Ⅲ型斷裂測試實(shí)驗(yàn)用試件支撐裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Ⅲ型斷裂測試實(shí)驗(yàn)用試件支撐裝置,包括加載支撐架、輔助桿、鋼珠、支撐塊和底座;底座為長方形厚板,一對L型的加載支撐架、三個(gè)圓柱型的輔助桿、一對正方體的支撐塊均連接于底座上;本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單,并非著眼于通過復(fù)雜的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)要求,而是將有限的結(jié)構(gòu)簡單的零件通過巧妙的組合,滿足試驗(yàn)要求,在加工制造方便和節(jié)省成本的同時(shí)也增加的該裝置的可靠性;且本發(fā)明能夠保證支撐及加載位置的對稱性,以確保為時(shí)間提供近似純剪切載荷,能夠較好的應(yīng)用于Ⅲ型斷裂測試實(shí)驗(yàn),并且應(yīng)用普通材料試驗(yàn)機(jī)即可完成實(shí)驗(yàn)。
【專利說明】III型斷裂測試實(shí)驗(yàn)用試件支撐裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于本發(fā)明設(shè)計(jì)固體力學(xué)基本力學(xué)特性測試領(lǐng)域,特別是一種III型斷裂測試實(shí)驗(yàn)用試件支撐裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]材料斷裂韌性是斷裂力學(xué)的一個(gè)基本參數(shù),是材料阻止宏觀裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展能力的度量,也是材料抵抗脆性破壞的韌性參數(shù)。它和裂紋本身的大小、形狀及外加應(yīng)力大小無關(guān)。是材料固有的特性,只與材料本身、熱處理及加工工藝有關(guān)。是應(yīng)力強(qiáng)度因子的臨界值。常用斷裂前物體吸收的能量或外界對物體所作的功表示。
[0003]基本的斷裂模式有I型、II型、III型。I型斷裂也叫張開型斷裂(open mode),是一種最為危險(xiǎn)也是研究最為深入的斷裂模式。II型斷裂也叫滑移型斷裂(slide m0de),III型斷裂也叫撕裂型斷裂(twist mode),它們都和剪切應(yīng)力有關(guān)。關(guān)于I型、II型斷裂基本參數(shù)的測量有了長足的發(fā)展,測試方法較同意有些已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn),如用于測量I型斷裂參數(shù)的緊湊拉伸實(shí)驗(yàn),單邊切口拉伸實(shí)驗(yàn)、雙邊切口拉伸實(shí)驗(yàn)、單邊切口三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn),中心裂紋壓縮試驗(yàn)等;用于測量II型斷裂參數(shù)的單剪切實(shí)驗(yàn)、雙剪切實(shí)驗(yàn),側(cè)邊開口三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)
坐寸o
[0004]關(guān)于III型裂紋開裂的研究比較少,未能形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)及方法。目前用的方法有:滑道式裂紋剪切(crack rail shear)、懸臂梁開裂(split cantilever beam)剪切、邊裂紋扭轉(zhuǎn)(edge crack torsion)、傾斜裂紋拉伸(slant notch tension)等,然而這些方法存在一定的缺陷。有的不能提供純剪切應(yīng)力,斷裂不再是簡單的III型斷裂,變成復(fù)合型斷裂。有的則是受試件及材料本身特性的限制,在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生I型、II型斷裂,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成功率低?;蛘邔?shí)驗(yàn)需要專有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,無法再萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上完成。因此有必要對III型裂紋斷裂韌性的測試試件及實(shí)驗(yàn)方法做出改進(jìn)。
[0005]試驗(yàn)夾具試驗(yàn)有效進(jìn)行的保障,針對板條狀試件文獻(xiàn)“Mode III interlaminarfracture of carbon/epoxy laminates using the edge crack torsion (ECT) test,,(deMorais, A.B.,et al., Composites Science and Technology,69 (5),2009:670-676.)及"Investigation of mode III fracture toughness using an ant1-clastic platebending method.〃 (Farshad, M., and P.Fliieler.Engineering fracture mechanics, 60
[5],1998:597-603.)應(yīng)用的兩種支撐裝置,然而對于這兩種試驗(yàn)裝置容易出現(xiàn)滑脫,對中性及對稱性不好,并且不能加載力與支撐力的對稱性,因此針對以上問題有必要對這種裝置進(jìn)行改進(jìn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠保證支撐及加載位置的對稱性,且結(jié)構(gòu)簡單,加工方便,節(jié)省成本的III型斷裂測試實(shí)驗(yàn)用試件支撐裝置。
[0007]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:[0008]一種III型斷裂測試實(shí)驗(yàn)用試件支撐裝置,包括加載支撐架、輔助桿、鋼珠、支撐塊和底座;底座為長方形厚板,一對L型的加載支撐架、三個(gè)圓柱型的輔助桿、一對正方體的支撐塊均連接于底座上;一對加載支撐架沿對角線對稱設(shè)置于在底座的一對對角上,一對支撐塊沿對角線對稱設(shè)置于在底座的另一對對角上;一個(gè)輔助桿設(shè)置在靠近底座的一個(gè)較短的邊上;另兩個(gè)輔助桿靠近底座的一個(gè)較長的邊上,并平行于該邊分布;所有輔助桿的軸線均垂直于底座;所有加載支撐架長面的頂端與底座連接,另一面于底座平行并位與底座正上方,其上開有圓柱形導(dǎo)引孔,導(dǎo)引孔的軸線垂直于底座;所有支撐塊上加工半球凹槽,鋼珠自由放置于支撐塊上與凹槽配合,鋼珠的最頂端位于同一水平面;一對加載支撐架與底座平行的面上開有導(dǎo)引孔,導(dǎo)引孔的軸線在底座上的垂直投影與一對鋼珠最頂端點(diǎn)在底座上投影形成一個(gè)矩形;所有輔助桿位于上述矩形區(qū)域之外。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,其顯著優(yōu)點(diǎn):
[0010](I)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單,并非著眼于通過復(fù)雜的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)要求,而是將有限的結(jié)構(gòu)簡單的零件通過巧妙的組合,滿足試驗(yàn)要求,在加工制造方便和節(jié)省成本的同時(shí)也增加的該裝置的可靠性;
[0011](2)本發(fā)明能夠保證支撐及加載位置的對稱性,以確保為時(shí)間提供近似純剪切載荷。
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明一種III型斷裂測試實(shí)驗(yàn)用試件支撐裝置的軸測圖。
[0014]圖2是本發(fā)明試件裝夾及加載示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]結(jié)合圖1:
[0016]一種III型斷裂測試實(shí)驗(yàn)用試件支撐裝置,包括加載支撐架1、輔助桿2、鋼珠3、支撐塊4和底座5 ;底座5為長方形厚板,一對L型的加載支撐架1、三個(gè)圓柱型的輔助桿2、一對正方體的支撐塊4均連接于底座5上;一對加載支撐架I沿對角線對稱設(shè)置于在底座5的一對對角上,一對支撐塊4沿對角線對稱設(shè)置于在底座5的另一對對角上;一個(gè)輔助桿2設(shè)置在靠近底座5的一個(gè)較短的邊上;另兩個(gè)輔助桿2靠近底座5的一個(gè)較長的邊上,并平行于該邊分布;所有輔助桿2的軸線均垂直于底座5 ;所有加載支撐架I長面的頂端與底座5連接,另一面于底座5平行并位與底座5正上方,其上開有圓柱形導(dǎo)引孔,導(dǎo)引孔的軸線垂直于底座5 ;所有支撐塊4上加工半球凹槽,鋼珠3自由放置于支撐塊4上與凹槽配合,鋼珠3的最頂端位于同一水平面;一對加載支撐架I與底座5平行的面上開有導(dǎo)引孔,導(dǎo)引孔的軸線在底座5上的垂直投影與一對鋼珠3最頂端點(diǎn)在底座上投影形成一個(gè)矩形;所有輔助桿2位于上述矩形區(qū)域之外。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種III型斷裂測試實(shí)驗(yàn)用試件支撐裝置,其特征在于,加載支撐架1、輔助桿2、鋼珠3、支撐塊4均膠粘在底座5上。
[0017]試件的裝夾及加載見圖2。平板型試件自由放置于鋼珠3上,加載桿通過導(dǎo)引孔對試件進(jìn)行加載,直至試件斷裂。
[0018]實(shí)踐證明,本發(fā)明一種III型斷裂測試實(shí)驗(yàn)用試件支撐裝置能夠用于III型裂紋斷裂韌性的測試,而且實(shí)驗(yàn)成功率相對于其它實(shí)驗(yàn)方法有較高的成功率,同時(shí)等保證純剪切加載,操作簡單易行,有利于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的消除。同時(shí)本發(fā)明能在一般萬能試驗(yàn)機(jī)上完成實(shí)驗(yàn),并且本發(fā)明一種III型斷裂測試實(shí)驗(yàn)用試件支撐裝置亦可應(yīng)用于剪切試驗(yàn)試件的裝夾。
[0019]實(shí)施例:
[0020]本發(fā)明一種III型斷裂測試實(shí)驗(yàn)用試件支撐裝置,應(yīng)用于粘接的粘接界面III型斷裂能量釋放率及III型裂紋斷裂韌性測量中,試驗(yàn)中平板試件長100mm,寬80mm,制作鋼結(jié)構(gòu)的III型斷裂測試實(shí)驗(yàn)用試件支撐裝置。包括加載支撐架1、輔助桿2、鋼珠3、支撐塊4和底座5 ;底座5為長方形厚板,一對L型的加載支撐架1、三個(gè)圓柱型的輔助桿2、一對正方體的支撐塊4均連接于底座5上;一對加載支撐架I沿對角線對稱設(shè)置于在底座5的一對對角上,一對支撐塊4沿對角線對稱設(shè)置于在底座5的另一對對角上;一個(gè)輔助桿2設(shè)置在靠近底座5的一個(gè)較短的邊上;另兩個(gè)輔助桿2靠近底座5的一個(gè)較長的邊上,并平行于該邊分布;所有輔助桿2的軸線均垂直于底座5 ;所有加載支撐架I長面的頂端與底座5連接,另一面于底座5平行并位與底座5正上方,其上開有圓柱形導(dǎo)引孔,導(dǎo)引孔的軸線垂直于底座5 ;所有支撐塊4上加工半球凹槽,鋼珠3自由放置于支撐塊4上與凹槽配合,鋼珠3的最頂端位于同一水平面;一對加載支撐架I與底座5平行的面上開有導(dǎo)引孔,導(dǎo)引孔的軸線在底座5上的垂直投影與一對鋼珠3最頂端點(diǎn)在底座上投影形成一個(gè)矩形;所有輔助桿2位于上述矩形區(qū)域之外,底座長160mm,寬140mm。輔助桿直徑IOmm,導(dǎo)引孔直徑IOmm,其他尺寸為自由尺寸保證各結(jié)構(gòu)之間不相互干涉。實(shí)踐證明,本發(fā)明一種III型斷裂測試實(shí)驗(yàn)用試件支撐裝置能很好的應(yīng)用于粘接的粘接界面III型斷裂能量釋放率及III型裂紋斷裂韌性測量中,試件沿設(shè)計(jì)的方向斷開,證明本支撐裝置的有效性。
【權(quán)利要求】
1.一種III型斷裂測試實(shí)驗(yàn)用試件支撐裝置,其特征在于,包括加載支撐架(I)、輔助桿(2 )、鋼珠(3 )、支撐塊(4)和底座(5 );底座(5 )為長方形厚板,一對L型的加載支撐架(I)、三個(gè)圓柱型的輔助桿(2 )、一對正方體的支撐塊(4)均連接于底座(5 )上;一對加載支撐架(I)沿對角線對稱設(shè)置于在底座(5)的一對對角上,一對支撐塊(4)沿對角線對稱設(shè)置于在底座(5)的另一對對角上;一個(gè)輔助桿(2)設(shè)置在靠近底座(5)的一個(gè)較短的邊上;另兩個(gè)輔助桿(2)靠近底座(5)的一個(gè)較長的邊上,并平行于該邊分布;所有輔助桿(2)的軸線均垂直于底座(5);所有加載支撐架(I)長面的頂端與底座(5)連接,另一面于底座(5)平行并位與底座(5)正上方,其上開有圓柱形導(dǎo)引孔,導(dǎo)引孔的軸線垂直于底座(5);所有支撐塊(4)上加工半球凹槽,鋼珠(3)自由放置于支撐塊(4)上與凹槽配合,鋼珠(3)的最頂端位于同一水平面;一對加載支撐架(I)與底座(5)平行的面上開有導(dǎo)引孔,導(dǎo)引孔的軸線在底座(5)上的垂直投影與一對鋼珠(3)最頂端點(diǎn)在底座上投影形成一個(gè)矩形;所有輔助桿(2)位于上述矩形區(qū)域之外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種III型斷裂測試實(shí)驗(yàn)用試件支撐裝置,其特征在于,加載支撐架(I)、輔助桿(2)、鋼珠(3)、支撐塊(4)均膠粘在底座(5)上。
【文檔編號(hào)】G01N3/02GK103454142SQ201310404005
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】胡少青, 鄭健, 鞠玉濤, 陳雄, 周長省, 許進(jìn)升, 韋震, 周清春, 高艷賓 申請人:南京理工大學(xué)