一种基于金属材料疲劳裂纹扩展原位测量装置

1.本实用新型涉及金属材料疲劳性能检测技术领域，特别涉及一种基于金属材料疲劳裂纹扩展原位测量装置。


背景技术：

2.材料疲劳寿命分为裂纹萌生阶段和裂纹扩展阶段，而研究裂纹扩展阶段的疲劳裂纹扩展速率，可以获取材料在交变载荷作用下的微小裂纹扩展规律，以便为实际应用该材料的零部件和机械结构提供检修和使用寿命的理论依据，进而保证零部件和机械结构的安全性和可靠性。目前，材料疲劳裂纹扩展速率的测量方式主要有两种，分为直接法和间接法。
3.直接法为：将长焦距显微镜对准材料裂纹萌生处，并通过人眼直接读取长焦距显微镜中的刻度，进而得到裂纹扩展长度值，再结合时间参数就可得到疲劳裂纹扩展速率。但是，在读数时，必须停止交变载荷的加载，从而形成“加载
‑
停止加载
‑
读数
‑
加载”的间断式测量模式，测量效率较为低下，而且受人为因素的影响，测量精度的误差范围较大，由于读数完全通过人工方式进行，还存在人员劳动强度大及人工成本高的缺点。
4.间接法为：通过读取其他物理量的变化值，并间接得到裂纹扩展长度值，再结合时间参数就可得到疲劳裂纹扩展速率。而且，间接法又可分为电位法和柔度法，电位法要求被测材料必须是导体，而且需要事先标定电位差与裂纹长度的对应关系，导致测量工序十分复杂，很容易引入测量误差，从而降低测量精度；柔度法要求首先求出并给定被测材料的柔度系数，而且柔度系数与被测材料的试样形状密切相关，被测材料的试样形状不同，柔度系数也会相应发生变化，而且在裂纹扩展长度计算公式中还存在较多的变量，这些变量也容易存在误差，从而也会严重影响裂纹扩展长度的计算精度，最终影响疲劳裂纹扩展速率的精度。
5.公开号为cn206618699u的实用新型专利公开了一种金属材料疲劳裂纹扩展速率自动测量装置，该实用新型在整个测量过程中不受人为因素影响，裂纹扩展过程可实时捕捉，裂纹扩展长度和时间关系数据由计算机精确记录，裂纹扩展速率则在计算机中计算得出并同步显示，提高了测量效率和测量精度。但是该测量装置只能在x轴及y轴两个方向移动来实时捕捉测量材料的裂纹，实际试验中测量材料的裂纹高低无法控制，测量装置无法上下移动导致不能有效捕捉到全部的裂纹。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种基于金属材料疲劳裂纹扩展原位测量装置，测量装置可以在x、y、z三个方向自由移动，便于全面捕捉测量材料试验时产生的裂纹。
7.本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
8.一种基于金属材料疲劳裂纹扩展原位测量装置，包括安装底板，所述安装底板的上端滑动连接有上端开口的横向滑槽，所述安装底板的上端开设有沿所述横向滑槽的滑动
方向设置的轨道，所述横向滑槽的一侧连接有第一电机，所述第一电机的动力输出轴连接有伸入所述轨道的齿轮，所述轨道的底部设置有与所述齿轮相啮合的齿条；
9.所述横向滑槽内转动连接有横向设置的螺纹轴，所述横向滑槽的一端安装有第二电机，所述螺纹轴的一端伸出所述横向滑槽与所述第二电机的动力输出轴连接；
10.所述横向滑槽内滑动连接有滑块，所述滑块开设有与所述螺纹轴螺纹连接的螺纹孔，所述滑块的上端安装有电动推杆，所述电动推杆的上端安装有长焦距显微镜，所述长焦距显微镜的目镜端连接有ccd相机；
11.所述安装底板的上端安装有控制终端，所述控制终端内设置有控制器，所述第一电机、所述第二电机、所述电动推杆及所述ccd相机均与所述控制器电连。
12.通过采用上述技术方案，首先将制备成试样的被测材料安装到交变载荷试验机中，将本实用新型的测量装置置于交变载荷试验机前方；启动计算机，控制长焦距显微镜裂纹捕捉移动平台动作，首先控制第一电机及第二电机运动，带动长焦距显微镜靠近被检测材料，随后通过电动推杆的伸长或缩短，将长焦距显微镜的物镜镜头对准被测材料待观测的表面，以使裂纹尖端能够处于ccd相机的可视区域内，然后调整长焦距显微镜的焦距和光线至合适状态；
13.启动交变载荷试验机，对被测材料施加交变载荷，通过计算机控制第二电机缓慢运动，进而控制长焦距显微镜实时追踪裂纹尖端，同时将观测到的裂纹长度与时间关系的数据传输到计算机中，并在计算机中自动计算出疲劳裂纹扩展速率，同时在计算机的显示器中实时呈现。
14.本实用新型的进一步设置为：所述安装底板的两边均设置有沿所述轨道长度方向设置的滑条，所述横向滑槽下表面的两端均设置有与对应滑条配合滑动连接的c型卡槽。
15.本实用新型的进一步设置为：所述横向滑槽内设置有沿所述螺纹轴长度方向设置的限位杆，所述滑块开设有与所述限位杆滑动连接的滑孔。
16.通过采用上述技术方案，使滑块能够更加稳定的在横向滑槽内滑动。
17.本实用新型的进一步设置为：所述控制终端连接有与所述控制器电连的计算机数据连接线。
18.本实用新型的进一步设置为：所述控制终端连接有与所述控制器电连的电源线。
19.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
20.本实用新型整个测量过程不需要停止加载测量裂纹，裂纹扩展过程能够被实时捕捉，裂纹扩展长度和时间关系数据直接通过计算机进行精确记录，并且可以在x、y、z三个坐标内自由调整位置，有效对准被测材料的裂纹，全面捕捉测量材料试验时产生的裂纹，进而有效提高了测量效率和测量精度。
附图说明
21.图1是本实用新型的整体结构示意图；
22.图2主要用于展示滑块上的螺纹孔及滑孔。
23.图中：1、安装底板；11、滑条；2、横向滑槽；21、c型卡槽；3、轨道；31、齿条；4、第一电机；41、齿轮；5、螺纹轴；51、第二电机；52、限位杆；53、滑块；54、螺纹孔；55、滑孔；6、电动推杆；7、长焦距显微镜；8、ccd相机；9、控制终端；91、计算机数据连接线；92、电源线。
具体实施方式
24.以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
25.实施例，一种基于金属材料疲劳裂纹扩展原位测量装置，参照图1
‑
2，包括安装底板1，安装底板1的上端滑动连接有一根上端开口的横向滑槽2，安装底板1的上端开设有一条沿横向滑槽2的滑动方向设置的轨道3，安装底板1的两边均设置有一条沿轨道3长度方向设置的滑条11，横向滑槽2下表面的两端均设置有一个与对应滑条11配合滑动连接的c型卡槽21，横向滑槽2的一侧连接有一台第一电机4，第一电机4的动力输出轴连接有一个伸入轨道3的齿轮41，轨道3的底部设置有与齿轮41相啮合的齿条31。
26.横向滑槽2内转动连接有一根横向设置的螺纹轴5，横向滑槽2内设置有两根沿螺纹轴5长度方向设置的限位杆52，横向滑槽2的一端安装有一台第二电机51，螺纹轴5的一端伸出横向滑槽2与第二电机51的动力输出轴连接。
27.横向滑槽2内滑动连接有一块滑块53，滑块53开设有一个与螺纹轴5螺纹连接的螺纹孔54，滑块53开设有两个与限位杆52滑动连接的滑孔55，滑块53的上端安装有一个电动推杆6，电动推杆6的上端安装有一台长焦距显微镜7，长焦距显微镜7的目镜端连接有一个ccd相机8。
28.安装底板1的上端安装有一个控制终端9，控制终端9内设置有一个控制器(图略)，第一电机4、第二电机51、电动推杆6及ccd相机8均与控制器电连，控制终端9连接有一根与控制器电连的计算机数据连接线91，控制终端9连接有一根与控制器电连的电源线92。
29.使用方式：首先将制备成试样的被测材料安装到交变载荷试验机中，将本实用新型的测量装置置于交变载荷试验机前方；启动计算机，控制长焦距显微镜7裂纹捕捉移动平台动作，首先控制第一电机4及第二电机51运动，带动长焦距显微镜7靠近被检测材料，随后通过电动推杆6的伸长或缩短，将长焦距显微镜7的物镜镜头对准被测材料待观测的表面，以使裂纹尖端能够处于ccd相机8的可视区域内，然后调整长焦距显微镜7的焦距和光线至合适状态；
30.通过计算机数据连接线91连接计算机后，启动交变载荷试验机，对被测材料施加交变载荷，通过计算机控制第二电机51缓慢运动，进而控制长焦距显微镜7实时追踪裂纹尖端，同时将观测到的裂纹长度与时间关系的数据传输到计算机中，并在计算机中自动计算出疲劳裂纹扩展速率，同时在计算机的显示器中实时呈现。
31.本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。