CN219799081U - 一种测量冲击断裂裂纹扩展速率的装置 - Google Patents

Abstract

一种测量冲击断裂裂纹扩展速率的装置，包括有线管，线管连接显示及操作面板、摆动轴和刀架装置上的应变片；摆动轴前端与指针盘相连接，摆动轴中端与摆锤杆相连，摆动轴末端与机身相连；摆锤杆末端与刀架装置相连；刀架装置设有刀架，刀架凹槽内的应变片前端安装有刀具；机身底端设在机座上；机座四角处设有沉头孔，机座上设有放置台，机座外设有防护装置；试验时试样放置在放置台上方；试样放在放置台上，试样缺口和刀具的刀刃对准，显示及操作面板的自动控制系统将摆锤杆调到空打时的位置，摆锤杆带着刀架装置下落运动，应变片采集载荷数据，应变回路断开，显示及操作面板停止采集数据，试验结束，具有操作简单、耗时少、实验效率高的优点。

Description

一种测量冲击断裂裂纹扩展速率的装置

技术领域

本实用新型属于材料冲击试验技术领域，具体涉及一种测量冲击断裂裂纹扩展速率的装置。

背景技术

在工程实际问题中，由于许多构件结构和运行的特点，在工作时难免受到冲击载荷的作用，致使构件发生断裂失效，有时还会产生灾难性的后果，如油气管道破裂、爆破是材料在动态冲击载荷作用下的结果，在不同的加载速率下，材料的断裂微观机理可能发生很大变化。

冲击实验可以揭示材料静载作用下不易发现的某些结构特点和工作条件对机械性能的影响，对材料的理化性能、生产工艺进行分析和比较，从而为制备更加优良的材料提供理论依据。对于静止的裂纹受到冲击载荷作用下发生起裂，且起裂时间小于瑞利波在试样特征长度上的传播时间，即为裂纹的动态起始问题。在高速加载下的裂纹扩展，影响裂纹尖端应变速率的因素不仅有裂纹速度，动态断裂韧性和扩展韧性是一个函数关系式。

对于裂纹尖端的应变率，裂纹速度的贡献是与裂纹速度成正比的，裂纹的扩展断裂韧性是材料的特性，也是裂纹速度的函数。裂纹稳定而外载随时间发生迅速变化，动态起始裂纹韧性是加载速率的函数，而确定起始断裂韧性的重点是确定起始断裂时间，因此裂纹扩展速率也难以测量。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种测量冲击断裂裂纹扩展速率的装置，适用于各种材料包括金属、高分子、陶瓷等材料冲击断裂时裂纹扩展速率的测量，采用此装置可以通过外载随时间变化的情况，计算裂纹扩展速率，估算材料在冲击载荷作用下的服役寿命，从而研究材料的力学性能，并且整个装置具有操作简单、耗时少、实验效率高的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种测量冲击断裂裂纹扩展速率的装置，包括有线管，线管连接显示及操作面板、摆动轴和刀架装置上的应变片；摆动轴前端与指针盘相连接，摆动轴与摆锤杆相连接，摆动轴末端与机身相连接；摆锤杆末端与刀架装置相连接；刀架装置设有刀架，刀架的凹槽内安装有应变片；应变片的前端安装有刀具；机身底端安装在机座上；机座四角处设有沉头孔；机座上设有放置台，机座外设有防护装置；防护装置上设有防护网门和防护网；试验时试样放置在放置台上方。

所述的防护装置采用中空八面体网状结构，其中一个大面设有防护网门，三个大面设有防护网，其余面为实体板状结构。

所述的应变片采用电阻式应变片，通过应变回路将电阻变化情况转化为载荷变化情况，储存在显示及操作面板内。

所述的装置可以通过外载随时间变化的情况，计算材料在冲击载荷作用下的裂纹扩展速率，估算材料在冲击载荷作用下的服役寿命。

所述的机身采用单支撑式结构，机身位于机座的后部，试验操作空间十分宽阔。

所述的沉头孔，可将装置固定在地面上，避免在试验过程中机体发生振动影响实验结果。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的应变片的连接导线通过摆锤杆内置孔与显示及操作面板相连接，可避免在冲击试样时连接导线发生折断影响实验结果。

本实用新型的显示及操作面板内置自动控制系统，具有自动采集和存储数据的功能，可控制摆锤杆的起始下落位置，以便刀具获得不同的冲击能量。

本实用新型的刀架装置设有刀架，刀架凹槽内安装有应变片，应变片前端安装有刀具，在冲击时可将刀具受到的载荷传递给应变片，应变片再通过导线将信息传递给显示及操作面板，记录试样发生断裂过程中受到载荷的变化情况。

本实用新型的放置台采用阶梯型板状结构设计，试验时试样放置在阶梯处，在试验前后放取试样时更加方便。

本实用新型的周围设有防护装置，采用中空八面体网状结构设计，可避免试样在受到冲击折断时的碎屑飞出伤害到试验人员。

本实用新型采用指针盘，结构简单，测量结果准确，可测量试验前机件间的摩擦功，为后续冲击试验做铺垫。

采用本实用新型能够通过外载随时间变化的情况，计算材料在冲击载荷作用下的裂纹扩展速率，实现简单、方便、低成本获得材料的冲击断裂裂纹扩展速率，具有操作简单、耗时少、实验效率高的优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型刀架装置9的结构示意图。

图3为本实用新型刀具冲击试样时刻的结构示意图。

图中：1-线管，2-显示及操作面板，3-防护装置，4-防护网门，5-指针盘，6-摆动轴，7-机身，8-摆锤杆，9-刀架装置，10-防护网，11-机座，12-放置台，13-试样，14-应变片，15-刀具，16-刀架。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型装置的结构原理和工作原理进一步详细说明。

参见图1-3，实现对冲击试样断裂时裂纹扩展速率的测量。

一种测量冲击断裂裂纹扩展速率的装置，包括有线管1，用来连接显示及操作面板2、摆动轴6和刀架装置9上的应变片14；摆动轴6前端与指针盘5相连接，摆动轴6中端与摆锤杆8相连接，摆动轴6末端与机身7相连接；摆锤杆8末端与刀架装置9相连接；刀架装置9设有刀架16，刀架16凹槽内安装有应变片14；应变片14前端安装有刀具15；机身7底端安装在机座11上；机座11四角处设有沉头孔，机座11上设有放置台12，机座11外设有防护装置3；防护装置3上设有防护网门4和防护网10；试验时试样13放置在放置台12上方。

所述的防护装置3采用中空八面体网状结构，其中一个大面设有防护网门4，三个大面设有防护网10，其余面为实体板状结构。

所述的应变片14采用电阻式应变片。

所述的机身7采用单支撑式结构，机身7位于机座11的后部。

本实用新型的工作原理是：

本装置通过机座11四角处的沉头孔固定在地面上，避免在试验过程中机体发生振动影响试验结果。在试验之前，先将装置指针盘5的指针调到零点，根据试样13的材料预估所需的断裂能量，使摆动轴6空转一次，测定机件间的摩擦消耗功并记录。将试样13放在放置台12的阶梯处，使试样13没有缺口的面朝向刀具15冲击的一边，缺口的位置放在放置台12两支撑座的中间，使缺口和刀具15的刀刃对准，使用显示及操作面板2的自动控制系统将摆锤杆8调到空打时的位置，点击显示及操作面板2的开始按钮进行试验，摆动轴6进行旋转运动，摆锤杆8带着刀架装置9下落运动，自动控制系统触发应变回路开关，应变回路接通，应变片开始采集载荷数据传入并储存给显示及操作面板2，采集频率为1MHz，刀具15冲断试样13到达一定高度后再次触发应变片14回路开关，应变回路断开，显示及操作面板2停止采集数据，冲击试验结束，将冲击后的试样取出，从显示及操作面板2查看冲击载荷随时间的变化曲线，获得不同时刻下的冲击载荷数据。首先，使用最大冲击载荷除以断裂长度，得到单位冲击载荷；然后，使用最大载荷与每个时刻下的载荷之差除以单位冲击载荷，得到每个时刻下的裂纹长度；接着，使用后一时刻的裂纹长度与前一时刻的裂纹长度之差除以后一时刻的时间与前一时刻的时间之差，得到材料在冲击载荷作用下的裂纹扩展速率；最后，利用软件绘制裂纹扩展速率和时间的关系图，发现材料冲击断裂时裂纹扩展速率和时间具有显著的相关性，利用最小二乘法建立裂纹扩展速率和时间的函数关系，根据函数关系即可根据时间估算材料冲击断裂时裂纹扩展速率。

Claims (4)

1.一种测量冲击断裂裂纹扩展速率的装置，其特征在于，包括有线管(1)，线管(1)连接显示及操作面板(2)、摆动轴(6)和刀架装置(9)上的应变片(14)；摆动轴(6)前端与指针盘(5)相连接，摆动轴(6)与摆锤杆(8)相连接，摆动轴(6)末端与机身(7)相连接；摆锤杆(8)末端与刀架装置(9)相连接；刀架装置(9)设有刀架(16)，刀架(16)的凹槽内安装有应变片(14)；应变片(14)的前端安装有刀具(15)；机身(7)底端安装在机座(11)上；机座(11)四角处设有沉头孔；机座(11)上设有放置台(12)，机座(11)外设有防护装置(3)；防护装置(3)上设有防护网门(4)和防护网(10)；试验时试样(13)放置在放置台(12)上方。

2.根据权利要求1所述的一种测量冲击断裂裂纹扩展速率的装置，其特征在于，所述的防护装置(3)采用中空八面体网状结构，其中一个大面设有防护网门(4)，三个大面设有防护网(10)，其余面为实体板状结构。

3.根据权利要求1所述的一种测量冲击断裂裂纹扩展速率的装置，其特征在于，所述的应变片(14)采用电阻式应变片。

4.根据权利要求1所述的一种测量冲击断裂裂纹扩展速率的装置，其特征在于，所述的机身(7)采用单支撑式结构，机身(7)位于机座(11)的后部。