CN216013022U - 材料韧性的检测装置 - Google Patents

Abstract

本公开揭示一种材料韧性的检测装置。所述材料韧性的检测装置包括：第一端部固定器，包括第一固定槽；第二端部固定器，包括第二固定槽；辅助连接器，可拆卸地设置于所述第一端部固定器和所述第二端部固定器之间，并且连通所述第一固定槽和所述第二固定槽以形成一试件成型槽；位移传感器，可拆卸地设置于所述第一端部固定器和所述第二端部固定器之间以测量试件的应变。该材料韧性的检测装置以及测试方法可以较为准确地反映材料在静、动力荷载作用下的整体受力分析及性能。

Description

材料韧性的检测装置

技术领域

本实用新型涉及材料韧性的检测装置以及材料韧性的测试方法。

背景技术

浮置板轨道结构具有较好的减振效果因而被广泛地应用在轨道交通建设中。当前的浮置板轨道结构大多采取使用多块模块化的短板(长度不大于6米)在工地现场采用铰接等方式连接组成。在长时间的运营过程中，这类浮置板轨道结构在受到列车荷载以及周围环境的影响下，不仅容易产生疲劳破坏，而且会大大降低结构的使用寿命、进而影响列车的安全运营。此外，多块模块化的短板之间由于采用铰接等方式连接，因此在列车荷载的作用下往往会产生较大的噪音，容易干扰到居民区居民的生活。

为了提高浮置板轨道结构的耐久性和行车舒适性，可以采用将多个预制的板件采用湿接缝的方式连接为长型的浮置板。通常实现多个预制的板件之间湿接缝区域所使用的材料会始终处于正、负交变的应力环境。为确保该种材料在复杂应力环境下的韧性性能满足长期使用的需求，需要对材料的韧性进行检测。

然而，传统采用的弯曲韧性检测方法主要检测材料基体开裂后继续维持一定抗力的变形能力，通常用力-变形曲线下与面积有关的参数来衡量。但传统弯曲韧性检测方法仅考虑了单调受拉递增的加载方式，主要关注了试件受拉开裂后的纤维的增韧效果，忽视了试件在拉、压往复荷载作用下的纤维增韧效果，不能很好地反应材料在拉、压往复荷载作用下复杂应力状态下的疲劳韧性。因此，采用传统的弯曲韧性检测方法无法对浮置板轨道结构所的湿接缝所采用的材料的韧性进行检测。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本公开的目的是提供一种材料韧性的检测装置以及测试方法。该材料韧性的检测装置以及测试方法可以较为准确地反映材料在静、动力荷载作用下的整体受力分析及性能。

根据本公开的一个方面提供一种材料韧性的检测装置，所述材料韧性的检测装置包括：第一端部固定器，包括第一固定槽；第二端部固定器，包括第二固定槽；辅助连接器，可拆卸地设置于所述第一端部固定器和所述第二端部固定器之间，并且连通所述第一固定槽和所述第二固定槽以形成一试件成型槽；位移传感器，可拆卸地设置于所述第一端部固定器和所述第二端部固定器之间以测量试件的应变。

可选地，所述第一固定槽由靠近所述辅助连接器的一端向远离所述辅助连接器的一端的方向上，容积逐渐变大。

可选地，所述第一端部固定器与所述第二端部固定器的结构相同。

可选地，所述材料韧性的检测装置包括两个辅助连接器，所述两个辅助连接器连接所述第一端部固定器和所述第二端部固定器后限定所述试件成型槽的两侧边缘。

可选地，所述材料韧性系数为多个应变值下所述应力-应变曲线与坐标系中表示应变的水平轴之间包含的面积值之间的比值。

可选地，所述辅助连接器与所述第一端部固定器、所述第二端部固定器之间通过锚固螺栓可拆卸地连接。

可选地，所述位移传感器通过定位螺杆可拆卸地连接所述第一端部固定器和所述第二端部固定器。

可选地，所述第一端部固定器、第二端部固定器、辅助连接器选用屈服强度为1000兆帕的钢材。

根据本公开的另一个方面，还提供一种材料韧性的测试方法，包括：使用上述的材料韧性的检测装置对待检测材料成型，形成测试试件；拆除辅助连接器后，将所述材料韧性的检测装置连同所述测试试件固定至用于加载拉力和压力的试验机；分别加载预设的多个拉力和压力以获取应力-应变曲线；根据应力-应变曲线计算材料韧性系数。

可选地，在所述形成测试试件的步骤中还包括如下步骤：将辅助连接器组装于第一端部固定器和第二端部固定器之间，连通所述第一端部固定器的第一固定槽和所述第二端部固定器的第二固定槽以形成一试件成型槽；将流体状的待检测的材料倒入所述试件成型槽后待其凝固。

可选地，在将流体状的待检测的材料倒入所述试件成型槽之前，先在所述试件成型槽的内表面涂抹机油。

可选地，在所述流体状的待检测的材料凝固后，还对凝固后待检测材料洒水养护。

可选地，所述材料韧性系数为多个应变值下所述应力-应变曲线与坐标系中表示应变的水平轴之间包含的面积值之间的比值。

可选地，选取的所述应变值包括抗压初裂应变值、3倍抗压初裂应变值、5.5倍抗压初裂应变值、10.5倍抗压初裂应变值、抗拉初裂应变值、3倍抗拉初裂应变值、5.5倍抗拉初裂应变值以及10.5倍抗拉初裂应变值。

相比于现有技术，本实用新型实施例提供的材料韧性的检测装置以及测试方法，能够使材料试件在同时承受拉、压交变荷载下，依次历经其抗拉强度和抗压强度，以及材料达到抗拉强度和抗压强度后性能退化的时间历程与轨迹，最终得到材料的极限抗拉强度和极限抗压强度所对应的极限抗拉应变和极限抗压应变，进而，较为准确地反映了当材料应用于浮置板湿接缝时的复杂受力环境，测试的结果不仅能够判断材料性能的等级，而且可以对浮置板在静、动力荷载作用下的整体受力分析及性能评估，确保浮置板的湿接缝的使用性能够满足设计其生命周期内的质量安全。

此外，本实用新型的测试方法不但可以直观的得到材料的强度和变形能力，而且还将应力-应变全过程试验曲线中抗拉和抗压强度所对应应变的3倍、5.5倍和10.5倍所包络的面积与达到抗拉和抗压强度时所包络的面积之比定义为韧性系数，记录三个等级，每一等级的韧性系数既包括抗拉韧性又包括抗压韧性，进而不仅可以避免传统韧性系数只关注抗拉韧性的缺陷，还能全面反应浮置板湿接缝区域内的材料在复杂应力状态下的受力特点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型的一个实施例的材料韧性的检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型的一个实施例的材料韧性的检测装置的第一端部固定器的结构示意图；

图3为本实用新型的一个实施例的材料韧性的测试方法的流程图；以及

图4为本实用新型的一个实施例的材料韧性的测试方法中形成的应力-应变曲线示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有特定细节中的一个或更多，或者采用其它的方法、组元、材料等，也可以实践本实用新型的技术方案。在某些情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本实用新型。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”、“具有”以及“设有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术内容进行进一步地说明。

请一并参见图1和图2，其分别示出了本实用新型的一个实施例的材料韧性的检测装置的结构示意图以及材料韧性的检测装置的第一端部固定器的结构示意图。如图1所示，本实用新型的材料韧性的检测装置主要包括第一端部固定器1、第二端部固定器2、辅助连接器3和位移传感器4。

如图2所示，第一端部固定器1包括第一固定槽11。第一固定槽11由靠近辅助连接器3的一端向远离辅助连接器3的一端的方向上，容积逐渐变大。在图1和图2所示的实施例中，第一端部固定器1由下向上的方向上第一固定槽11的容积逐渐变大。进而，第一固定槽11可以在测试过程中当受到图1中竖直方向上的拉力和压力时固定试件的一端。

类似地，第二端部固定器2包括第二固定槽21。在图1所示的实施例中，第一端部固定器1和第二端部固定器2的结构相同。

辅助连接器3可拆卸地设置于第一端部固定器1和第二端部固定器2之间，并且连通第一固定槽11和第二固定槽21以形成一试件成型槽6。具体来说，在图1所示的实施例中，材料韧性的检测装置包括两个辅助连接器3，两个辅助连接器3从左右两侧分别连接第一端部固定器1和第二端部固定器2后限定试件成型槽6的两侧边缘。优选地，两个辅助连接器3与第一端部固定器1、第二端部固定器2形成的试件成型槽6的形状对称(以图1为例，试件成型槽为左右对称形状)，从而使试件成型槽内形成的试件也形状对称，进而提高测量的精度和可靠性。可选地，两个辅助连接器3与第一端部固定器1、第二端部固定器2之间通过锚固螺栓可拆卸地连接。

位移传感器4可拆卸地设置于第一端部固定器1和第二端部固定器2之间以测量试件的应变。在图1所示的实施例中，材料韧性的检测装置包括两个位移传感器4，两个位移传感器4从左右两侧分别连接第一端部固定器1和第二端部固定器2。可选地，位移传感器4通过定位螺杆可拆卸地连接第一端部固定器1和第二端部固定器2。

进一步可选地，第一端部固定器1、第二端部固定器2和辅助连接器3选用弹性模量和屈服强度均高的钢材制成，例如，屈服强度为1000兆帕的钢材，从而可以有效减小测试过程中模具自身的变形，提高测试的精度。

进一步地，本实用新型还提供一种材料韧性的测试方法。请参见图3，其示出了本实用新型的一个实施例的材料韧性的测试方法的流程图。具体来说，该测试方法包括如下步骤：

步骤S10：使用上述图1和图2所示的材料韧性的检测装置对待检测材料成型，形成测试试件。

具体来说，在形成测试试件的步骤中还包括如下步骤：将辅助连接器组装于第一端部固定器和第二端部固定器之间，连通第一端部固定器的第一固定槽和第二端部固定器的第二固定槽以形成一试件成型槽。结合上述图1所示，即为将第一端部固定器1、第二端部固定器2、辅助连接器3通过例如锚固螺栓等固定件连接安装。在此过程中，位移传感器4并不进行安装。

进一步地，结合图1所示，完成上述步骤后，将安装后的材料韧性的检测装置放置于平面上，将流体状的待检测的材料倒入试件成型槽6后待其凝固。在本实用新型的一个优选实施例中，在将流体状的待检测的材料倒入试件成型槽6之前，可以先在试件成型槽6的内表面涂抹机油。试件成型槽6的内表面均匀涂抹机油有利于后续的拆模。更进一步地，在流体状的待检测的材料凝固后，还包括对凝固后待检测材料洒水养护，优选地，对凝固后待检测材料洒水养护7天，从而使得待检测材料所形成的试件更符合实际使用环境和状态。

完成上述步骤后，执行步骤S20：拆除辅助连接器后，将材料韧性的检测装置连同测试试件固定至用于加载拉力和压力的试验机。其中，可选地，待检测材料凝固的程度为试件强度达到设计强度的80％以上时即可拆卸辅助连接器。在将材料韧性的检测装置固定至试验机的过程中，是将第一端部固定器和第二端部固定器固定至试验机。

材料韧性的检测装置固定后，执行步骤S30：分别加载预设的多个拉力和压力以获取应力-应变曲线。具体来说，结合图1所示，在此步骤中，首先将位移传感器4通过定位螺杆连接安装至第一端部固定器1和第二端部固定器2。进一步地，韧性系数测试前，需要采用位移加载的策略分别确定试件的抗拉和抗压强度，然后制定韧性系数的测试方案并加以实施。请参见图4，其示出了本实用新型的一个实施例的材料韧性的测试方法中形成的应力-应变曲线示意图。具体来说，在试验机(即加载机)上将试件按照逐渐递增的位移加载方式得到试件在拉、压往复循环荷载作用下的应力-应变响应的骨架线(如图4所示)。

获取应力-应变曲线后，执行步骤S40：根据应力-应变曲线计算材料韧性系数。在本实用新型的实施例中，材料韧性系数为多个应变值下应力-应变曲线与坐标系中表示应变的水平轴之间包含的面积值之间的比值。进一步地，在本实用新型的可选实施例中，选取的应变值包括抗压初裂应变值、3倍抗压初裂应变值、5.5倍抗压初裂应变值、10.5倍抗压初裂应变值、抗拉初裂应变值、3倍抗拉初裂应变值、5.5倍抗拉初裂应变值以及10.5倍抗拉初裂应变值。换言之，即为分别将应力-应变全过程试验曲线中抗拉和抗压强度所对应应变的3倍、5.5倍和10.5倍所包络的面积与达到抗拉和抗压强度时所包络的面积之比定义为韧性系数，记为R5、R10和R20三个等级。每一等级的韧性系数既包括抗拉韧性又包括抗压韧性，采取上述韧性系数的指标不仅可以避免传统韧性系数只关注抗拉韧性的缺陷，还能全面反应浮置板湿接缝区域内的材料在复杂应力状态下的受力特点。

结合图4所示，以骨架点A和A’的应变(δ和δ’)为参考值，按照δ→-δ’→3δ→-3δ’→5.5δ→-5.5δ’→10.5δ→-10.5δ’的应变策略加载和卸载，然后分别以抗压和抗拉初裂应变的3倍、5.5倍和10.5倍时应力-应变曲线下面积对抗压和抗拉初裂时的应力-应变曲线下面积的比值称为抗压韧性系数I₅、I₁₀和I₂₀以及抗拉韧性系数I′₅、I′₁₀和I′₂₀。分别记为：

式中，I₅、I₁₀和I₂₀为抗压韧性系数；

I′₅、I′₁₀和I′₂₀为抗拉韧性系数；

Ω_δ为抗压初裂应变时应力-应变曲线与水平轴所包含的面积；

Ω_3δ为3倍抗压初裂应变时应力-应变曲线与水平轴所包含的面积；

Ω_5.5δ为5.5倍抗压初裂应变时应力-应变曲线与水平轴所包含的面积；

Ω_10.5δ为10.5倍抗压初裂应变时应力-应变曲线与水平轴所包含的面积；

Ω_δ′为抗拉初裂应变时应力-应变曲线与水平轴所包含的面积；

Ω_3δ′为3倍抗拉初裂应变时应力-应变曲线与水平轴所包含的面积；

Ω_5.5δ′为5.5倍抗拉初裂应变时应力-应变曲线与水平轴所包含的面积；

Ω_10.5δ′为10.5倍抗拉初裂应变时应力-应变曲线与水平轴所包含的面积。

完成上述步骤后可计算得到三个等级的韧性系数，每一等级的韧性系数既包括抗拉韧性又包括抗压韧性，采取上述韧性系数的指标不仅可以避免传统韧性系数只关注抗拉韧性的缺陷，还能全面反应浮置板湿接缝区域内的材料在复杂应力状态下的受力特点。

综上所述，本实用新型实施例提供的材料韧性的检测装置以及测试方法，能够使材料试件在同时承受拉、压交变荷载下，依次历经其抗拉强度和抗压强度，以及材料达到抗拉强度和抗压强度后性能退化的时间历程与轨迹，最终得到材料的极限抗拉强度和极限抗压强度所对应的极限抗拉应变和极限抗压应变，进而，较为准确地反映了当材料应用于浮置板湿接缝时的复杂受力环境，测试的结果不仅能够判断材料性能的等级，而且可以对浮置板在静、动力荷载作用下的整体受力分析及性能评估，确保浮置板的湿接缝的使用性能够满足设计其生命周期内的质量安全。

此外，本实用新型的测试方法不但可以直观的得到材料的强度和变形能力，而且还将应力-应变全过程试验曲线中抗拉和抗压强度所对应应变的3倍、5.5倍和10.5倍所包络的面积与达到抗拉和抗压强度时所包络的面积之比定义为韧性系数，记录三个等级，每一等级的韧性系数既包括抗拉韧性又包括抗压韧性，进而不仅可以避免传统韧性系数只关注抗拉韧性的缺陷，还能全面反应浮置板湿接缝区域内的材料在复杂应力状态下的受力特点。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“高”“低”“顶”“底”“左”“右”等也作具有类似含义。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或者示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或者示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或者示例中以合适的方式结合。

虽然本实用新型已以可选实施例揭示如上，然而其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种材料韧性的检测装置，其特征在于，所述材料韧性的检测装置包括：

第一端部固定器，包括第一固定槽；

第二端部固定器，包括第二固定槽；

辅助连接器，可拆卸地设置于所述第一端部固定器和所述第二端部固定器之间，并且连通所述第一固定槽和所述第二固定槽以形成一试件成型槽；

位移传感器，可拆卸地设置于所述第一端部固定器和所述第二端部固定器之间以测量试件的应变。

2.如权利要求1所述的材料韧性的检测装置，其特征在于，所述第一固定槽由靠近所述辅助连接器的一端向远离所述辅助连接器的一端的方向上，容积逐渐变大。

3.如权利要求2所述的材料韧性的检测装置，其特征在于，所述第一端部固定器与所述第二端部固定器的结构相同。

4.如权利要求1所述的材料韧性的检测装置，其特征在于，所述材料韧性的检测装置包括两个辅助连接器，所述两个辅助连接器连接所述第一端部固定器和所述第二端部固定器后限定所述试件成型槽的两侧边缘。

5.如权利要求1所述的材料韧性的检测装置，其特征在于，所述辅助连接器与所述第一端部固定器、所述第二端部固定器之间通过锚固螺栓可拆卸地连接。

6.如权利要求1所述的材料韧性的检测装置，其特征在于，所述位移传感器通过定位螺杆可拆卸地连接所述第一端部固定器和所述第二端部固定器。

7.如权利要求1所述的材料韧性的检测装置，其特征在于，所述第一端部固定器、第二端部固定器、辅助连接器选用屈服强度为1000兆帕的钢材。

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