圆盘样品沿径向劈裂，然后即可利用公 知的计算公式计算得到测试材料的抗拉强度。
[0032] 图2显示了本发明测试方法的基本原理。如图2所示，本发明在压力测试机上、下 压板上对称设置有一对可沿导向杆4相对运动的带有V型凹槽的测试夹具：上测试夹具1 和下测试夹具2 ;所述V型凹槽包括位于凹槽底部的圆弧部以及沿圆弧部两端切线方向延 长的延长部。如图2所示，所述圆弧部为一段圆弧，其直径与圆盘状待测材料样品3的直径 相同，圆弧的角度范围为20°~40°的，优选的圆弧角度为30° ;V型凹槽的开口宽度最好 等于或大于圆盘状待测材料样品的直径；所述V型凹槽的侧厚等于或大于圆盘状待测材料 样品的厚度。测试夹具可使用金属或非金属陶瓷等合适材料。
[0033] 在进行测试时，将圆盘状待测材料样品3按照图2的方式放置，然后通过上测试夹 具1和下测试夹具2对圆盘状待测材料样品3的径向施加压力载荷，当载荷达到一定程度 时，圆盘状待测材料样品3会沿直径方向劈裂，读出此时的压力载荷值，并根据公式（1)计 算出待测材料的抗拉强度。其中圆盘状待测材料样品3的厚度/直径比范围优选为0. 2~ 1〇
[0034] 为了验证本发明的效果，分别采用现有岩石拉伸测试所使用的平板夹具以及本发 明的夹具对相同的石墨材料圆盘样品进行劈裂测试，同时利用有限元方法分析载荷施加过 程中圆盘样品内部的应力分布情况，实验结果如图3所示，图中曲线为等应力曲线，应力分 析图中正值为拉伸强度，负值为压缩强度，单位为MPa，因应力分布上、下、左、右分别对称， 取1/4试样应力图进行分析，左侧为采用岩石拉伸测试所使用夹具应力图，右侧为使用本 发明装置的测试应力图。从左侧图可以看出采用岩石拉伸测试所使用的平板夹具，力值加 载过程中，当达到石墨拉伸强度时（见中心位置28. 5MPa)，石墨材料与夹具接触点位置，压 应力很大，远超过石墨材料的压缩强度（见顶端接触点位置-154MPa)。因此采用岩石拉 伸测试所使用的平板夹具，石墨与夹具接触点处会因压应力首先失效，从而无法获取石墨 的拉伸强度。从右侧图可以看出，采用本发明的夹具，力值加载过程中，当达到石墨拉伸强 度时候（见中心位置28. 9MPa)，显著减少了石墨与接触点处的压应力（见顶端接触点位 置-93MPa)，从而使石墨不会因接触点压应力首先失效，而可获取石墨的拉伸强度。
[0035] 为了进一步的验证本发明效果，分别利用本发明方法对几种不同的石墨材料进行 抗拉强度测试，并与采用现有直接拉伸法获得的抗拉强度进行比较。具体如下：
[0036] 实验1、挤压成型石墨抗拉强度测试，待测材料的最大颗粒为10mm，加工成的圆 盘样品尺寸为D100mm*50mm，测试夹具的V型凹槽底部圆弧半径为50mm，底部圆弧角度为 30°，夹具厚度为50mm，V型凹槽开口宽度为100mm。
[0037] 实验2、等静压成型石墨抗拉强度测试，待测材料的最大颗粒为0. 025mm，加工成 的圆盘样品尺寸为D10mm*5mm，测试夹具的V型凹槽底部圆弧半径为5_，底部圆弧角度为 30°，夹具厚度为5mm，V型凹槽开口宽度为IOmm0
[0038] 实验3、振动成型石墨抗拉强度测试，待测材料的最大颗粒为1. 6_，加工成的圆 盘样品尺寸为D20mm*10mm，测试夹具的V型凹槽底部圆弧半径为10mm，底部圆弧角度为 30°，夹具厚度为10mm，V型凹槽开口宽度为20mm〇
[0039] 三组实验所得到的抗拉强度结果如表1所示。
[0040] 表1本发明方法与直接拉伸法所测得的抗拉强度对比
[0042] 根据表1的结果可以看出采用本发明方案得到的测试结果与直接拉伸法的测试 结果具有相当好的吻合度，且测试结果的一致性更优于直接拉伸法。
[0043] 本发明通过对测试夹具进行改进，克服了由于圆盘样品受力点处先于样品中心处 失效所导致的样品不能沿直径方向劈裂的问题，使得巴西圆盘劈裂法可用于抗压强度与抗 拉强度的比值小于5的材料的拉伸测试。该方法实现简单，测试结果准确。相比传统的直接 拉伸法，具有样品体积小，测试系统简单的优点（可利用现有岩石抗拉强度测试装置配以 相应的测试夹具），并可用于拉伸强度高温测试。本发明尤其适用于人造石墨材料、天然石 墨材料、炭块、多孔石墨材料等，抗压强度/抗拉强度较小材料的拉伸测试；所述人造石墨 材料包括等静压石墨、振动成型石墨、挤压成型石墨、模压成型石墨等。本发明所需样品体 积足以放入中子辐照仓中，因此对于辐照环境下石墨材料的拉伸强度测试具有重要意义。
【主权项】
1. 一种抗拉强度测试方法，用于测试抗压强度与抗拉强度的比值小于5的待测材料的 抗拉强度，其特征在于，使用巴西圆盘劈裂法测试所述待测材料的抗拉强度；在进行巴西圆 盘劈裂法测试时，利用一对带有V型凹槽的测试夹具对圆盘状待测材料样品的直径方向施 加压力载荷；所述V型凹槽包括位于凹槽底部的圆弧部以及沿圆弧部两端切线方向延长的 延长部；所述圆弧部为一段直径与圆盘状待测材料样品的直径相同，角度为20°~40°的 一段圆弧；所述V型凹槽的侧厚等于或大于圆盘状待测材料样品的厚度。2. 如权利要求1所述抗拉强度测试方法，其特征在于，所述圆弧部的角度为30°。3. 如权利要求1所述抗拉强度测试方法，其特征在于，所述待测材料为石墨材料。4. 如权利要求1所述抗拉强度测试方法，其特征在于，所述圆盘状待测材料样品的厚 度/直径比范围为0. 2~1。5. 如权利要求1所述述抗拉强度测试方法，其特征在于，所述V型凹槽的开口宽度等于 或大于圆盘状待测材料样品的直径。6. 如权利要求1所述抗拉强度测试方法，其特征在于，待测材料的抗拉强度〇 P按照以 下公式计算得到：式中，F为圆盘状待测材料样品劈裂时所加载的压力载荷，单位为牛顿；?为圆盘状待 测材料样品的直径，t为圆盘状待测材料样品的厚度。7. -种抗拉强度测试装置，用于通过对圆盘状待测材料样品的直径方向施加压力载 荷来测试抗压强度与抗拉强度的比值小于5的待测材料的抗拉强度，其特征在于，所述装 置包括压力测试机以及对称设置于压力测试机上、下压板上的一对带有V型凹槽的测试夹 具，所述V型凹槽包括位于凹槽底部的圆弧部以及沿圆弧部两端切线方向延长的延长部； 所述圆弧部为一段直径与圆盘状待测材料样品的直径相同，角度为20°~40°的一段圆 弧；所述V型凹槽的侧厚等于或大于圆盘状待测材料样品的厚度。8. 如权利要求7所述抗拉强度测试装置，其特征在于，所述圆弧部的角度为30°。9. 如权利要求7所述抗拉强度测试装置，其特征在于，所述待测材料为石墨材料。10. 如权利要求7所述抗拉强度测试装置，其特征在于，所述圆盘状待测材料样品的厚 度/直径比范围为0. 2~1。
【专利摘要】本发明公开了一种抗拉强度测试方法，用于测试抗压强度与抗拉强度的比值小于5的待测材料的抗拉强度，属于材料力学特性测试技术领域。本发明使用巴西圆盘劈裂法测试所述待测材料的抗拉强度；在进行巴西圆盘劈裂法测试时，利用一对带有V型凹槽的测试夹具对圆盘状待测材料样品的直径方向施加压力载荷；所述V型凹槽包括位于凹槽底部的圆弧部以及沿圆弧部两端切线方向延长的延长部；所述圆弧部为一段直径与圆盘状待测材料样品的直径相同，角度为20°～40°的一段圆弧；所述V型凹槽的侧厚等于或大于圆盘状待测材料样品的厚度。本发明还公开了一种抗拉强度测试装置。本发明具有对样品尺寸、形状要求低，测量简便，测量结果准确等优点。
【IPC分类】G01N3/08
【公开号】CN105043866
【申请号】CN201510306552
【发明人】张灿, 曾广礼, 夏汇浩, 贺周同, 蔡茂源
【申请人】中国科学院上海应用物理研究所
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月5日