷性显得尤为重要。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种动态三点弯曲测试装置，所述装置适应性强、稳定性高、操作简单便捷，其支撑跨距及装样高度均可调整，拆装简单易于维护，适用于测试不同尺寸和不同支撑跨度条件下的试样测试。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种多向可调节的动态三点弯曲测试装置，包括撞击杆、加载杆、夹具安装支架、底座、两个压头支座、两个支撑压头和滑动机构；

所述加载杆为一金属圆杆，加载杆的一端为楔形加载压头；撞击杆撞击加载杆，加载压头可对测试样品进行冲击加载；

所述底座固定在夹具安装支架上；底座上设有T型槽，两个压头支座对称设置且与滑动机构配合沿T型槽内滑动，两个压头支座上分别设有支撑压头且支撑压头在垂直于压头支座滑动方向上的位置可调；支撑压头的支撑面为一弧面，用于测试样品的支撑加载，支撑面与测试样品表面为线接触，支撑压头上垂直于支撑面的位置延伸出一测试样品放置平台，用于测试样品的放置；

底座和夹具安装支架上沿加载杆的加载方向上均开有加载杆可穿过的通孔。

进一步的，所述加载杆与撞击杆的直径和材质相同，加载杆的长度大于等于撞击杆长度的2倍；加载压头前端刃部具有圆弧倒角。

进一步的，所述滑动机构包括轴承支座、轴承、两根丝杠、两个滑块和两个丝杠旋钮，轴承支座分别固定与底座的两端及中部，两端的轴承支座上分别设有一个轴承，中部轴承支座上相对设有两个轴承且两个轴承之间的距离大于通孔的直径，同时中部轴承支座上开有加载杆可通过的孔，两根丝杠分别通过轴承对称安装在轴承支座上，两个丝杠旋钮分别位于底座两侧且通过顶丝与丝杆连接，两个滑块的下端分别与两根丝杠固定，两个滑块的上端分别与两个压头支座的底部固定。

进一步的，所述夹具安装支架上设有水平支撑面、垂直安装面和肋板，水平支撑面和垂直安装面通过肋板连接；垂直安装面中部开有通孔，用于加载杆通过，样品装夹夹具安装在垂直安装面，水平支撑面用于将所述测试装置固定在工作台导轨上。

进一步的，所述夹具安装支架为金属材质。

进一步的，所述底座为屈服强度大于等于600MPa的金属材质，底座各个面的厚度大于等于10mm。

进一步的，所述底座沿T型槽的长度方向一侧、所述支撑压头与压头支座接触的一侧均设有标尺。

进一步的，所述支撑面的圆弧半径为测试试样厚度的0.1-0.5倍，所述测试样品放置平台的长度大于测试试样的厚度。

有益效果

1、本实用新型所述测试装置采用组装式结构，安装拆卸较为便捷，作为分离式霍普金森杆的附属配件，在保证稳定性的同时可大大提高便携性与灵活性。

2、通过丝杠、滑块、压头支座配合，可实现支撑压头位置的精确调节，以适应不同测试跨距的需求。

3、通过支撑压头与压头支座导向槽配合，可实现试样放置平台的高度的精确调节，以适应不同尺寸试样的装夹要求，保证冲击加载的应力轴线通过试样中心。

附图说明

图1-2为本实用新型所述测试装置结构示意图；

图3为本实用新型夹具安装支架结构示意图；

图4为本实用新型所述样品装夹夹具结构示意图；

图5为本实用新型所述样品装夹夹具内部结构示意图；

图6为本实用新型所述压头支座及支撑压头结构示意图；

图7为本实用新型所述中间轴承座结构示意图；

其中，1-加载杆；2-样品装夹夹具；3-夹具安装支架；4-水平支撑面；5-垂直安装面；6-肋板；7-样品装夹夹具底座；8-T型槽；9-中心通孔；10-标尺；11-压头支座；12-支撑压头；13-左轴承支座；14-中部轴承支座；15-右轴承支座；16-丝杠；17-滑块；18-丝杠旋钮；19-压头支座基准面；20-T型连接部；21-压头支座立板；22-导向槽；23-跨距调节基准线；24-导向固定螺栓安装孔；25-高度调节标尺；26-支撑面；27-测试样品放置平台。

具体实施方式

为使本发明的目的和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

一种多向可调节的动态三点弯曲测试装置，包括撞击杆、加载杆1、样品装夹夹具2和夹具安装支架3；

所述加载杆1为一细长金属圆杆，加载杆的一端为楔形加载压头；撞击杆撞击加载杆1，加载压头可对测试样品进行冲击加载；

所述样品装夹夹具2包括底座7、两个压头支座11、两个支撑压头12和滑动机构，底座7固定在夹具安装支架3上；底座7上设有T型槽8，两个压头支座11对称设置且与滑动机构配合沿T型槽8内滑动，两个压头支座11上分别设有支撑压头12且支撑压头12在垂直于压头支座11滑动方向上的位置可调；支撑压头12的支撑面26为一弧面，用于测试样品的支撑加载，支撑面26与测试样品表面为线接触，支撑压头12上垂直于支撑面26的位置延伸出一测试样品放置平台27，用于测试样品的放置；

底座7和夹具安装支架3上沿加载杆1的加载方向上均开有加载杆1可穿过的通孔9。

所述加载杆1与撞击杆的直径和材质相同，加载杆1的长度大于等于撞击杆长度的2倍；加载压头前端刃部具有圆弧倒角。

所述滑动机构包括轴承支座、轴承、两根丝杠16、两个滑块17和两个丝杠旋钮18，轴承支座分别固定与底座7的两端及中部，两端的轴承支座上分别设有一个轴承，中部轴承支座14上相对设有两个轴承且两个轴承之间的距离大于通孔9的直径，同时中部轴承支座14上开有加载杆1可通过的孔，两根丝杠分别通过轴承对称安装在轴承支座上，两个丝杠旋钮18分别位于底座7两侧且通过顶丝与丝杆16连接，两个滑块17的下端分别与两根丝杠16固定，两个滑块17的上端分别与两个压头支座11的底部固定。

所述夹具安装支架3上设有水平支撑面4、垂直安装面5和肋板6，水平支撑面4和垂直安装面5通过肋板6连接；垂直安装面5中部开有通孔，用于加载杆1通过，样品装夹夹具2安装在垂直安装面5，水平支撑面4用于将所述测试装置固定在工作台导轨上。

所述夹具安装支架3为金属材质。

所述底座7为屈服强度大于等于600MPa的金属材质，底座7各个面的厚度大于等于10mm。

所述底座7沿T型槽8的长度方向一侧、所述支撑压头12与压头支座11接触的一侧均设有标尺10。

所述支撑面26的圆弧半径为测试试样厚度的0.1-0.5倍，所述测试样品放置平台27的长度大于测试试样的厚度。

所述装置操作过程如下：

(1)将所述测试装置固定在操作台导轨上，并调整所述测试装置、加载杆与发射气炮炮口之间的距离，确保撞击杆、加载杆1、通孔9的轴线重合；旋转加载杆1，保证加载杆1的加载压头刃部与操作台垂直。

(2)转动丝杠旋钮18将两个支撑压头12移动到设定跨距位置，然后拧紧压头支座11与滑块17之间的紧固螺栓，将两个压头支座11锁紧。

(3)调整两测试样品放置平台27的高度并锁紧压头的紧固螺栓，保证加载杆轴线通过待测样品中心。

(4)将样品放置于测试样品放置平台27，样品被加载面面向加载压头，完成样品安装。

实施例1：

本实施例中，所述夹具安装支架3上设有水平支撑面4、垂直安装面5和肋板6，其中垂直安装面5中部开有通孔，用于加载杆1通过，通孔四周布有螺纹孔，用于样品装夹夹具2的安装，水平支撑面4上开有安装孔，可将装置固定在工作台导轨上，垂直安装面5和水平支撑面4通过肋板6连接；所述样品装夹夹具2包括底座7、轴承支座、轴承、丝杠16、丝杠旋钮18、滑块17、压头支座11和支撑压头12；所述底座7上设有T型槽8，在T型槽8中心为一通孔9，用于加载杆1通过，底座周边设有螺纹孔，用于与夹具安装支架连接；在T型槽底部分别设有左轴承支座13、中部轴承支座14和右轴承支座15，三个轴承支座分别通过螺栓与底座相连；两根丝杠16通过轴承分别安装在底座两边的轴承支座上；两个丝杠旋钮18分布于底座7两侧且通过顶丝与丝杆16连接；两个滑块17为两个相互垂直的面构成的倒L型结构，位于T型槽下方，滑块17的两个面上分别设有螺纹孔，用于与丝杠16的配合及压头支座11的安装；所述压头支座11分为左右两个，在其基准面19下方设有T型连接部20，T型连接部20位于T型槽8内且通过螺栓与滑块17连接，通过丝杠旋钮18旋转丝杠16可带动压头支座11在T型槽8内滑动，压头支座11上部为垂直于基准面19的立板21，立板侧面开有垂直于基准面19的导向槽22，用于支撑压头12的安装与滑动；所述支撑压头12放置于压头支座11的基准面19上，侧面开有螺纹孔24，与穿过导向槽22的螺栓配合，实现支撑压头12的安装，支撑压头12的支撑面26为一圆弧面，圆弧半径为测试试样厚度的0.1-0.5倍，支撑面26用于测试样品的支撑加载，其与测试样品表面实现线接触，在支撑压头12垂直于支撑面的位置延伸出一测试样品放置平台27，用于测试样品的放置。

所述加载杆1与撞击杆的直径和材质相同，长度大于等于撞击杆长度的2倍；加载压头前端刃部具有圆弧倒角。

所述夹具安装支架3为金属材质，其板材厚度需保证整体结构的稳定性及刚度；垂直安装面5上通孔的圆心与加载杆轴线重合，通孔直径不小于加载杆直径；在垂直安装面上设置安装孔，需保证样品装夹夹具2水平安装且T型槽8中部通孔与垂直安装面5中部通孔圆心重合。

所述样品装夹夹具底座7为金属材质，为保证强度及刚度需求，其各个面的壁厚不低于10mm，所用材料屈服强度不低于600MPa；在其T型槽8中间开有通孔9，用于弯曲加载完成后继续运动的加载杆1通过，从而避免加载压头的损坏，开孔直径大于等于加载杆1直径；T型槽8所在平面的左右两端设有螺纹孔，用于与左轴承支座13和右轴承支座15配合连接，需保证左轴承支座13、右轴承支座15底面与底座7的底面重合；底座7两侧侧板底部的中间位置设有方形槽及螺纹孔，用于与中部轴承支座14的连接，需保证中部轴承支座14底面与底座7底面重合；在底座7的底面设有螺纹孔，与所述夹具安装支架3的垂直安装面5上的螺纹安装孔对应。

在底座7远离测试样品放置平台27的一侧设有标尺10，标尺10以T型槽中间通孔9圆心所在铅垂面为零点向两端延伸，作为测试样品加载跨距精确调节的依据；所述标尺10刻度精确到0.5mm。

所述中间轴承支座14中部为通孔结构，安装后需保证加载杆可顺利通过。

所述丝杠16通过轴承与轴承支座配合连接，其靠近样品装夹夹具2中间的一端端面与轴承端面齐平，其靠近样品装夹夹具2侧面的一端端面穿过轴承与所述丝杠旋钮18相连。

所述滑块17由两个相互垂直的面板构成位于底座T型槽8下方，在与丝杠垂直的面板上开有螺纹通孔，丝杠从中穿过，与其配合连接；在与丝杠平行的面板上开有螺纹孔，通过螺栓与所述压头支座连接，需保证螺栓拧紧后不穿过螺纹孔下表面，以免影响丝杠及滑块运动；滑块宽度需大于T型槽的最小宽度，且小于T型槽的最大宽度。

所述压头支座11的基准面19宽度与所述样品装夹夹具2的底座7面板宽度相同；基准面19下方T型连接部20宽度与样品装夹夹具底座T型槽宽度相同，T型连接部20厚度不超过底座7面板厚度，以保证螺栓可将压头支座11锁死在底座7面板上；所述压头支座立板21位于支撑压头基准面中部，与基准面和T型底板运动方向垂直，与压头支座侧面留有一定距离，用于安装压头；在与压头支座立板21垂直的侧面底部设有跨距调节基准线23，其位置与过加载支撑弧面26顶点的直径所在直线重合，可与样品装夹夹具底座标尺10配合使用以确定加载跨距。

所述支撑压头12下半部分由阶梯型截面构成，分别与压头支座立板21的上表面、侧面以及压头支座基准面19贴合；在与压头支座立板21侧面贴合的阶梯面底部设有高度调节标尺25，以压头支座侧面为基准，可精确调节压头测试样品放置平台所在高度；支撑压头上半部分设有加载支撑弧面26及测试样品放置平台27。

所述样品装夹夹具2在安装时，需保证测试样品放置平台27在下，底座标尺10在上；样品装夹夹具2左右对称，相互对称的部件呈镜像分布。

本实施例中测试试样为6061Al材质，其厚度B＝10mm，宽度W＝20mm，长度L＝90mm，测试跨距为80mm，采用线切割加工机械缺口长度7.5mm，通过疲劳试验机预制出2.5mm的疲劳裂纹，裂纹总长度a与试样宽度W之比为0.5。在垂直于裂纹尖端5mm的位置粘贴一组应变片，用于监测试样起裂时间。

跨距调节范围为20-200mm；高度调节范围为0-30mm；测试样品放置平台27长30mm；支撑压头加载支撑面27圆弧半径1.5mm；支撑压头12材质为55GrSi弹簧钢，经淬火+回火处理以保证其强度。本实施例中，测试试验基于Φ16mm口径分离式霍普金森压杆，其中撞击杆直径16mm，长度200mm，材质为55GrSi弹簧钢；加载杆1直径16mm，长度1000mm，在加载杆1中间位置粘贴应变片，采集入射及反射信号，靠近试样的一端经切割处理得到一夹角为120°的楔形加载压头，加载压头刃部做半径1.5mm的倒角处理。

转动丝杠旋钮18将两个支撑压头12移动到设定跨距位置，然后拧紧压头支座11与滑块17之间的紧固螺栓，将两个压头支座11锁紧；调整两测试样品放置平台27的高度并锁紧支撑压头12的紧固螺栓，保证加载杆1轴线通过待测样品中心，完成测试装置状态设置。

将样品放置于测试样品放置平台27，样品被加载面面向加载压头；调整加载杆1位置，并保证加载杆1加载压头刃部与操作台垂直；将撞击杆推入气炮炮管的指定位置，给气炮充气；启动数据采集系统，发射撞击杆，测量撞击杆速度，保存数据，完成实验。

综上所述，实用新型包括但不限于以上实施例，凡是在本实用新型的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可多向调节的动态三点弯曲测试装置，其特征在于：包括撞击杆、加载杆(1)、夹具安装支架(3)、底座(7)、两个压头支座(11)、两个支撑压头(12)和滑动机构；

加载杆(1)为一金属圆杆，加载杆(1)的一端为楔形加载压头；撞击杆撞击加载杆(1)，加载压头可对测试样品进行冲击加载；

底座(7)固定在夹具安装支架(3)上；底座(7)上设有T型槽(8)，两个压头支座(11)对称设置且与滑动机构配合沿T型槽(8)内滑动，两个压头支座(11)上分别设有支撑压头(12)且支撑压头(12)在垂直于压头支座(11)滑动方向上的位置可调；支撑压头(12)的支撑面(26)为一弧面，用于测试样品的支撑加载，支撑面(26)与测试样品表面为线接触，支撑压头(12)上垂直于支撑面(26)的位置延伸出一测试样品放置平台(27)，用于测试样品的放置；

底座(7)和夹具安装支架(3)上沿加载杆(1)的加载方向上均开有加载杆(1)可穿过的通孔(9)。

2.如权利要求1所述的一种可多向调节的动态三点弯曲测试装置，其特征在于：所述加载杆(1)与撞击杆的直径和材质相同，加载杆(1)的长度大于等于撞击杆长度的2倍；加载压头前端刃部具有圆弧倒角。

3.如权利要求1所述的一种可多向调节的动态三点弯曲测试装置，其特征在于：所述滑动机构包括轴承支座、轴承、两根丝杠(16)、两个滑块(17)和两个丝杠旋钮(18)，轴承支座分别固定与底座(7)的两端及中部，两端的轴承支座上分别设有一个轴承，中部轴承支座(14)上相对设有两个轴承且两个轴承之间的距离大于通孔(9)的直径，同时中部轴承支座(14)上开有加载杆(1)可通过的孔，两根丝杠分别通过轴承对称安装在轴承支座上，两个丝杠旋钮(18)分别位于底座(7)两侧且通过顶丝与丝杠(16)连接，两个滑块(17)的下端分别与两根丝杠(16)固定，两个滑块(17)的上端分别与两个压头支座(11)的底部固定。

4.如权利要求1所述的一种可多向调节的动态三点弯曲测试装置，其特征在于：所述夹具安装支架(3)上设有水平支撑面(4)、垂直安装面(5)和肋板(6)，水平支撑面(4)和垂直安装面(5)通过肋板(6)连接；垂直安装面(5)中部开有通孔，用于加载杆(1)通过，样品装夹夹具(2)安装在垂直安装面(5)，水平支撑面(4)用于将所述测试装置固定在工作台导轨上。

5.如权利要求1所述的一种可多向调节的动态三点弯曲测试装置，其特征在于：所述夹具安装支架(3)为金属材质。

6.如权利要求1所述的一种可多向调节的动态三点弯曲测试装置，其特征在于：所述底座(7)为屈服强度大于等于600MPa的金属材质，底座(7)各个面的厚度大于等于10mm。

7.如权利要求1所述的一种可多向调节的动态三点弯曲测试装置，其特征在于：所述底座(7)沿T型槽(8)的长度方向一侧、所述支撑压头(12)与压头支座(11)接触的一侧均设有标尺(10)。

8.如权利要求1所述的一种可多向调节的动态三点弯曲测试装置，其特征在于：所述支撑面(26)的圆弧半径为测试试样厚度的0.1-0.5倍，所述测试样品放置平台(27)的长度大于测试试样的厚度。

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