三点弯曲夹具的制作方法

本发明涉及实验力学领域，具体地说，是一种可以实现不同尺寸试件快速精确对中的三点弯曲夹具的设计方案，特别是一种三点弯曲夹具。

背景技术：

三点弯曲测试是一种实施起来相对简单、方便，应用广泛的力学测试方法，可用于测试包括金属、高分子、陶瓷、半导体等固体材料的棒材、管材、焊缝等构件的抗弯强度、平面应变断裂韧性等多种力学性能指标。在具体实施三点弯曲测试时，一个重要的影响因素是系统的对中性。这其中主要包括上压头与下支撑机构间的前后/左右对中，以及试件与整套夹具间的前后/左右对中。测试系统对中性的好坏，直接决定了三点弯曲测试数据的精度和测试结果的许用性，对整个测试过程的影响至关重要。

通过专利检索及分析网检索专利发现，目前仅有两个与三点弯曲夹具相关的中国专利。其一是公开号为cn200920300175.9的中国实用新型专利，公开日为2010年6月2日，专利的发明名称为：用于预制疲劳裂纹的弯曲夹具。该专利是通过在加力头上设置相对于两个支撑辊的对称面对称设置的第一施力点和第二施力点，从而达到有效延长夹具压头使用寿命，缩短安装时间，保证疲劳预制裂纹效果的目的。其二是公开号为cn201120475743.6的中国实用新型专利，公开日为2012年8月1日，专利的发明名称为：一种用于预制裂纹和断裂韧性测试的三点弯曲夹具。该专利是通过在支撑机构底座上设置一对间距可调节的支撑滑块来适用于不同尺寸的试件的测试工作。另外，由于该夹具中的关键部件均采用可拆卸的安装方式，使得其更换和维修变得简洁、方便。以上两个专利中所设计的夹具，都仅仅是在传统三点弯曲夹具上做了细微的改动，无法解决真正困扰实验者的一个重要问题——如何快速、准确地实现夹具自身以及试件与夹具间的对中问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提出了一种快速、准确地实现夹具自身以及试件与夹具间对中的三点弯曲夹具。

为解决上述技术问题，本发明提供一种三点弯曲夹具，包括：底座，在所述底座上设有固定凹槽，在所述底座上设有底座对中标记；支座，所述支座设置在所述底座上，在所述支座上设有检验机构；对中板，所述对中板的下部设置在所述固定凹槽内，在所述对中板上设有对齐中缝；上压头，所述上压头设置在所述支座的上方，所述上压头与所述对中板上部的内表面贴合，在所述上压头上设有底座上压头标记。

优选地，所述支座的数量为两个，两个所述支座间隔设置在所述固定凹槽的两侧。

优选地，所述检验机构包括：限位槽，所述限位槽设置在两个所述支座的顶端；对中尺，所述对中尺设置在所述限位槽内。

优选地，在所述底座上设有快速夹钳锁紧器。

优选地，在所述底座上设有底座夹持柄。

优选地，在所述上压头上设有上压头夹持柄。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明的夹具通过在夹具正面设置开中心槽的对中板，可以快速准确地实现上压头与下支撑机构间的前后/左右对中、试件与夹具间的左右对中；

2.本发明的夹具通过在下支撑机构的两个支座和试件底部开中心浅槽，并在其中布置对中尺的方式，可以快速准确地实现试件与夹具的前后对中；

3.本发明中的夹具上的对中板均为可拆卸的安装结构，在实现对中功能后可以迅速拆卸掉，直接进入试件的测试阶段，在有效提高试件对中的效率和精度的同时，又可以大大缩减试件对中耗时在整个测试时间中的占比。

4.本发明中的夹具设计简单，操作方便，实用性很高，有巨大的推广价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。

图1为本发明三点弯曲夹具正视图；

图2为本发明三点弯曲夹具侧视图。

图中：

1-对中板2-对中尺3-快速夹钳锁紧器

4-固定凹槽5-上压头对中标记6-试样对中标记

7-底座对中标记8-上压头9-底座

10-支座11-试件12-上压头夹持柄

13-底座夹持柄14-对齐中缝15-限位槽

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例一

如图1～图2所示，使用本发明提供的一种三点弯曲夹具进行7050-t6航空用高强铝合金平面应变断裂韧性kic值三点弯曲测试包括如下步骤：

(a)将底座9装夹于电液伺服疲劳试验机的液压下夹头上。

(b)将夹具多方向对中板1放入下支撑机构的底座9正面中心位置的固定凹槽4中，并夹紧快速夹钳锁紧器3。

(c)将上压头8与对中板1的内表面贴合，以实现上压头8和底座9的左右/前后方向对中，然后锁紧疲劳实验机上夹头，以完成上压头8的装夹。

(d)在试件11开口尖锐端外表面做好对中标记，将cod规卡在试件11开口处，并将试件11放置在下支撑机构的支座10上，使上压头对中标记5、试样对中标记6和底座对中标记7同时从夹具多方向对中板1的对齐中缝14内显示出来，即表明底座7、试样11以及压头8在左右方向上已经完成对中。

(e)将试样11下表面前后对中限位凹槽4和下支撑机构的支座10顶端的前后对中限位槽15基本对齐，然后分别从左右两侧插入试件11前后对中尺2，在左右方向上反复推拉对中尺2，确保两侧的对中尺2在限位槽15中的左右移动平滑、顺畅，则表明试样与夹具间的前后方向对中已经完成。在此过程中同时注意检查和调整试件11的左右对中情况。试样11在左右和前后方向的对中均调整好后，抽出试件11前后对中尺2，松开锁紧器3，取下对中板1，准备开始实验。

(f)调用疲劳裂纹预制程序，根据astme399《金属材料线弹性平面应变断裂韧性标准测试方法》的要求,在频率10hz，峰值力4.19kn，幅值力1.89kn的条件下进行疲劳裂纹的预制。

(g)调用kic测试程序，根据astme399《金属材料线弹性平面应变断裂韧性标准测试方法》的要求，在力值增速为0.2kn/s的条件下压断试件。

(h)根据astme399《金属材料线弹性平面应变断裂韧性标准测试方法》的要求，在低倍光学显微镜下分别量取1/4厚度裂纹长度为a2＝13.95mm，1/2厚度裂纹长度为a3＝14.1mm,3/4厚度裂纹长度为a4＝13.9mm，计算得到平均裂纹长度为a＝13.98mm,并判定该预制疲劳裂纹有效。

(i)根据astme399《金属材料线弹性平面应变断裂韧性标准测试方法》的要求，绘制力-位移曲线，确定pq值为11.3kn，pmax值为11.9kn，并判定该pq值有效。

(j)根据astme399《金属材料线弹性平面应变断裂韧性标准测试方法》的要求计算kq值为32.8mpam^1/2,并判定其为有效kic值。

实施例二

如图1～图2所示，使用本发明提供的一种三点弯曲夹具通过三点弯曲测试测定7075-t651航空用高强铝合金的平面应变断裂韧性kic值。

7075-t651航空用高强铝合金平面应变断裂韧性kic值三点弯曲测试包括如下步骤：

(a)将底座9装夹于电液伺服疲劳试验机的液压下夹头上。

(b)将夹具多方向对中板1放入下支撑机构的底座9正面中心位置的固定凹槽4中，并夹紧快速夹钳锁紧器3。

(c)将上压头8与对中板1的内表面贴合，以实现上压头8和底座9的左右/前后方向对中，然后锁紧疲劳实验机上夹头，以完成上压头8的装夹。

(d)在试件11开口尖锐端外表面做好对中标记，将cod规卡在试件11开口处，并将试件11放置在下支撑机构的支座10上，使上压头对中标记5、试样对中标记6和底座对中标记7同时从夹具多方向对中板1的对齐中缝14内显示出来，即表明底座7、试样11以及压头8在左右方向上已经完成对中。

(e)将试样11下表面前后对中限位凹槽4和下支撑机构的支座10顶端的前后对中限位槽15基本对齐，然后分别从左右两侧插入试件11前后对中尺2，在左右方向上反复推拉对中尺2，确保两侧的对中尺2在限位槽15中的左右移动平滑、顺畅，则表明试样与夹具间的前后方向对中已经完成。在此过程中同时注意检查和调整试件11的左右对中情况。试样11在左右和前后方向的对中均调整好后，抽出试件11前后对中尺2，松开锁紧器3，取下对中板1，准备开始实验。

(f)调用疲劳裂纹预制程序，根据astme399《金属材料线弹性平面应变断裂韧性标准测试方法》的要求,在频率10hz，峰值力4.27kn，幅值力1.92kn的条件下进行疲劳裂纹的预制。

(g)调用kic测试程序，根据astme399《金属材料线弹性平面应变断裂韧性标准测试方法》的要求，在力值增速为0.2kn/s的条件下压断试件

(h)根据astme399《金属材料线弹性平面应变断裂韧性标准测试方法》的要求，在低倍光学显微镜下分别量取1/4厚度裂纹长度为a2＝13.79mm，1/2厚度裂纹长度为a3＝14.0mm,3/4厚度裂纹长度为a4＝13.85mm，计算得到平均裂纹长度为a＝13.88mm,并判定该预制疲劳裂纹有效。

(i)根据astme399《金属材料线弹性平面应变断裂韧性标准测试方法》的要求，绘制力-位移曲线，确定pq值为10.5kn，pmax值为11.01kn，并判定该pq值有效。

(j)根据astme399《金属材料线弹性平面应变断裂韧性标准测试方法》的要求计算kq值为30.2mpam^1/2,并判定其为有效kic值。

实施例三

如图1～图2所示，使用本发明提供的一种三点弯曲夹具通过三点弯曲测试测定2024-t4航空用高抗疲劳铝合金的平面应变断裂韧性kic值。

2024-t4航空用高抗疲劳铝合金平面应变断裂韧性kic值三点弯曲测试包括如下步骤：

(a)将底座9装夹于电液伺服疲劳试验机的液压下夹头上。

(b)将夹具多方向对中板1放入下支撑机构的底座9正面中心位置的固定凹槽4中，并夹紧快速夹钳锁紧器3。

(c)将上压头8与对中板1的内表面贴合，以实现上压头8和底座9的左右/前后方向对中，然后锁紧疲劳实验机上夹头，以完成上压头8的装夹。

(d)在试件11开口尖锐端外表面做好对中标记，将cod规卡在试件11开口处，并将试件11放置在下支撑机构的支座10上，使上压头对中标记5、试样对中标记6和底座对中标记7同时从夹具多方向对中板1的对齐中缝14内显示出来，即表明底座7、试样11以及压头8在左右方向上已经完成对中。

(e)将试样11下表面前后对中限位凹槽4和下支撑机构的支座10顶端的前后对中限位槽15基本对齐，然后分别从左右两侧插入试件11前后对中尺2，在左右方向上反复推拉对中尺2，确保两侧的对中尺2在限位槽15中的左右移动平滑、顺畅，则表明试样与夹具间的前后方向对中已经完成。在此过程中同时注意检查和调整试件11的左右对中情况。试样11在左右和前后方向的对中均调整好后，抽出试件11前后对中尺2，松开锁紧器3，取下对中板1，准备开始实验。

(f)调用疲劳裂纹预制程序，根据astme399《金属材料线弹性平面应变断裂韧性标准测试方法》的要求,在频率10hz，峰值力4.21kn，幅值力1.89kn的条件下进行疲劳裂纹的预制。

(g)调用kic测试程序，根据astme399《金属材料线弹性平面应变断裂韧性标准测试方法》的要求，在力值增速为0.2kn/s的条件下压断试件

(h)根据astme399《金属材料线弹性平面应变断裂韧性标准测试方法》的要求，在低倍光学显微镜下分别量取1/4厚度裂纹长度为a2＝14.1mm，1/2厚度裂纹长度为a3＝14.25mm,3/4厚度裂纹长度为a4＝14.15mm，计算得到平均裂纹长度为a＝14.17mm,并判定该预制疲劳裂纹有效。

(i)根据astme399《金属材料线弹性平面应变断裂韧性标准测试方法》的要求，绘制力-位移曲线，确定pq值为12.3kn，pmax值为13.0kn，并判定该pq值有效。

(j)根据astme399《金属材料线弹性平面应变断裂韧性标准测试方法》的要求计算kq值为36.3mpam^1/2,并判定其为有效kic值。

综上所述，本发明的快速精确对中的三点弯曲夹具拆装简单、易于操作、效率高，可实现平面应变断裂韧性kic值三点弯曲测试过程中试件与夹具及夹具不同组件间的左右/前后方向快速精确对中。本发明通过设计开中心槽的对中板，实现了上压头与下支撑机构的前后/左右快速精确对中，以及试件与夹具间的左右快速精确对中。通过在试件和下支撑机构支座顶部分别开设对中限位槽，并设计对中尺实现了试件与夹具间前后方向的快速精确对中。设计了可移动的下支撑机构支座，适用于不同尺寸的三点弯曲试件。平面应变断裂韧性kic值三点弯曲测试，预制裂纹高度对称的圆弧状形貌表明本发明所设计的夹具可以精确保证试件的对中性。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。