专利名称：一种动态摩擦系数测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测试材料间动态摩擦系数的装置，尤其是测试低强 度材料间的动态摩擦系数的仪器。
背景技术：
随着航天、军事工业等的快速发展，固体材料间的摩擦效应受到重视 与研究。冲击加载下材料的摩擦效应更是研究的重要方向。然而冲击加载 下材料间摩擦性能研究缺乏有效的实验手段。现有动态摩擦测量实验装置
主要包括两类第一类是如文献[Rajagopalan, V. Prakash. A Modified Torsional Kolsky Bar for Investigating Dynamic Friction. Experimental Mechanics. 39(4):295-303(1999).以及H.D. Espinosa, A. Patanella and M. Fischer. A Novel Dynamic Friction Experiment Using a Modified Kolsky Bar Apparatus. Experimental Mechanics. 40(2):138-153(2000).]中涉及的通过改进 霍普金森扭杆建立的动态摩擦实验装置。利用该装置进行测试时，要求试 样形状为薄管状，试样的加工存在一定的难度，尤其是对于强度较低的材 料，很难加工成薄管状试样进行材料间的动态摩擦系数的测试。同时，由 于利用该装置进行测试时，试样中压缩波传播速度快于扭转波，因此在实 验有效加载之前，压縮加载已经作用于试样，对于脆性材料试样可能己经 发生表面破坏，这样获得的摩擦性能并非原始材料表面摩擦工况，实验结 果的有效性受到破坏；第二类是如文献[V. Prakash， R. Clifton. Time Resolved Dynamic Friction Measurement in Pressure-shear. Experimental Mechanics. 35:329-336(1995).与H.D. Espinosa, M. Mello， Y. Xu. A Variable Sensitivity Displacement Interferometer with Application to >^ave Propagation Experiments. J. Appl. Mech. 64: 123-131(1997).]中所涉及的建立基于斜碰撞实验的动态摩 擦系数测量装置，该装置利用弹性平面波简化分析并解释实验结果。但是， 利用这类装置的实验测试过程繁琐并且复杂。同时，由于对试样的压縮加 载强度非常高，低强度材料和脆性材料不适用于此种装置。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种可以有效测试动态加载下材 料间摩擦系数的测试装置。该装置操作简单，具有有效加载时间长并且不 破坏试样表面工况的特点，测试结果能实时反映加载条件下摩擦系数的变 化情况。
本实用新型的动态摩擦系数测试仪由撞击杆，加载入射杆，两个加载 透射杆，两个剪应力计，两片电阻应变片，两片金属垫片组成。撞击杆是 一端为光滑平面的圆柱杆，该光滑平面端作为撞击端撞击加载入射杆。加 载入射杆是直径与撞击杆相同的圆柱杆，与撞击杆对应的撞击面为光滑平 面，另一端为突出楔形，突出楔形的两个平面分别与加载入射杆轴向成45° 角。两个完全相同的加载透射杆均为圆柱杆，直径小于加载入射杆楔形平 面的直径；加载透射杆的一端为光滑平面，该光滑平面上粘贴有剪应力计， 剪应力计上面粘贴有金属垫片。加载透射杆中段的表面粘贴有电阻应变片。
测试时，待测试样组件由两个大试样和两个小试样组成，大、小试样 的形状均为圆柱形，大试样直径小于加载入射杆楔形平面直径，小试样直 径小于大试样直径，两个大试样与加载入射杆楔形的两个平面分别粘接，两个小试样分别粘贴在两片金属垫片上，大小试样之间的接触面按照摩擦 测试要求进行不同粗糙度处理后，自然紧密接触。 本实用新型可以取得以下有益效果-
本装置结构简单。通过粘贴不同材料试样，以及进行相应的试样组合 变化，即可实现不同材料间的动态摩擦系数测试。直接通过对压力和摩擦 力的测试获取摩擦系数，可靠性比较好。对待测材料无特殊限制，只要能 加工成大小试样组件即可进行测试。尤其本装置可以通过调整撞击杆的速 度实现比较低的加载强度，不至于使待测材料造成破坏，因此可广泛应用 于各种强度材料间的动态摩擦系数测试。
图1是使用本实用新型时的结构状态示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行具体说明。
如图1所示，本实用新型由撞击杆l,加载入射杆2，第一加载透射杆 3和第二加载透射杆4，剪应力计5，电阻应变片6，金属垫片7组成。撞 击杆1是圆柱杆， 一端为光滑平面作为撞击面。加载入射杆2是与撞击杆1 直径相同的圆柱杆， 一端为光滑平面作为撞击面，另一端为突出楔形面， 组成楔形的两个平面分别与加载入射杆2的轴向成45°角。第一加载透射杆 3和第二加载透射杆4为完全相同的圆柱杆，圆柱的直径小于加载入射杆2 的楔形平面直径，第一加载透射杆3和第二加载透射杆4的一端均为光滑 平面，上面分别粘贴有剪应力计5。剪应力计5上面粘贴有金属垫片7。在 第一加载透射杆3和第二加载透射杆4的中部分别粘贴有电阻应变片6。待测试样组件10由两个大试样8和两个小试样9组成。大、小试样的形状均 为圆柱形，大试样8的直径小于加载入射杆2楔形平面直径，小试样9的 直径小于大试样8的直径。两个大试样8与加载入射杆2楔形的两个平面 分别粘接，两个小试样9分别与第一加载透射杆3和第二加载透射杆4上 的金属垫片7分别粘接，大试样8和小试样9之间按摩擦测试要求连接。
剪应力计与加载透射杆和金属垫片粘结的粘结剂为导电胶。电阻应变 片与加载透射杆表面的粘接剂为环氧胶。
大试样使用耐冲击胶粘贴于加载入射杆楔形面，小试样也使用耐冲击 胶粘贴于金属垫片。
使用本实用新型时，将加载入射杆2和第一加载透射杆3和第二加载 透射杆4固定于同一水平面，大小试样按摩擦测试要求连接。撞击杆1同 轴撞击加载入射杆2产生加载脉冲。到达试样组件10界面时加载脉冲发生 分解，对试样组件10进行压縮和剪切后，向第一加载透射杆3和第二加载 透射杆4分别传入一个压縮脉冲和一个剪切脉冲。
因为两个加载透射杆相同，传入的压缩脉冲和剪切脉冲作用也相同， 因此只分析第一加载透射杆3上的作用力即可。
作用在试样组件10界面上的压力iV通过粘贴在第一加载透射杆3上的电
阻应变片6得到，结果为
A^jaZ (公式一) 其中，％为电阻应变片6得到的透射压缩应变信号，4为第一加载透射 杆3的横截面积，￡为第一加载透射杆3的弹性模量。 试样组件10界面上的剪切力厂由剪应力计5得到
厂=", (公式二)T为剪切应力计5测试得到的剪切应力，而剪切力r是靠试样材料之间的
摩擦产生的，根据库仑摩擦理论
尸=^# (公式三)
公式三中，^为摩擦系数。由上述公式可得
/^/7A^"Z4 (公式四)
于是，禾U用第一加载透射杆3上的剪应力计5得到的剪切应力T的动态变 化历史，利用第一加载透射杆3上所贴电阻应变片6获得透射压縮应变 随
时间的变化历史，利用公式四，最终获得两试样间动态摩擦系数/z的变化历史。
将本实用新型与测试采集系统相连，即可获得动态摩擦系数//曲线。
权利要求1.一种动态摩擦系数测试仪，其特征在于，由撞击杆(1)，加载入射杆(2)，两个加载透射杆，两个剪应力计(5)，两片电阻应变片(6)，两片金属垫片(7)组成；撞击杆(1)是一端为光滑平面的圆柱杆，该光滑平面端作为撞击端撞击加载入射杆(2)；加载入射杆(2)是直径与撞击杆(1)相同的圆柱杆，与撞击杆(1)对应的撞击面为光滑平面，另一端为突出楔形，突出楔形的两个平面分别与加载入射杆(2)轴向成45°角；两个完全相同的加载透射杆均为圆柱杆，直径小于加载入射杆(2)楔形平面的直径；加载透射杆的一端为光滑平面，该光滑平面上粘贴有剪应力计(5)，剪应力计(5)上面粘贴有金属垫片(7)；加载透射杆中段的表面粘贴有电阻应变片(6)。
2. 根据权利要求1所述的动态摩擦系数测试仪，其特征在于使用的待测试 样组件(10)由两个大试样(8)和两个小试样(9)组成，大试样(8)和小试 样(9)的形状均为圆柱形，大试样(8)直径小于加载入射杆(2)楔形平面直 径，小试样(9)直径小于大试样(8)直径，两个大试样(8)与加载入射杆(2) 一端楔形的两个平面分别粘接，两个小试样(9)分别粘贴在两片金属垫片(7) 上。
3. 根据权利要求1或2所述的动态摩擦系数测试仪，其特征在于剪应力计 (5)与加载透射杆和金属垫片(7)粘结的粘结剂为导电胶；电阻应变片(6)与加载透射杆表面的粘接剂为环氧胶。
4. 根据权利要求1、 2或3所述的动态摩擦系数测试仪，其特征在于大试样 (8)使用耐冲击胶粘贴于加载入射杆(2)楔形的平面，小试样(9)使用耐冲击胶粘贴于金属垫片(7)。
专利摘要本实用新型提供一种结构简单的动态摩擦系数测试仪，由撞击杆，加载入射杆，两个加载透射杆，两个剪应力计，两片电阻应变片，两片金属垫片组成。撞击杆是一端为光滑平面的圆柱杆，加载入射杆是直径与撞击杆相同的圆柱杆，与撞击杆对应的撞击面为光滑平面，另一端为突出楔形。两个完全相同的加载透射杆均为圆柱杆，加载透射杆的一端为光滑平面，该光滑平面上粘贴有剪应力计，剪应力计上面粘贴有金属垫片。加载透射杆中段的表面粘贴有电阻应变片。通过粘贴不同材料试样，以及进行相应的试样组合变化，利用本实用新型即可实现不同材料间的动态摩擦系数测试。
文档编号G01N3/34GK201340368SQ20092006306
公开日2009年11月4日 申请日期2009年1月22日 优先权日2009年1月22日
发明者力 卢, 卢芳云, 崔云霄, 林玉亮, 赵鹏铎, 荣 陈 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学