专利名称：一种杆式冲击断裂破碎性能测定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种杆式冲击断裂破碎性能测定装置，它属于材料动态力学性能的测定装置，该装置带有长度为300-3000毫米的冲击杆，并在机座上装有可移动的光缝同步机构。
迄今为止，用于材料断裂韧性冲击试验的摆锤试验机(charpy试验机)如图5示，将摆锤(1)抬起至一定高度后自由下落，冲击试件(2)，通过附贴在摆锤(1)锤头上的传感器测定荷载，若要对试件施力点的位移进行测定时，则需另增加一套位移传感装置。
该试验机的缺点是(1)由于摆锤属于短杆冲击，当测试荷载的应变片附贴在锤头上时，由于反射应力波的多次叠加，使所测波形(如图6示)受到很大干扰而失真;(2)必须配备位移测试装置，才能完成J积分值的测定，(3)此外，摆锤试验机不具备动态断裂试件切口张开位移测试功能。
本发明的目的在于克服已有技术中的上述缺点，设计一种既能做断裂试验，又能做岩石破裂的动态加载试验的断裂破碎性能测定装置。
本发明的目的可以通过如下措施来实现1.本发明改传统的短杆冲击为长杆冲击，冲击杆的一端为扁平形，另一端为圆形，前者用于做三点弯曲动态加载的断裂力学试验，后者用于做岩石破裂过程的动态加载试验。冲击杆截面为圆形，直径为15-50毫米，长度为300-3000毫米，自由落程在1.3米以内，冲击末速度0-5米/秒可调，故可控制冲击试件的荷载幅值使之足够大，冲击能量大于103J。
本发明采用长杆冲击，使荷载测定消除了反射应力波干扰而测得真实波形(如图7示)，并在进行J积分测定时，可免去施力点位移值的测量，直接由下述公式计算出位移值U(t)＝V0t- 1/(m) ∫toP(t)dt式中U(t)为随时间变化的位移，V0为冲击杆冲击试件时的末速度，V0可由杆落高直接得出，P(t)为随时间变化的荷载，m为杆的波阻值。
2.本发明所述装置，附加一套光缝同步机构，用于含有予裂纹的断裂试件切口张开位移的测定，光缝同步机构包括侧板开有狭缝的“凹”形槽和“凹”形槽连为一体的圆柱以及套在圆柱上的支撑弹簧。光缝同步机构的圆柱插在机座的圆孔内，将试件放在光缝同步机构的“凹”形槽内，当试件受到冲击杆施加的冲击力产生弯曲挠度时，光缝同步机构在试件的压迫下克服弹簧的微小支撑力，与试件同步同向运动，随着荷载的增加，切口张开位移增加，由光缝同过切口的光通量增加，引起光电池照光面积增加，由于光电池所产生的光电流与光照面积成正比，从而将光信号的切口张开位移转为电信号的切口张开位移，其随时间变化的曲线可由瞬态波形记录设备记录下来。
图1为杆式冲击断裂破碎性能测定装置结构示意图。
图2为光缝同步机构结构示意图。
图3为光缝同步机构工作原理示意图。
图4为切口张开位移变化示意图。
图5为摆锤试验机结构示意图。
图6为摆锤试验机测定的荷载曲线。
图7为长杆冲击断裂破碎性能测定装置测定的荷载曲线。
图1至图4中1-冲击杆2-轴承3-滑轮组4-螺母5-轴6-轴承座7-上支撑板8-滑杆9-滑轮组10-夹套11-轴12-光缝同步机构12A-“凹”形槽12B-圆柱13-试样支撑轴14-滑块15-弹簧16-底座17-圆孔18-光源19-试件20-光电池结合附图叙述本发明的内容如图1示，冲击杆(1)截面为圆形，直径为15-50毫米，长度为300-3000毫米，它一头为扁平形，另一头为圆形，冲击杆由滑轮组(3)和滑轮(9)限位沿两平行滑杆(8)上下运动，平行滑杆(8)截面为圆形，在其下端开有圆孔(17)用于安装光电位移传感器附件。滑杆(8)由螺母(4)固定在上支撑板(7)与底座(16)之间，滑轮组(3)和(9)分别安装在轴(5)和轴(11)上，并分别绕轴(5)和(11)旋转。轴(5)由轴承座(6)固定在上支撑板(7)上，轴(11)由夹套(10)固定在冲击杆(1)的下端。如图2示，光缝同步机构包括由两块侧板和一块底板构成的“凹”形槽(12A)以及和“凹”形槽底板相连的圆柱(12B)，圆柱(12B)插在底座(16)的圆孔中，并可在圆孔中上下移动，弹簧(15)套在圆柱(12B)上，起支撑“凹”形槽(12A)的作用，“凹”形槽(12A)两侧板中间开有长5-20毫米，宽0.3-0.7毫米的狭缝。试件支撑轴(13)平放在滑块(14)上，滑块(14)可在底座(16)上左右滑动。
本发明所述装置，可以进行断裂试件荷载测定，J积分测定，圆柱试件的荷载-位移曲线测定以及断裂试件的切口张开位移测定。
结合附图叙述利用本发明所述装置进行上述材料力学性能测定的实施例1.荷载测定如图1和图2示，将光缝同步机构(12)移去，将试件(19)放在试件支撑轴(13)上，移动滑块(14)，使试件支撑轴(13)和滑块(14)在试件(19)两端的合适位置，冲击杆(1)由一定高度自由下落冲击试件(19)直至其断裂，通过附贴在冲击杆端的应变片组成的荷载传感器，将施加在试件上的荷载变成电信号，经放大后由波形记录设备记录保存，所测波形如图7示。
2.J积分的测定J积分值是指对试件加载，其荷载一挠度(P-Δ)曲线下的积分值和试件的几何参数值的乘积。在前述测定荷载的基础上，由下式直接得出试件产生的位移U(t)＝V0t- 1/(m) ∫toP(t)dt式中各项意义前面已叙述。得出试件位移值后，再算出荷载位移曲线的积分值并乘以试件的几何参数，即为J积分。
3.圆柱试件的荷载-位移曲线及冲击能量的测定将实施例1中的试件(19)换为圆柱形试件，用冲击杆(1)的圆形端头冲击试件，其余过程和实施例1、2相同，便可容易地测得试件的荷载-位移曲线，并通过积分算出破碎能。
4.断裂试件的切口张开位移值的测定在机座(16)上装好光缝同步机构(12)，如图2或图3示，将含有予裂纹的长方形试件(19)放在光缝同步机构(12)的“凹”形槽内，移动滑块(14)，使试件支撑轴(13)在试件(19)两端的合适位置，用冲击杆(1)的扁平端冲击试件(19)，由于施力点产生位移△(如图4示)，使切口张开，产生张开位移，此时，当试件(19)受冲击产生弯曲挠度时，光缝同步机构(12)在试件(19)的压迫下，克服弹簧(15)的微小支撑力(弹簧(15)对试件(19)的阻力可忽略不计)，与试件(19)同步运动，随着荷载的增加，切口张开位移增加，光源(18)的光信号经光缝同步机构(12)上的光缝及试件(19)的裂纹使张开位移的增量变成光信号照在光电池(20)上，由于光电池(20)所产生的光电流与光照面积成正比，因此，光电池(20)又将光信号送入波形记录设备保存，作为计算断裂韧性COD裂纹张开位移的重要依据。
和现有技术相比，本发明的优点是1.由于采用长杆冲击，消除了短杆冲击时产生的反射波叠加，所测波形无任何振荡波影响，荷载波形理想、完整。
2.测定方法简单，操作简便，只需要测定荷载，就能同时测得施力点的位移曲线，为J积分测试提供了简单可行的测试手段。
3.解决了现有摆锤试验机上不能进行三点弯曲断裂试件切口张开位移测试的困难。
4.做到了一机多用，既可以做断裂试验，又可以做岩石破裂的动态加载试验。
权利要求
1.一种杆式冲击断裂破碎性能测定装置，由机座(16)，上支撑板(7)，立在机座(16)和上支撑板(7)之间的两条平行立柱(8)组成，其特征在于a.截面为圆形的冲击杆(1)在两立柱(8)之间，由滑轮组(3)和(9)限位作上下运动；b.滑轮组(3)装在轴承(2)上，以轴承座(6)固定在上支撑板(7)的上方；c.滑轮组(9)装在轴(11)上，通过夹套(10)固定在冲击杆(1)的下部；d.光缝同步机构(12)的“凹”形槽(12A)两侧侧板上开有狭缝；e.光缝同步机构(12)下部的圆柱(12B)插在底座(16)的圆孔内；f.支撑弹簧(15)套在圆柱(12B)上，一端和“凹”形槽(12A)的底板接触，另一端和机座(16)的上表面接触，光缝同步机构(12)由弹簧(15)支撑，与试件(19)的挠度同步同向在底座(16)的圆孔内上下运动；g.试件支撑轴(13)平放在滑块(14)上，滑动(14)和底座(16)接触，并在底座(16)上滑动。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于所述的冲击杆(1)直径为15-50毫米，长度为300-3000毫米。
3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于所述的冲击杆(1)一端为扁平形，另一端为圆形。
4.根据权利要求1的装置，其特征在于所述的光缝同步机构(12)的凹形槽(12A)之侧板中间开有宽0.3-0.7毫米，长5-20毫米的狭缝。
全文摘要
一种杆式冲击断裂破碎性能测定装置，采用长杆冲击，消除了短杆冲击试验机在荷载测定时反射应力波叠加对测试的影响，能够测出真实的荷载波形，并可根据长杆条件下存在的施力点位移与荷载的关系来测定J积分。该装置还附带有光缝同步机构，可对断裂试件的切口张开位移进行测定，该装置既能做断裂试验，又能做岩石破裂的动态加载试验，其结构简单，测试精确度高，操作简便，是一种多功能的材料动态力学性能的测定装置。
文档编号G01N3/30GK1032396SQ88105010
公开日1989年4月12日 申请日期1988年1月23日 优先权日1988年1月23日
发明者唐春安, 徐小荷, 黄士芳, 宋守志, 王连孝 申请人:东北工学院