一种带激光对中装置的三点弯曲试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属材料疲劳断裂试验用装置，具体涉及一种带激光对中装置的三点弯曲试验装置，应用在金属材料力学性能测试领域。
【背景技术】
[0002]疲劳断裂试验是金属材料测试领域较为高端的测试项目，目的是测试材料的韧性，即抵抗裂纹萌生和扩展的能力，其主要表征参数有KIC、CTOD、JIC、da/dn等。管线钢、桥梁钢、海洋平台用钢、重轨等钢铁产品在其标准中明确说明需要该类数据作为验收指标。因此疲劳断裂试验是开发高端结构用钢的重要影响因素。疲劳断裂试验的一个共同特点就是需要在标准试样上开一个缺口(模拟裂纹)，然后在载荷作用下测试裂纹尖端变化的参数。疲劳断裂试验的示意图如图1所示，先在试样5上开燕尾槽24，在燕尾槽24顶端设有裂纹尖端21，然后在试样5的顶面设上支辊22，在试样5的底面设2个下支辊23，上支辊22和2个下支辊23对试样5施力，进行疲劳断裂试验。
[0003]目前较为先进的测量裂纹长度的方法是柔度法，即在试样燕尾槽处卡上C0D规，用以测试燕尾槽处CM0D (裂纹嘴张开位移)的变化，从而用柔度公式反算裂纹前沿的扩展情况。该方法的好处是不用将试样破坏就可以实时监测裂纹的变化，因此这种方法是目前测试裂纹尖端扩展情况最为有效的方法。但这种方法对试样装夹的几何参数有着较高的要求:1、试样要求与上下支辊的长度方向绝对垂直，避免载荷偏移造成较大误差；2、试样裂纹尖端要求正好处于两下支辊连线的中心线上；3、上支辊与试样接触的位置处于裂纹扩展方向的延长线上(上支辊的施力点也处于两下支辊连线的中心线上)。这三个要求的目的是为了减少测量误差，使试验结果与理论计算的结果尽可能保持一致。如果试样装夹不能满足上述三个条件，则会影响试验系统的力对裂纹尖端的作用效果。因为部分试验是用柔度法来控制裂纹长度，然后将长度数据反馈给计算机进行试验控制，如果试样对中性差，多次裂纹长度的测量精度会造成误差累积效应，从而影响试验最终的结果，造成结果不准确。因此，试样和上下支辊的对中问题是三点弯曲断裂试验的关键影响因素。
[0004]目前，试样和上下支辊的对中问题仅停留在肉眼观察上，即用肉眼观察使试样满足上述三个要求。但是肉眼的观察精度较差，且不同的试验人员的观察也会存在一定的偏差，因此这种肉眼观察的对中方式对试验结果产生较为明显的影响，特别在疲劳试验中这种影响更为明显，严重影响试验结果准确性。因为疲劳试验的载荷频率高，试验周期长，多次加载偏差的叠加效应会在试验中不断放大。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种带激光对中装置的三点弯曲试验装置，该装置解决了现有试样和上下支辊的对中依靠肉眼观测而引起的对中精度差，不确定性高带来的误差问题，在提尚试验精度的同时提尚试验效率。
[0006]本发明利用低功率十字激光束的聚焦性和稳定性的特点，设计了一套带激光对中功能的三点弯曲试验装置，该装置发出的十字激光束可以帮助试验操作人员快速装夹试样，其对中性通过激光束的标定一目了然，大大提高了试验精度和装夹效率。
[0007]本发明所采用的技术方案是:
[0008]—种带激光对中装置的三点弯曲试验装置，包括下支撑梁、上压头、置于下支撑梁上的两个下支座、与上压头连接的激光对中器；两个下支座分别位于下支撑梁的中心线的两侧，且到中心线的距离相等；
[0009]所述下支撑梁的上部设有凹型滑槽，在下支撑梁的顶面和侧面的中心线上设有多个菱形和/或等腰三角形对中标记，所有菱形或等腰三角形对中标记的对称轴在同一条直线上；即保证菱形对中标记和等腰三角形对中标记中的尖端为下支撑梁沿长度方向的几何中心；
[0010]所述上压头的侧面的中心线上设有多个菱形和/或等腰三角形对中标记，所有菱形或等腰三角形对中标记的对称轴在同一条直线上；
[0011]所述下支座包括拉紧弹簧、分别设有挂耳的底座和下支辊，所述底座的侧边设有挡板，该挡板的高度小于下支辊的直径；所述拉紧弹簧分别与底座和下支辊上的挂耳连接；底座通过拧紧螺栓和底座下的滑块连接，滑块能在下支撑梁上的凹型滑槽内滑动；
[0012]所述激光对中器包括可以射出完全垂直的十字光束的十字线激光器、与十字线激光器连接的旋转臂、与上压头连接的伸出臂，所述旋转臂通过旋转轴与伸出臂连接，该旋转臂能围绕旋转轴旋转；通过转动旋转臂可以调节十字线激光器射出的激光束的角度。
[0013]更进一步的方案是，所述底座和挡板为一个整体。
[0014]更进一步的方案是，所述伸出臂与上压头的连接点位于上压头的侧面的中心线上，即连接点位于上压头上的等腰三角形对中标记或菱形对中标记的对称轴上，且该对称轴将上压头的侧面完全平分。
[0015]更进一步的方案是，所述上压头的下部为圆弧块。
[0016]将下支撑梁、上压头与通用的疲劳断裂试验的机架连接，然后将两个下支座置于下支撑梁上，使两个下支座位于下支撑梁的中心线的两侧，并使两个下支座到中心线的距离相等；打开十字线激光器，通过旋转臂调节激光束的射出角度，并调节十字激光束的旋转角度，使垂直激光束正好与上压头的等腰三角对中标记、菱形对中标记的对称轴重合，垂直激光束还要与下支撑梁上的菱形对中标记、等腰三角形对中标记的对称轴完全重合，此时上压头和下支撑梁完全对中；水平激光束射在下支座的下支棍上，此时只需将试样的侧面的下边沿与光束重合，即能保证试样与下支棍垂直；再将试样左右调节使垂直激光束通过试样的裂纹尖端，保证试样也处于试验系统的中心。完成上面的操作后，能保证疲劳断裂试验的试样装夹要求。
[0017]本发明的有益效果在于:
[0018]1、根据十字线激光器的光束进行对中，减少了人为主观因素对对中的影响，提高了对中精度；
[0019]2、对中精度的提高可以提高试验的测量精度，使试验结果更准确；
[0020]3、本发明可以提高试验效率，只需几秒就能完成试样的对中，使用非常方便；
[0021 ] 4、本发明结构简单，便于制作，且制作成本低。
【附图说明】
[0022]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0023]图1是现有疲劳断裂试验的示意图；
[0024]图2是本发明带激光对中装置的三点弯曲试验装置的整体结构示意图；
[0025]图3是下支撑梁的结构示意图；
[0026]图4是底座与滑块的连接结构示意图；
[0027]图5是下支座的结构示意图；
[0028]图6是上压头的结构示意图；
[0029]图7是激光对中器的结构示意图；
[0030]图8是上压头与激光对中器的连接结构示意图；
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