一种用于多种蠕变测试的简易方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明属于一种用于多种蠕变测试的简易方法及其装置,方法是实验材料所处的实验环境与对实验材料进行施压的装置采用分空间设置，施压的装置为机械式手动的施压调节装置，用砝码将力加载到加载杠杆上，再由加载杠杆将加载力通过加载施力点传给传力杆，并由传力杆上的压头向实验材料施压实验，应力传感器和位移传感器通过对实验数据进行实时采集，并通过数据线传输到计算机中，利用系统软件对数据进行处理，绘制出蠕变曲线。装置由实验箱、操作平台和施压调节装置所组成。本发明方法既能适合于长时间实验需要，保证蠕变测试精度，又能大幅降低测试运行成本，该装置具有结构简单，制作成本低，操作和维修方便，加载稳定精度高，实验成本低和效果好的优点。
【专利说明】一种用于多种蠕变测试的简易方法及其装置
【技术领域】
[0001]本发明属于一种用于多种蠕变测试的简易方法及其装置。
【背景技术】
[0002]生物质材料的蠕变行为属于材料物理流变学的范畴，是生物质材料粘弹性行为的一种，其它粘弹性行为主要还包括生物质材料的应力松弛和动态粘弹性。木、竹、藤材作为复杂的高分子材料，在其分子链段运动、分子流动、结晶化、分子取向等过程中都会表现出粘弹性行为。研究木、竹、藤材的粘弹性对于木、竹、藤材产品的结构设计、木材科学与技术方面的一些基础理论研究，都具有重要意义。
[0003]木、竹、藤材作为可再生生物材料同时具有弹性和粘性两种不同机理的变形，体现弹性固体和流体的综合特性，即粘弹性。生物质材料的粘弹性研究具有十分重要的意义。一方面，生物质材料容易受到温度、含水率变化或载荷变化的影响而呈现出粘弹性，蠕变积累产生大的变形，导致生物质材料最终破坏；另一方面，生物质材料粘弹性是生物质材料弯曲、可塑化处理等生物质材料加工工艺的基础。因此，生物质材料的粘弹性不仅是生物质材料的物理和力学性质的基础研究内容，更是有效利用生物质材料的理论基础。木、竹、藤材的粘弹性依赖于载荷大小、温度、含水率、负荷时间、加载速率以及应变幅值等因素，其中温度、含水率和负荷的影响尤为明显。解析木、竹、藤材独特的粘弹性能有助于木、竹、藤材的合理利用、性能改良和产品开发等。
[0004]蠕变是粘弹性的重要内容，是指在恒定载荷作用下形变随时间延长而逐渐增加的过程。弯曲蠕变速率是评价材料抗弯性能的一个重要指标，也是材料使用性能的一个重要评价指标，弯曲蠕变测试装置则是测定材料弯曲蠕变速率的设备。木、竹、藤材的蠕变影响因素复杂，了解其在不同环境条件作用下的长时蠕变特性，对其产品开发和设计都很重要。研究木、竹、藤材在不同环境条件下的蠕变性能不仅能丰富其力学理论，同时，对改进其成型工艺，扩大其使用范围，延长其使用寿命，以及防止其脆裂的改性处理等方面都有重要指导意义。
[0005]在简支梁中部加一集中载荷的三点加载弯曲实验是蠕变试验最常用的测试方法之一。此外还有四点加载弯曲蠕变测试和悬臂梁加载蠕变测试。蠕变实验的时间较长，短则72小时，长则达半年甚至一年以上，蠕变实验成本高、耗费大量的人力和物力。因此，在试验过程中，降低试验运行成本、保证试验加载稳定可靠非常重要。通常的蠕变试验，数据精度难以保证。而采用电子万能试验机进行蠕变试验，易受停电、电压波动等外界因素影响，而且设备造价和运行费用较高，不适合长时间蠕变实验需要。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是设计一种用于多种蠕变测试的简易方法及其装置，该方法既能适合于长时间实验需要，保证蠕变测试精度，又能大幅降低测试运行成本；该装置具有结构简单，制作成本低，操作和维修方便，加载稳定精度高，实验成本低和效果好的优点。[0007]为此，本发明的简易方法包括如下步骤:
(1)根据实验需要的尺寸将实验材料加工成片状，通过预试验测得实验材料的弯曲比例所能达到的极限荷载，选定一个适宜的弯曲荷载值进行弯曲蠕变试验；
(2)经过杠杆原理计算出弯曲蠕变实验所需要的重量，并根据重量计算出加载砝码的
质量;
(3)实验材料所处的实验环境与对实验材料进行施压的装置采用分空间设置，实验材料位于实验箱中，施压的装置位于实验箱外上端的封罩内，将实验箱和封罩内的实验设备安装完毕，通过数据线将位移传感器、应力传感器和温湿度传感器与计算机连接，并根据实验需要将实验箱内的环境和湿度调节到指定温度和湿度；
(4)用夹具将实验材料固定在实验箱中的支座上，平衡一段时间后，将施压装置的砝码插设在砝码杆上，平行移动砝码杆在加载杠杆上的移动距离或增减砝码的数量，以改变实验材料的受力大小，由砝码将力加载到加载杠杆上，再由加载杠杆将加载力通过加载施力点传给传力杆，并由传力杆上的压头向实验材料施压，应力传感器和位移传感器通过对实验数据进行实时采集，并通过数据线传输到计算机中，利用系统软件对数据进行处理，绘制出实验材料的蠕变曲线。
[0008]所述的施压的装置为机械式手动的施压调节装置。所述的实验材料所处的实验环境位于一个密封的空间内，对实验材料进行施压的装置位于其上端的另一空间内。所述的实验材料为木材，或为竹材，或为藤材。
[0009]实现多种蠕变测试简易方法的装置，由实验箱、操作平台和施压调节装置所组成:
实验箱，实验箱的上端设密封盖，密封盖的上端设有封罩，操作平台和实验材料位于实验箱内，施压调节装置位于密封盖上端的封罩内，施压调节装置的传力杆下端穿过密封盖上的过杆孔与压头的上端连接；
操作平台，操作平台位于密封的实验箱内，操作平台由支座架、导向槽、支座、螺栓柱、夹具、压头、加温加湿器和温湿度传感器所组成，支座架内设有导向槽，支座的下端通过螺栓柱固定在导向槽内，支座的上端设有夹具，夹具上固定实验材料，支座一侧的实验箱内设有温湿度传感器，加温加湿器位于实验箱内下端；
施压调节装置，施压调节装置位于实验箱上端的封罩内，由支架、连接杆、位移传感器、螺栓、传力杆、应力传感器、铰链、加载杠杆、砝码杆和砝码所组成，连接杆的一端固接在支架的上端，连接杆的另一端设有位移传感器，位移传感器套设在传力杆的上端上，传力杆与过杆孔周边的密封盖上端之间设有应力传感器，传力杆的下端穿过密封盖上的过杆孔与压头的上端连接，压头的下端顶持在实验材料的上端面上，加载杠杆的一端通过铰链与支架的中部连接,加载杠杆的中部通过螺栓固设在同水平面的传力杆的上,加载杠杆的另一端的外周壁上标有重量刻度线，砝码杆的下端套设在标有重量刻度线段的加载杠杆的上端，砝码杆上套设有砝码。
[0010]所述的温湿度传感器、应力传感器和位移传感器分别通过数据线与计算机连接。所述的加温加湿器为自动加温加湿器，或为由计算机控制的自动加温加湿器。所述的实验箱的前侧面为透明材料制成的观察面。所述的砝码杆的下端为Y形滑槽架，一侧的Y形滑槽架上设有固定卡栓。所述的传力杆中心线与实验材料的水平线的夹角为90°。[0011 ] 上述结构设计达到了本发明的目的。
[0012]本发明将可实现木、竹、藤材在不同环境条件下的蠕变性能测定，该方法既能适合于长时间实验需要，保证蠕变测试精度，又能大幅降低测试运行成本；该装置具有结构简单，制作成本低，操作和维修方便，加载稳定精度高，实验成本低和效果好的优点。据统计:用本发明方法绘制出实验材料的蠕变曲线优于用电子万能试验机制出实验材料的蠕变曲线，这是由于电子万能试验机对实验材料的加载力是由计算机控制的液压机完成，而液压机易受电压波峰不稳定的影响，不能保证长期稳定的、准确的加载量。而本发明可自始至终保证加载力稳定性和精度性，从而使制出实验材料的蠕变曲线更接近真实。而本发明的实验成本仅是电子万能试验机实验成本的5%，实验人员的10%，可大幅度实验费用。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明装置的结构示意图。
[0014]图2为本发明的砝码杆结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]一种用于多种蠕变测试的简易方法，包括如下步骤:
(1)根据实验需要的尺寸将实验材料加工成片状，通过预试验测得实验材料的弯曲比例所能达到的极限荷载，选定一个适宜的弯曲荷载值进行弯曲蠕变试验；
(2)经过杠杆原理计算出弯曲蠕变实验所需要的重量，并根据重量计算出加载砝码的
质量;
(3)实验材料所处的实验环境与对实验材料进行施压的装置采用分空间设置，实验材料位于实验箱中，施压的装置位于实验箱外上端的封罩内，将实验箱和封罩内的实验设备安装完毕，通过数据线将位移传感器、应力传感器和温湿度传感器与计算机连接，并根据实验需要将实验箱内的环境和湿度调节到指定温度和湿度；
(4)用夹具将实验材料固定在实验箱中的支座上，平衡一段时间后，将施压装置的砝码插设在砝码杆上，平行移动砝码杆在加载杠杆上的移动距离或增减砝码的数量，以改变实验材料的受力大小，由砝码将力加载到加载杠杆上，再由加载杠杆将加载力通过加载施力点传给传力杆，并由传力杆上的压头向实验材料施压，应力传感器和位移传感器通过对实验数据进行实时采集，并通过数据线传输到计算机中，利用系统软件对数据进行处理，绘制出实验材料的蠕变曲线。
[0016]所述的施压的装置为机械式手动的施压调节装置。所述的实验材料所处的实验环境位于一个密封的空间内，对实验材料进行施压的装置位于其上端的另一空间内。所述的实验材料为木材，或为竹材，或为藤材。
[0017]如图1和图2所示，一种实现多种蠕变测试简易方法的装置，由实验箱21、操作平台和施压调节装置所组成，其中:
实验箱，实验箱的上端设密封盖25，密封盖的上端设有封罩1，封罩可由透明材料制成，扣合在密封盖的上端，用于给施压调节装置一个稳定的空间。操作平台和实验材料24位于实验箱内。施压调节装置位于密封盖上端的封罩内，施压调节装置的传力杆下端穿过密封盖上的过杆孔15与压头16的上端连接。[0018]操作平台，操作平台位于密封的实验箱内，操作平台由支座架18、导向槽22、支座20、螺栓柱19、夹具17、压头、加温加湿器23和温湿度传感器10所组成。支座架内设有导向槽，支座的下端通过螺栓柱固定在导向槽内，拧松螺栓柱亦可使支座在导向槽内移动，以方便调整两支座的距离。支座为两个，亦可依需要设置3?4个。支座的上端设有夹具，夹具上固定实验材料。支座一侧的实验箱内设有温湿度传感器，温湿度传感器通过数据线与计算机连接。加温加湿器23位于实验箱内下端，所述的加温加湿器为自动加温加湿器，或为由计算机控制的自动加温加湿器，用于使实验箱内保持恒温恒湿。
[0019]施压调节装置，施压调节装置位于实验箱上端的封罩内，由支架2、连接杆3、位移传感器4、螺栓11、传力杆13、应力传感器14、铰链12、加载杠杆5、砝码杆7和砝码6所组成。连接杆的一端固接在支架的上端，连接杆的另一端设有位移传感器，位移传感器套设在传力杆的上端上，位移传感器通过数据线8与计算机9连接。传力杆与过杆孔15周边的密封盖上端之间设有应力传感器14，应力传感器通过数据线与计算机连接。传力杆的下端穿过密封盖上的过杆孔与压头的上端连接，压头的下端顶持在实验材料的上端面上。加载杠杆的一端通过铰链与支架的中部连接，加载杠杆的中部通过螺栓固设在同水平面的传力杆的上，加载杠杆的另一端的外周壁上标有重量刻度线。砝码杆的下端套设在标有重量刻度线段的加载杠杆的上端，砝码杆上套设有砝码。所述的砝码杆的下端为Y形滑槽架71，一侧的Y形滑槽架上设有固定卡栓72，即固定卡栓与一侧的Y形滑槽架螺接。拧动固定卡栓使其端头与砝码杆顶持，可固定砝码杆于加载杠杆的任意部位上，即砝码杆可通过固定卡栓固定在标有重量刻度线段的加载杠杆的任意部位上，以固定加载杠杆的加载施压力。反之，砝码杆可在标有重量刻度线段的加载杠杆的任意部位移动，以调整对传力杆的加载重量。
[0020]所述的实验箱的前侧面为透明材料制成的观察面，透明材料为玻璃、或有机透明材料，以方便观察实验箱内状况。所述的传力杆中心线与实验材料的水平线的夹角为90°。
[0021]使用时，根据实验需要的尺寸将实验材料加工成片状，通过预试验测得实验材料的弯曲比例所能达到的极限荷载，选定一个适宜的弯曲荷载值进行弯曲蠕变试验，经过杠杆原理计算出弯曲蠕变实验所需要的重量，并根据重量计算出加载砝码的质量。将实验箱和封罩内的实验设备安装完毕，通过数据线将位移传感器和温湿度传感器和计算机连接，并根据实验需要将实验箱内的环境和湿度调节到指定温度和湿度，可由计算机依据温湿度传感器导入的数据并据此控制加温加湿器运作实现完成。用夹具将实验材料固定在支座上，平衡一段时间后，将砝码插设在砝码杆上，平行移动砝码杆在加载杠杆上的移动距离或增减砝码的数量，以改变实验材料的受力大小，由砝码将力加载到加载杠杆上，再由加载杠杆将加载力通过加载施力点传给传力杆，并由传力杆上的压头向实验材料施压实验，应力传感器和位移传感器通过对实验数据进行实时采集，并通过数据线传输到计算机中，利用系统软件对数据进行处理，绘制出蠕变曲线。
[0022]本发明的实验装置可跟根据木、竹、藤材等不同材料的蠕变特性，将两个支座配备单头型式压头，可进行三点弯曲蠕变测试；两个支座配备双头型式压头，可进行四点弯曲蠕变测试；一个支座配备单点式压头，可进行悬臂梁加载蠕变测试。
[0023]本发明将可实现木、竹、藤材在不同环境条件下的蠕变性能测定，对测试材料的蠕变变形进行自动采集，对其蠕变过程进行跟踪，并与计算机相连，直接绘制蠕变过程，同时可测定材料在所定试验条件下的稳态蠕变率，具有结构简单，操作方便，维修方便，加载稳定精度高，实验成本低和效果好的优点。
【权利要求】
1.一种用于多种蠕变测试的简易方法，其特征在于:包括如下步骤， (1)根据实验需要的尺寸将实验材料加工成片状，通过预试验测得实验材料的弯曲比例所能达到的极限荷载，选定一个适宜的弯曲荷载值进行弯曲蠕变试验； (2)经过杠杆原理计算出弯曲蠕变实验所需要的重量，并根据重量计算出加载砝码的质量; (3)实验材料所处的实验环境与对实验材料进行施压的装置采用分空间设置，实验材料位于实验箱中，施压的装置位于实验箱外上端的封罩内，将实验箱和封罩内的实验设备安装完毕，通过数据线将位移传感器、应力传感器和温湿度传感器与计算机连接，并根据实验需要将实验箱内的环境和湿度调节到指定温度和湿度； (4)用夹具将实验材料固定在实验箱中的支座上，平衡一段时间后，将施压装置的砝码插设在砝码杆上，平行移动砝码杆在加载杠杆上的移动距离或增减砝码的数量，以改变实验材料的受力大小，由砝码将力加载到加载杠杆上，再由加载杠杆将加载力通过加载施力点传给传力杆，并由传力杆上的压头向实验材料施压，应力传感器和位移传感器通过对实验数据进行实时采集，并通过数据线传输到计算机中，利用系统软件对数据进行处理，绘制出实验材料的蠕变曲线。
2.按权利要求1所述的简易方法，其特征在于:所述的施压的装置为机械式手动的施压调节装置。
3.按权利要求1所述的简易方法，其特征在于:所述的实验材料所处的实验环境位于一个密封的空间内，对实验材料进行施压的装置位于其上端的另一空间内。
4.按权利要求1所述的简易方法，其特征在于:所述的实验材料为木材，或为竹材，或为藤材。
5.一种实现权利要求1所述简易方法的装置，由实验箱、操作平台和施压调节装置所组成，其特征在于: 实验箱，实验箱的上端设密封盖，密封盖的上端设有封罩，操作平台和实验材料位于实验箱内，施压调节装置位于密封盖上端的封罩内，施压调节装置的传力杆下端穿过密封盖上的过杆孔与压头的上端连接； 操作平台，操作平台位于密封的实验箱内，操作平台由支座架、导向槽、支座、螺栓柱、夹具、压头、加温加湿器和温湿度传感器所组成，支座架内设有导向槽，支座的下端通过螺栓柱固定在导向槽内，支座的上端设有夹具，夹具上固定实验材料，支座一侧的实验箱内设有温湿度传感器，加温加湿器位于实验箱内下端； 施压调节装置，施压调节装置位于实验箱上端的封罩内，由支架、连接杆、位移传感器、螺栓、传力杆、应力传感器、铰链、加载杠杆、砝码杆和砝码所组成，连接杆的一端固接在支架的上端，连接杆的另一端设有位移传感器，位移传感器套设在传力杆的上端上，传力杆与过杆孔周边的密封盖上端之间设有应力传感器，传力杆的下端穿过密封盖上的过杆孔与压头的上端连接，压头的下端顶持在实验材料的上端面上，加载杠杆的一端通过铰链与支架的中部连接,加载杠杆的中部通过螺栓固设在同水平面的传力杆的上，加载杠杆的另一端的外周壁上标有重量刻度线，砝码杆的下端套设在标有重量刻度线段的加载杠杆的上端，砝码杆上套设有砝码。
6.按权利要求5所述的装置，其特征在于:所述的温湿度传感器、应力传感器和位移传感器分别通过数据线与计算机连接。
7.按权利要求5所述的装置，其特征在于:所述的加温加湿器为自动加温加湿器，或为由计算机控制的自动加温加湿器。
8.按权利要求5所述的装置，其特征在于:所述的实验箱的前侧面为透明材料制成的观察面。
9.按权利要求5所述的装置，其特征在于:所述的砝码杆的下端为Y形滑槽架，一侧的Y形滑槽架上设有固定卡栓。
10.按权利要 求5所述的装置，其特征在于:所述的传力杆中心线与实验材料的水平线的夹角为90°。
【文档编号】G01N3/20GK103808572SQ201410050206
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月13日 优先权日:2014年2月13日
【发明者】吕文华, 刘杏娥, 刘君良, 柴宇博, 郑雅娴 申请人:中国林业科学研究院木材工业研究所