专利名称：一种间接拉伸疲劳测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及道路工程技术领域，尤其是涉及一种适用于道路工程 材料拉伸疲劳寿命测定的间接拉伸疲劳测试仪。
背景技术：
拉伸疲劳寿命是描述道路工程材料力学特性的重要参数，因而对道路 工程材料拉伸疲劳寿命的测定相当重要，对其相关参数测量的精确度要求 也越来越高。在道路工程中，水泥混凝土、沥青混凝土以及不同改性剂改 良的改良土(也称稳定土)的拉伸疲劳寿命一直是重要的设计参数。目前，
研究道路工程材料拉伸疲劳寿命的试验方法归纳起来主要有以下两种一 种是直接测定方法，如单轴拉伸疲劳试验；另一种是间接测定方法，包括
梁弯曲法、径向压裂法等。现有的间接测定方法，存在的问题是均没有考 虑道路工程材料非均匀各向异性的特点，即虽然所釆用的测定方法能较准 确的测量计算出道路工程材料的拉伸疲劳寿命，但是只能单纯地反映出所 施力处材料的拉伸疲劳寿命。由于实践中道路工程材料的非均匀性、各向 异性特点，因而不能完整准确地反映所检测工程材料的拉伸疲劳寿命。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提 供一种间接拉伸疲劳测试仪，其结构简单且使用操作方便，从环状试件内 壁对试件进行均匀施力，能完整准确反映所检测材料的拉伸疲劳寿命。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是 一种间接拉伸疲劳测 试仪，包括固定于底座2与上盖板3之间的用于放置环状被测试件1的环 状试件托盘7、位于环状被测试件1内侧的由橡胶膜11围成的弹性封闭腔体、与弹性封闭腔体连通且为环状被测试件l提供液压环境的液压伺服系
统17、实时对弹性封闭腔体内部液体压力与液压油缸18所用活塞19的位 移进行检测的压力传感器15与位移传感器20以及分别和两个传感器相接 的数据釆集与处理系统16 ，其中数据釆集与处理系统16与液压伺服系统17 相接，弹性封闭腔体下端通过液压管14与液压伺服系统17的液压油缸18 连通，上盖板3中心处对应弹性封闭腔体设置有一个圆锥形的活动盖板4， 底座2中心处设置有连通液压管14的开口 ，上盖板3外侧罩有一个将环 状被测试件1置于恒温状态的恒温箱23。
作为本实用新型的一种优选方案，所述环状被测试件1的上表面与上 盖板3之间存在间隙。
作为本实用新型的另一种优选方案，所述环状试件托盘7通过支撑柱 5和螺栓6固定安装在底座2与上盖板3之间。
作为本实用新型的又一种优选方案，所述环状试件托盘7中心处对应 弹性封闭腔体设置有环形橡胶塞一 9，橡胶膜11下端通过0型圈2固定在 环形橡胶塞一 9外侧。
作为本实用新型的进一步优选方案，所述环形橡胶塞一 9通过螺钉8 固定在环状试件托盘7上。
作为本实用新型的更进一步优选方案，所述底座2中心处的开口内侧、 环形橡胶塞一 9下方设置有环形橡胶塞二 10。
作为本实用新型的再进一步优选方案，所述恒温箱23设置在上盖板3 外侧、底座2上方。
作为本实用新型的再一种优选方案，所述压力传感器15、连接液压油 缸18的液压管14以及连接弹性封闭腔体的液压管14之间通过三向接头 13进行连接。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点，1、结构简单且加工制作 方便；2、使用操作间便且适用面广，适用于水泥混凝土、沥青混凝土、 改良土、重塑土等多种道路工程材料拉伸疲劳寿命的测定，其被测试件制成环状，实验时通过在环状试件内壁施加径向且均匀的动态内压力，而试
件同时在环向方向产生拉应力，其施加频率可以从0 IOHZ进行不断调整， 其所施力内腔的容积变化也可进行测定；当试件内壁压力作用到一定次数 后，试件发生疲劳破坏，之后对实验数据进行分析便可得到试件的间接拉 伸疲劳寿命；3、实验结果非常稳定，测试结果能完整准确反映所检测材料 的拉伸疲劳寿命，由于实验过程中，环状试件的每个断面的受力情况都相 同，因此在本测试中，从环状试件内壁对试件进行均勻施力，试件自动从 最薄弱的断面破坏，这使得道路工程材料的非均勻性得到了考虑，与其它 的实验方法相比具有明显的优越性。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本实用新型的结构示意图。 图2为环状被测试件的受力状态示意图。 图3为图2沿A-A面剖视的受力状态示意图 附图标记说明
2—底座； 5—支撑柱； 8—螺钉； ll一橡胶膜；
14—液压管； 17 —液压伺服系统； 20—位移传感器； 23—恒温箱。
1 —"H入假洲夙 4一活动盖板； 7—试件托盘； IO—环形橡胶塞二； 13—三向接头； 16 —数据釆集与处理系统; 19一活塞； 22 —顶板支架；
3—上盖板； 6 —螺栓；
9一环形橡胶塞一: 12—0型圈； 15—压力传感器； 18—液压油缸； 21—支撑杆；
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括固定于底座2与上盖板3之间的用于放置环状被测试件1的环状试件托盘7、位于环状被测试件1内侧的由橡胶 膜11围成的弹性封闭腔体、与弹性封闭腔体连通且为环状被测试件1提 供液压环境的液压伺服系统1 7 、实时对弹性封闭腔体内部液体压力与液压
油缸18所用活塞19的位移进行检测的压力传感器15与位移传感器20以 及分别和两个传感器相接的数据釆集与处理系统16。
其中，环状试件托盘7通过支撑柱5和螺栓6固定安装在底座2与上 盖板3之间。位于环状试件托盘7上方的环状被测试件1的上表面与上盖 板3之间存在间隙，上盖板3中心处对应弹性封闭腔体设置有一个圆锥形 的活动盖板4，实验过程中在受压状态下活动盖板4可向上移动，同时由 于其圆锥形结构虽向上移动但又不会脱离上盖板3。环状试件托盘7中心 处对应弹性封闭腔体设置有环形橡胶塞一 9,橡胶膜11下端通过O型圈2 固定在环形橡胶塞一 9外侧，而在底座2中心处的开口内侧、环形橡胶塞 一 9下方设置有环形橡胶塞二 10，环形橡胶塞一 9通过螺钉8固定在环状 试件托盘7上。上盖板3外侧罩有一个将环状被测试件1置于恒温状态的 恒温箱23,恒温箱23设置在上盖板3外侧、底座2上方。而数据釆集与 处理系统16与液压伺服系统17相接，数据釆集与处理系统16控制液压伺 服系统17动作，同时液压伺服系统17向数据釆集与处理系统16反馈其状 态信息。弹性封闭腔体下端通过液压管14与液压伺服系统17的液压油缸 18连通，底座2中心处设置有连通液压管14的开口。另外，压力传感器 15、连接液压油缸18的液压管14以及连接弹性封闭腔体的液压管14之 间通过三向接头13进行连接。而液压油缸18安装在由支撑杆21支撑固定 的顶板支架22下方。
本实用新型的工作过程是首先将环状被测试件1放置在位于底座2 与上盖板3之间的环状试件托盘7上，启动液压伺服系统17带动活塞19 在液压油缸18内上下运动，同时通过与液压油缸18连通的弹性封闭腔体 为环状被测试件1提供试验所需的液压环境，即在环状被测试件1内壁施 加径向且均匀的动态内压力，此时环状被测试件1在环向方向产生拉应力。根据弹性力学知识，在环状被测试件1的外表面自由而其内壁受均匀内压 作用时，其所受的径向正应力(Jr始终为压应力，环向正应力CTe始终为拉 应力，且拉应力ae的最大值发生在环状被测试件1的内壁上。又由于道 路工程材料的抗拉强度远小于其抗压强度，因此环状被测试件1的破坏只 可能首先出现在其内壁的拉伸破坏上，即环状被测试件1的内壁最早因拉 伸而被破坏。在试验过程中，实时通过压力传感器15与位移传感器20对 弹性封闭腔体内部液体压力与液压油缸18所用活塞19的位移进行检测， 通过压力传感器15与位移传感器20所釆集的压力信号与位移信号，能准 确反映出环状被测试件l在试验过程中所受的内压变化以及因施力所造成 的弹性封闭腔体内腔的容积变化情况。压力传感器15与位移传感器20同 时将所釆集到的信号传至数据釆集与处理系统16,数据釆集与处理系统16 对所采集的数据相应进行分析处理同时相应控制液压伺服系统17动作。 静荷载下，当环状被测试件1的内压足够大，而其内壁所受的拉应力
CTe达到材料的抗拉强度所能承受的拉应力(7t时，内壁就会出现裂紋，通
过此时即裂紋出现时所检测到的内压力p,就可以计算出环状被测试件1 的抗拉强度。之后，反复施加小于p的内压力Ph反复进行加卸载达到一 定次数后，其内壁将出现疲劳裂紋，此时试件被破坏，其加卸载次数即为
在内压力P!作用下环状被测试件1的拉伸疲劳寿命，施加频率可以从0~
10HZ进行不断调整。如此这样重复做多次试验并记录几种不同应力条件下 所检测到的环状被测试件1的拉伸疲劳寿命，利用一元回归分析并经过数 据处理即可计算出环状被测试件1的疲劳曲线方程lgN-lgk-nlgcj,其中N 为疲劳寿命，cj为应力水平，K、 n为实验系数。需注意的是，在整个实验 过程中设置在上盖板3外侧、底座2上方的恒温箱23将试验温度维持在 恒定温度上，实践中可以根据对不同工程材料的检测等需要将温度在 10°C-60°C之间相应进行选择调整。
当对材料为AC-13A沥青混凝土的环状被测试件1进行检测时，其 AC-13A沥青混凝土级配为规范中值，油石比为4%,密度2. 376g/cm 试件高度50mm，内壁直径100mm,外径220mm，保持试验温度25°C。试验过程 中，首先检测计算得出材料的抗拉强度所能承受的拉应力CTt=1.53MPa,即 此时所施加的内压力P。之后控制应力式加载，即施加荷载为P产O. lcjt, P尸O. 3ot, P3=0, 5cit， P4=0, 7cTt,其中cjt=l. 5 3Mpa,施加频率为lOHz。综上 通过上述四次试验，测得在四个不同应力P产O. lot， P2=0. 3(jt， P3=0.5cjt, P严O. 7at作用下对应的环状被测试件1的拉伸疲劳寿命，利用一元回归分 析并经过数据处理即可计算出环状被测试件1的疲劳曲线方程 lgN=lgk-nlgcj,实验系数〖=457. 5，n=2. 98，通过计算得出所检测环状被测 试件1的疲劳曲线方程的相关系数为0.9982。
综上，本实用新型的实验结果非常稳定，测试结果能完整准确反映所 检测材料的拉伸疲劳寿命，由于实验过程中，环状试件的每个断面的受力 情况都相同，从环状试件内壁对试件进行均勻施力，试件自动从最薄弱的 断面破坏，这使得道路工程材料的非均匀性得到了考虑，与其它的实验方 法相比具有明显的优越性。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限 制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更 以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
权利要求1.一种间接拉伸疲劳测试仪，其特征在于包括固定于底座(2)与上盖板(3)之间的用于放置环状被测试件(1)的环状试件托盘(7)、位于环状被测试件(1)内侧的由橡胶膜(11)围成的弹性封闭腔体、与弹性封闭腔体连通且为环状被测试件(1)提供液压环境的液压伺服系统(17)、实时对弹性封闭腔体内部液体压力与液压油缸(18)所用活塞(19)的位移进行检测的压力传感器(15)与位移传感器(20)以及分别和两个传感器相接的数据采集与处理系统(16)，其中数据采集与处理系统(16)与液压伺服系统(17)相接，弹性封闭腔体下端通过液压管(14)与液压伺服系统(17)的液压油缸(18)连通，上盖板(3)中心处对应弹性封闭腔体设置有一个圆锥形的活动盖板(4)，底座(2)中心处设置有连通液压管(14)的开口，上盖板(3)外侧罩有一个将环状被测试件(1)置于恒温状态的恒温箱(23)。
2. 按照权利要求1或2所述的 一 种间接拉伸疲劳测试仪，其特征在于 所述环状被测试件(1)的上表面与上盖板(3)之间存在间隙。
3. 按照权利要求1或2所述的 一 种间接拉伸疲劳测试仪，其特征在于 所述环状试件托盘(7)通过支撑柱(5)和螺栓(6)固定安装在底座(2) 与上盖板(3)之间。
4. 按照权利要求1或2所述的 一 种间接拉伸疲劳测试仪，其特征在于 所述环状试件托盘(7 )中心处对应弹性封闭腔体设置有环形橡胶塞一(9 ), 橡胶膜Ul)下端通过0型圈(2)固定在环形橡胶塞一 (9)外侧。
5. 按照权利要求4所述的一种间接拉伸疲劳测试仪，其特征在于所 述环形橡胶塞一 (9)通过螺钉(8)固定在环状试件托盘(7)上。
6. 按照权利要求1或2所述的 一 种间接拉伸疲劳测试仪，其特征在于 所述底座(2)中心处的开口内侧、环形橡胶塞一 (9)下方设置有环形橡 胶塞二 ( 10)。
7. 按照权利要求1或2所述的 一种间接拉伸疲劳测试仪，其特征在于所述恒温箱(23)设置在上盖板(3)外侧、底座(2)上方。
8.按照权利要求1或2所述的 一 种间接拉伸疲劳测试仪，其特征在于 所述压力传感器(l5 )、连接液压油缸(18 )的液压管(l4 )以及连接弹 性封闭腔体的液压管(14)之间通过三向接头(13)进行连接。
专利摘要本实用新型公开了一种间接拉伸疲劳测试仪，包括固定于底座与上盖板间的环状试件托盘、位于环状被测试件内侧的弹性封闭腔体、与弹性封闭腔体连通且为环状被测试件提供液压环境的液压伺服系统、实时对弹性封闭腔体内部液体压力与液压油缸所用活塞的位移进行检测的压力传感器与位移传感器以及分别和两个传感器相接的数据采集与处理系统，数据采集与处理系统与液压伺服系统相接，上盖板中心处设置有一个圆锥形的活动盖板，底座中心处设置有连通液压管的开口，上盖板外侧罩有一个将环状被测试件置于恒温状态的恒温箱。本实用新型结构简单且使用操作方便，从环状试件内壁对试件进行均匀施力，能完整准确反映所检测材料的拉伸疲劳寿命。
文档编号G01N33/42GK201159706SQ20082002856
公开日2008年12月3日 申请日期2008年3月13日 优先权日2008年3月13日
发明者李晓军, 樊怀仁, 王贵荣 申请人:西安科技大学