一种基于应力波理论无损判定变截面杆材料的试验装置的制作方法

本实用新型属于材料检测领域，具体涉及一种基于应力波理论无损判定变截面杆材料的试验装置。

背景技术：

杆件是工程中常用的结构之一，除了常见的直杆以外还有各种形式的杆件结构，如变截面杆，就适用范围而言，变截面杆的应用更广。通常情况下，变截面杆由同种材料组成，但少数杆件在材料组成上存在差异，需要进行材料类别的检测。非破损检验法相对于传统的抽样检验而言，有效地避免了试件的损坏，还具有高效，便捷的优点。然而，工程上对于变截面杆的材料检测，主要有两种方式：(1)在项目部对杆件进行传统的抽样检验；(2) 将杆件进行送检。这两种方法存在以下局限性：方法(1)破坏了试验杆件，而且检测结果的精确性较差，方法(2)检测的周期太长，效率低下。因此本实用新型利用应力波理论设计了一种无损判定变截面杆材料种类的试验装置。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提出一种基于应力波理论无损判定变截面杆材料的试验装置。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种基于应力波理论无损判定变截面杆材料的试验装置，包括检测平台，将待检测的试验杆件放置在检测平台的中间位置，包括设置在检测平台两端的应力波检测组件，所述的应力波检测组件分别与试验杆件两侧的端面相连，还包括设置在试验杆件一端的压力冲击组件和设置在另一端的位移测距组件。

作为本实用新型的进一步改进，所述的应力波检测组件包括贴附在试验杆件横截面端面的薄膜压力传感器和检波器，还包括用于显示薄膜压力传感器和检波器记录值的压力读数仪和示波器。

作为本实用新型的进一步改进，所述的压力冲击组件包括相互连接的滑杆和锤头，还包括与滑杆相连的脉冲电源，所述的滑杆在脉冲电源的作用下周期性的冲击试验杆件。

作为本实用新型的进一步改进，在所述的锤头作用于试验杆件的一端设置了缓冲垫，所述的缓冲垫与锤头相连，在所述的试验杆件的另一端还设置了缓冲器。

作为本实用新型的进一步改进，所述的位移测距组件包括固定在检测平台上的红外测距仪，还包括红外发射器和红外接收器，所述的红外发射器和红外接收器分别安装在所述的试验杆件和所述的红外测距仪上。

作为本实用新型的进一步改进，在所述的检测平台上对应于试验杆件的位置还设置了导轨，在所述的导轨设置了至少两个用于固定试验杆件的夹具，所述的夹具通过底端相连的滑块在导轨上滑动，所述的夹具根据所述的试验杆件的尺寸调节所述夹具的距离。

作为本实用新型的进一步改进，所述的滑块的两侧还设置了用于限定所述夹具位置的固定片。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型运用非破损检测技术来判别试件的材料种类，既保护了试验杆件，又简化了检验工作。

(2)本实用新型所使用的红外线测距、示波以及薄膜压力测量技术相对成熟，得出的结果精确可靠。

(3)本实用新型使用电磁加载装置，具有良好的加载稳定性，提高了试验效率，整套装置操作简单，运用灵活。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型安装在试验杆件的应力波检测组件的侧视图；

图3是本实用新型的导轨结构示意图；

图4是本实用新型的试验原理图；

其中：1-压力读数仪，2-示波器，3-滑杆，4-脉冲电源，5-锤头，6-缓冲垫，7-红外发射器，8-试验杆件，9-缓冲器，10-红外线接收器，11-红外测距仪，12-检测平台，13-导轨， 14-夹具，15-导线，16-薄膜压力传感器，17-检波器，18-固定片，19-滑块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面结合附图对本实用新型的应用原理作详细的描述。

如图1-3所示的用于检测变截面杆材料种类的试验装置，包括检测平台12，将待检测的试验杆件8放置在检测平台12的中间位置，同时在检测平台12两端设置了应力波检测组件，所述的应力波检测组件分别与试验杆件8两侧的端面相连，还包括设置在试验杆件 8一端的压力冲击组件和设置在另一端的位移测距组件。所述的试验杆件8在压力冲击组件的作用下，所述的应力波检测组件和位移测距组件获得检测值并根据检测值判别材料的类型。

由于所检测的试验杆件8的尺寸各不相同，为了适应不同尺寸的试验杆件8，在所述的检测平台12上对应于试验杆件8的位置还设置了导轨13，并通过设置在所述的导轨13 至少两个夹具14对试验杆件8进行固定。所述的夹具14通过底端相连的滑块19在导轨 13上滑动，根据所述的试验杆件8的尺寸调节所述夹具14的距离。所述的滑块19的两侧还设置了用于限定所述夹具14位置的固定片18，距离调节好了之后，通过滑块19两侧的固定片18固定位置。

之后采用压力冲击组件作用于试验杆件8，所述的压力冲击组件包括相互连接的滑杆 3和锤头5，还包括与滑杆3相连的脉冲电源4，所述的脉冲电源4采用的是电磁加载装置。所述的滑杆3在脉冲电源4的作用下周期性的冲击试验杆件8，使试验杆件8产生变形并且不断的传递应力波。为了避免锤头5直接作用于试验杆件8使其产生机械损伤，在所述的锤头5作用于试验杆件8的端面设有与锤头5相连的缓冲垫6，同时在所述试验杆件8 的另一端设置了缓冲器9。

本实用新型的实施例中，所述的应力波检测组件包括贴附在试验杆件8横截面端面的薄膜压力传感器16和检波器17，还包括用于显示薄膜压力传感器16和检波器17记录值的压力读数仪1和示波器2，所述的薄膜压力传感器16和检波器17通过导线15分别与所述的压力读数仪1和示波器2相连。

所述的位移测距组件包括固定在检测平台12上的红外测距仪11，还包括红外发射器 7和红外接收器10，所述的红外发射器7和红外接收器10分别安装在所述的试验杆件8 和所述的红外测距仪11上。本实用新型的一种实施例中，将所述的红外发射器7安装在试验杆件8靠近压力冲击组件的一端，将所述的红外接收器10安装在红外测距仪11上，安装时，需要将所述的红外发射器7和红外接收器10调节到与试验杆件8安装方向相平行的同一条直线上。

采用本实用新型所设计的装置判别变截面杆材料种类的原理如图4所示：红外线发射器7对准红外线接收器10，并通过红外线测距仪11测得红外发射器7与红外测距仪11的初始距离L1；再用压力冲击组件冲击试验杆件8左端，通过示波器2和压力读数仪1分别测得波在不同介质中传播的波速和应力幅值C1，C2，σI，σT，其中C1表示应力波在第一种介质中的波速，C2表示应力波在第二种介质中的波速，σI表示应力波射入第一种介质中的应力幅值，σT表示在两种介质的界面处透射波的应力幅值；接着通过红外线测距仪11测得冲击时红外发射器7与红外测距仪11的距离L2，并通过脉冲电源记录单次冲击的时间T；根据上述参数可求得杆左端质点的速度 再根据一维波动理论求得第一种介质的密度假设变截面杆的左右两种材料的截面积分别为A1，A2，根据波在两种不同介质间的边界效应可得到两个方程:A1(σI+σR)＝A2σT(假设σI和σT都为压缩应力)(①) 和VI-VR＝VT(②),通过①可求得 其中σR表示在两种介质的界面处反射波的应力幅值，VR和VT分别表示界面上反射波处的质点速度和透射波处的质点速度，②又可以改写为将①带入，就可求得第二种介质的密度最后根据两种材料的密度判别出两种材料的种类。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。