Ⅲ型斷裂測試實驗用試件支撐裝置製造方法

2023-06-07 21:18:41 1

Ⅲ型斷裂測試實驗用試件支撐裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種Ⅲ型斷裂測試實驗用試件支撐裝置，包括加載支撐架、輔助杆、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、三個圓柱型的輔助杆、一對正方體的支撐塊均連接於底座上；本發明結構簡單，並非著眼於通過複雜的結構實現試驗要求，而是將有限的結構簡單的零件通過巧妙的組合，滿足試驗要求，在加工製造方便和節省成本的同時也增加的該裝置的可靠性；且本發明能夠保證支撐及加載位置的對稱性，以確保為時間提供近似純剪切載荷，能夠較好的應用於Ⅲ型斷裂測試實驗，並且應用普通材料試驗機即可完成實驗。
【專利說明】III型斷裂測試實驗用試件支撐裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於本發明設計固體力學基本力學特性測試領域，特別是一種III型斷裂測試實驗用試件支撐裝置。
【背景技術】
[0002]材料斷裂韌性是斷裂力學的一個基本參數，是材料阻止宏觀裂紋失穩擴展能力的度量，也是材料抵抗脆性破壞的韌性參數。它和裂紋本身的大小、形狀及外加應力大小無關。是材料固有的特性，只與材料本身、熱處理及加工工藝有關。是應力強度因子的臨界值。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)，它們都和剪切應力有關。關於I型、II型斷裂基本參數的測量有了長足的發展，測試方法較同意有些已經形成標準，如用於測量I型斷裂參數的緊湊拉伸實驗，單邊切口拉伸實驗、雙邊切口拉伸實驗、單邊切口三點彎曲實驗，中心裂紋壓縮試驗等；用於測量II型斷裂參數的單剪切實驗、雙剪切實驗，側邊開口三點彎曲實驗
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[0004]關於III型裂紋開裂的研究比較少，未能形成統一的標準及方法。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(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力，斷裂不再是簡單的III型斷裂，變成複合型斷裂。有的則是受試件及材料本身特性的限制，在實驗過程中發生I型、II型斷裂，導致實驗成功率低。或者實驗需要專有的實驗設備，無法再萬能實驗機上完成。因此有必要對III型裂紋斷裂韌性的測試試件及實驗方法做出改進。
[0005]試驗夾具試驗有效進行的保障,針對板條狀試件文獻「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.)應用的兩種支撐裝置，然而對於這兩種試驗裝置容易出現滑脫，對中性及對稱性不好，並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行改進。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在於提供一種能夠保證支撐及加載位置的對稱性，且結構簡單，加工方便，節省成本的III型斷裂測試實驗用試件支撐裝置。
[0007]實現本發明目的的技術解決方案為:[0008]一種III型斷裂測試實驗用試件支撐裝置，包括加載支撐架、輔助杆、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、三個圓柱型的輔助杆、一對正方體的支撐塊均連接於底座上；一對加載支撐架沿對角線對稱設置於在底座的一對對角上，一對支撐塊沿對角線對稱設置於在底座的另一對對角上；一個輔助杆設置在靠近底座的一個較短的邊上；另兩個輔助杆靠近底座的一個較長的邊上，並平行於該邊分布；所有輔助杆的軸線均垂直於底座；所有加載支撐架長面的頂端與底座連接，另一面於底座平行並位與底座正上方，其上開有圓柱形導引孔，導引孔的軸線垂直於底座；所有支撐塊上加工半球凹槽，鋼珠自由放置於支撐塊上與凹槽配合，鋼珠的最頂端位於同一水平面；一對加載支撐架與底座平行的面上開有導引孔，導引孔的軸線在底座上的垂直投影與一對鋼珠最頂端點在底座上投影形成一個矩形；所有輔助杆位於上述矩形區域之外。
[0009]本發明與現有技術相比，其顯著優點:
[0010](I)本發明結構簡單，並非著眼於通過複雜的結構實現試驗要求，而是將有限的結構簡單的零件通過巧妙的組合，滿足試驗要求，在加工製造方便和節省成本的同時也增加的該裝置的可靠性；
[0011](2)本發明能夠保證支撐及加載位置的對稱性，以確保為時間提供近似純剪切載荷。
[0012]下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發明一種III型斷裂測試實驗用試件支撐裝置的軸測圖。
[0014]圖2是本發明試件裝夾及加載示意圖。
【具體實施方式】
[0015]結合圖1:
[0016]一種III型斷裂測試實驗用試件支撐裝置，包括加載支撐架1、輔助杆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、三個圓柱型的輔助杆2、一對正方體的支撐塊4均連接於底座5上；一對加載支撐架I沿對角線對稱設置於在底座5的一對對角上,一對支撐塊4沿對角線對稱設置於在底座5的另一對對角上；一個輔助杆2設置在靠近底座5的一個較短的邊上；另兩個輔助杆2靠近底座5的一個較長的邊上,並平行於該邊分布；所有輔助杆2的軸線均垂直於底座5 ;所有加載支撐架I長面的頂端與底座5連接，另一面於底座5平行並位與底座5正上方，其上開有圓柱形導引孔，導引孔的軸線垂直於底座5 ;所有支撐塊4上加工半球凹槽，鋼珠3自由放置於支撐塊4上與凹槽配合，鋼珠3的最頂端位於同一水平面；一對加載支撐架I與底座5平行的面上開有導引孔，導引孔的軸線在底座5上的垂直投影與一對鋼珠3最頂端點在底座上投影形成一個矩形；所有輔助杆2位於上述矩形區域之外。2、根據權利要求1所述的一種III型斷裂測試實驗用試件支撐裝置，其特徵在於，加載支撐架1、輔助杆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於鋼珠3上，加載杆通過導引孔對試件進行加載，直至試件斷裂。
[0018]實踐證明，本發明一種III型斷裂測試實驗用試件支撐裝置能夠用於III型裂紋斷裂韌性的測試,而且實驗成功率相對於其它實驗方法有較高的成功率，同時等保證純剪切加載，操作簡單易行，有利於實驗系統誤差的消除。同時本發明能在一般萬能試驗機上完成實驗，並且本發明一種III型斷裂測試實驗用試件支撐裝置亦可應用於剪切試驗試件的裝夾。
[0019]實施例:
[0020]本發明一種III型斷裂測試實驗用試件支撐裝置，應用於粘接的粘接界面III型斷裂能量釋放率及III型裂紋斷裂韌性測量中，試驗中平板試件長100mm，寬80mm，製作鋼結構的III型斷裂測試實驗用試件支撐裝置。包括加載支撐架1、輔助杆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、三個圓柱型的輔助杆2、一對正方體的支撐塊4均連接於底座5上；一對加載支撐架I沿對角線對稱設置於在底座5的一對對角上，一對支撐塊4沿對角線對稱設置於在底座5的另一對對角上；一個輔助杆2設置在靠近底座5的一個較短的邊上；另兩個輔助杆2靠近底座5的一個較長的邊上，並平行於該邊分布；所有輔助杆2的軸線均垂直於底座5 ;所有加載支撐架I長面的頂端與底座5連接，另一面於底座5平行並位與底座5正上方，其上開有圓柱形導引孔，導引孔的軸線垂直於底座5 ;所有支撐塊4上加工半球凹槽，鋼珠3自由放置於支撐塊4上與凹槽配合，鋼珠3的最頂端位於同一水平面；一對加載支撐架I與底座5平行的面上開有導引孔，導引孔的軸線在底座5上的垂直投影與一對鋼珠3最頂端點在底座上投影形成一個矩形；所有輔助杆2位於上述矩形區域之外，底座長160mm,寬140mm。輔助杆直徑IOmm,導引孔直徑IOmm,其他尺寸為自由尺寸保證各結構之間不相互幹涉。實踐證明，本發明一種III型斷裂測試實驗用試件支撐裝置能很好的應用於粘接的粘接界面III型斷裂能量釋放率及III型裂紋斷裂韌性測量中，試件沿設計的方向斷開，證明本支撐裝置的有效性。
【權利要求】
1.一種III型斷裂測試實驗用試件支撐裝置，其特徵在於，包括加載支撐架(I)、輔助杆(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)、三個圓柱型的輔助杆(2 )、一對正方體的支撐塊(4)均連接於底座(5 )上；一對加載支撐架(I)沿對角線對稱設置於在底座(5)的一對對角上，一對支撐塊(4)沿對角線對稱設置於在底座(5)的另一對對角上；一個輔助杆(2)設置在靠近底座(5)的一個較短的邊上；另兩個輔助杆(2)靠近底座(5)的一個較長的邊上，並平行於該邊分布；所有輔助杆(2)的軸線均垂直於底座(5);所有加載支撐架(I)長面的頂端與底座(5)連接，另一面於底座(5)平行並位與底座(5)正上方，其上開有圓柱形導引孔，導引孔的軸線垂直於底座(5);所有支撐塊(4)上加工半球凹槽，鋼珠(3)自由放置於支撐塊(4)上與凹槽配合，鋼珠(3)的最頂端位於同一水平面；一對加載支撐架(I)與底座(5)平行的面上開有導引孔，導引孔的軸線在底座(5)上的垂直投影與一對鋼珠(3)最頂端點在底座上投影形成一個矩形；所有輔助杆(2)位於上述矩形區域之外。
2.根據權利要求1所述的一種III型斷裂測試實驗用試件支撐裝置，其特徵在於，加載支撐架(I)、輔助杆(2)、鋼珠(3)、支撐塊(4)均膠粘在底座(5)上。
【文檔編號】G01N3/02GK103454142SQ201310404005
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月6日 優先權日:2013年9月6日
【發明者】胡少青, 鄭健, 鞠玉濤, 陳雄, 周長省, 許進升, 韋震, 周清春, 高豔賓 申請人:南京理工大學