CN106644773A - 材料的冲击性能测试装置 - Google Patents

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陈旭
方修洋
石晓辉
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Abstract

本发明涉及材料力学性能检测领域，公开了一种材料的冲击性能测试装置，该装置包括：加载部(1)和与加载部(1)配合的检测部(200)。加载部(1)用于提供冲击力。检测部(200)包括用于承受冲击力和夹持试样(S)的夹持组件(30)，以及用于检测试样(S)上的力的传感器(7)。其中，夹持组件(30)设置成在承受加载部(1)的冲击后，对试样(S)进行拉式冲击加载；试样(S)为接口契合的疲劳试样。本发明的装置可以对疲劳试样的标准件进行拉伸冲击性能测试，结构简单、且使用方便。

Description

材料的冲击性能测试装置
技术领域
本发明涉及材料力学性能检测领域，具体地，涉及一种材料的冲击性能测试装置。
背景技术
目前，在零部件的服役过程中，其服役载荷可能各式各样。当零部件的服役环境中存在疲劳-冲击交互作用载荷时，则需要测试零部件抵抗疲劳-冲击交互作用的性能，来评价设计的合理性。
现有技术中，对于材料冲击性能的测试试验，主要包括以下两种：一种是，冲击韧度测试，例如，金属夏比冲击试验。在上述试验中采用简支梁式的V形或U形缺口作为冲击试样，冲击载荷由摆锤产生。当足够大的冲击力作用于缺口背面，使试样断裂时，根据摆锤冲击前后的能量损失，获得使试样发生冲击断裂的能量，称为冲击韧度。另一种是，测试材料在高应变率下(102/s～104/s)的动态应力-应变曲线，如Hopkinson杆测试，该测试方法主要是采用高爆或子弹产生的冲击力，通过加力头撞击试样，由于试验条件的限制，该类试验装置的试样一般很小、很短。
可见，现有的冲击性能的测试试验，对试样的形状和尺寸均具有特定的要求。同一个试样难以进行材料的疲劳-冲击载荷交互作用性能的测试。对于用于疲劳性能测试的圆棒试样或矩形试样，不能直接通过现有的试验装置再进行冲击试验，需重新制作试样，过程复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种材料的冲击性能测试装置，该装置可以对接口契合的疲劳试样进行拉伸冲击性能测试，进而方便研究试样在“疲劳-冲击载荷交互作用”下的力学性能。
为了实现上述目的，本发明提供了一种材料的冲击性能测试装置，包括：加载部和与加载部配合的检测部。加载部用于提供冲击力，检测部包括用于承受冲击力和夹持试样的夹持组件，以及用于检测试样上的力的传感器。夹持组件设置成在承受加载部的冲击后，对试样进行拉式冲击加载；试样为接口契合的疲劳试样。
优选地，检测部包括传递组件，该传递组件用于承受加载部的冲击，并将冲击力传递到试样夹持组件。
优选地，传递组件包括用于与加载部直接接触的冲击力承接头，和用于将冲击力承接头承受的载荷传递给试样夹持组件的传力件。
优选地，冲击力承接头的与加载部接触的面为向外凸出的球冠面。
优选地，试样夹持组件包括夹持上盘和夹持下盘，该夹持上盘和夹持下盘设置成能在接受传递组件传递的冲击力后相背移动。
优选地，在夹持上盘上设有孔和/或开口槽，传力件的一端连接于冲击力承接头，另一端穿过夹持上盘上的孔和/或开口槽与夹持下盘抵接。
优选地，试样夹持组件包括支撑杆，该支撑杆的上端与夹持上盘螺纹连接，支撑杆的下端与夹持下盘的固定引导部配合，使夹持下盘能够沿支撑杆下移。
优选地，试样夹持组件包括用于夹持试样的夹持部。
优选地，夹持部包括：连接于夹持上盘中心处的第一夹头和与第一夹头对应设置的连接于夹持下盘中心处的第二夹头。
优选地，传感器的两端分别连接于第二夹头的底部和夹持下盘的顶部。
优选地，在试样上贴有应变片。
优选地，加载部为落槌。
通过上述技术方案，加载部产生的冲击载荷和能量加载到检测部，检测部承受冲击载荷后，对试样进行拉式冲击加载，之后传感器检测试样上的应力。由此，上述装置可以对试样进行拉伸冲击性能的检测。接口契合的疲劳试样是指试样具有既可以连接冲击性能测试装置，又可以连接疲劳试验机的接口。为连接上述接口，本发明的冲击性能测试装置的夹持组件的试样夹持结构采用了与疲劳试验机中的试样夹持结构相同的的结构，因此，同一试样在检测完拉伸冲击性能之后，还可以在疲劳机上进行疲劳性能检测，即，可以对同一试样进行疲劳-冲击载荷交互作用，以进行复杂加载情况下材料的力学性能的研究。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的一种实施方式的材料的冲击性能测试装置的结构示意图；
图2是本发明的一种实施方式的传递组件的结构示意图；
图3是本发明的一种实施方式的试样夹持组件的结构示意图；
图4是图1的组成部件***图；
图5是本发明的另一种实施方式的材料的冲击性能测试装置的结构示意图。
附图标记说明
1 加载部 2 冲击力承接头
3 传力件 4 夹持上盘
5 支撑杆 6 夹持部
7 传感器 8 夹持下盘
200 检测部 20 传递组件
30 夹持组件 61 第一夹头
62 第二夹头 81 引导部
S 试样
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种材料的冲击性能测试装置，该装置包括：加载部1和与加载部1配合的检测部200。加载部1用于提供冲击力，检测部200包括用于承受冲击力和夹持试样S的夹持组件30，以及用于检测试样S上的力的传感器7。其中，夹持组件30设置成在承受加载部1的冲击后对试样S进行拉式冲击加载，试样S为接口契合的疲劳试样。接口契合的疲劳试样是指试样具有既可以连接冲击性能测试装置又可以连接疲劳试验机的接口。在这种情况下，检测部200承受加载部1加载的冲击载荷后，对试样S进行拉式冲击加载，传感器7可以检测到作用于试样S上的应力曲线，进而可以评价材料的拉伸冲击性能。进一步地，由于本发明的冲击性能测试装置的夹持组件30的试样夹持结构采用了与疲劳试验机中的试样夹持结构相同的结构，因此，本发明的测试装置可以对同一试样进行疲劳-冲击载荷交互作用测试，研究疲劳-冲击复杂加载情况下材料的综合力学性能。
如图2和图3所示，检测部200包括：传递组件20和夹持组件30。传递组件20用于承受加载部1的冲击，并将冲击力传递到夹持组件30。进一步地，传递组件20包括：冲击力承接头2和传力件3。的冲击力承接头2与加载部1直接接触。传力件3用于将冲击力承接头2承受的载荷传递到夹持组件30上。在这种情况下，加载部1所提供的冲击力先作用到传递组件20上，再经传递组件20间接作用到夹持组件30。这样，可以改变冲击力的具体作用位置，通过传递组件20与夹持组件30的配合，将作用在试样S上的冲击设置成拉伸冲击。
为了保证加载部1与冲击力承接头2之间配合的准确性，如图1所示，冲击力承接头2的与加载部1接触的面为向外凸出的球冠面。在这种情况下，无论加载部1加载过程中是否偏置，冲击载荷都能作用在冲击力承接头2的中央。优选地，加载部1为落槌，其效冲击力范围为6t。
夹持组件30包括夹持上盘4和夹持下盘8。夹持上盘4和夹持下盘8设置成能在接受传递组件20传递的冲击力后相背移动。具体地，传递组件20设置在夹持上盘4的上方，传递组件20的冲击力承接头2的球冠面朝外设置，以与加载部1相对应。在冲击力承接头2的球冠面的背面，固定连接有多个传力件3，优选地，传力件3为三个杆状件。冲击力承接头2通过传力件3将冲击力传递到夹持下盘8，夹持下盘8受力后相对于与其对应设置的夹持上盘4移动，进而对试样进行拉伸。
进一步地，在夹持上盘4上设有孔和/或开口槽，传力件3的一端连接于冲击力承接头2，另一端穿过夹持上盘4上的孔和/或开口槽与夹持下盘8抵接。优选地，冲击力承接头2设置成圆盘状，其上表面为向外凸出的球冠面，下表面为平面。冲击力承接头2的半径小于或等于夹持上盘4的半径。连接在冲击力承接头2的下表面的传力件3的长度，大于夹持上盘4与夹持下盘8之间的距离。由此，当冲击力承接头2受力后，传力件3可以压着夹持下盘8向下移动，使冲击力承接头2不至于顶在夹持上盘4。
另外，夹持组件30包括支撑杆5，支撑杆5的上端与夹持上盘4螺纹连接，支撑杆5的下端与夹持下盘8的固定引导部81配合，使得夹持下盘8能够沿着支撑杆5下移。具体地，支撑杆5为三个，其长度也大于夹持上盘4与夹持下盘8之间的距离。由此，可以保证夹持下盘8工作时悬空，且在承受冲击载荷时具有一定的位移及振动空间，该振动空间保证了夹持下盘8受到冲击力后，向下移动时与工作台面之间具有一定的距离。
为了能够夹持不同的试样，例如，圆柱形的试样和矩形的CT试样(紧凑拉伸试样)，如图1所示，本发明的夹持组件30包括用于夹持试样S的夹持部6。夹持部6设置成与疲劳试验机中的试样夹持结构相同的结构。具体地，圆柱形的试样通过螺纹连接的方式安装在夹持部6中，而矩形的试样可以通过钩状的夹持部固定。另外，为了保证试样受力的均匀和稳定，夹持部6设置成包括第一夹头61和第二夹头62。第一夹头61连接在夹持上盘4中心处，第二夹头62与第一夹头61对应设置，且连接在夹持下盘8中心处。传感器7的两端分别连接于第二夹头62的底部和夹持下盘8的顶部。这样，当第一夹头61与第二夹头62拉伸试样时，从传感器7可以检测到试样上的拉伸冲击力曲线。优选地，为了对材料的应力应变曲线进行研究，还可以在试样S上贴有应变片。
在本发明的一个具体的实施方式中，如图4所示，测试装置的形状、尺寸和部件之间的连接关系可以采用如下方式设置：
冲击力承接头2设置为外径为R1＝240mm，高度为H1＝40mm的圆盘。在冲击力承接头2的下表面半径为R1’＝180mm的圆周上，每隔120°加工一个螺纹孔，与传力件3的上端的螺纹对接。夹持上盘4和夹持下盘8均设置成外径为R2＝R3＝300mm，厚度为H2＝H3＝20mm的圆盘。在夹持上盘4的半径为R2’＝180mm的圆周上，每隔120°加工有一个通孔，以使传力件3穿过。在夹持上盘4的下表面的中央位置，加工有与夹持部6配合的结构。在夹持上盘4的下表面的半径R2”＝250mm的圆周上，每隔120°加工有一个螺纹孔，与支撑杆5的上端的螺纹配合。支撑杆5的下端穿出夹持下盘8的周边R3’＝300mm上的开口槽。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种材料的冲击性能测试装置，其特征在于，所述装置包括加载部(1)和与所述加载部(1)配合的检测部(200)，所述加载部(1)用于提供冲击力，所述检测部(200)包括用于承受冲击力和夹持试样(S)的夹持组件(30)以及用于检测所述试样(S)上的力的传感器(7)，所述夹持组件(30)设置成在承受所述加载部(1)的冲击后，对所述试样(S)进行拉式冲击加载；所述试样(S)为接口契合的疲劳试样。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测部(200)包括传递组件(20)，所述传递组件(20)用于承受所述加载部(1)的冲击并将冲击力传递到所述夹持组件(30)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述传递组件(20)包括用于与所述加载部(1)直接接触的冲击力承接头(2)，和用于将所述冲击力承接头(2)承受的载荷传递给所述夹持组件(30)的传力件(3)。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述冲击力承接头(2)的与所述加载部(1)接触的面为向外凸出的球冠面。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述夹持组件(30)包括夹持上盘(4)和夹持下盘(8)，所述夹持上盘(4)和夹持下盘(8)设置成能在接受所述传递组件(20)传递的冲击力后相背移动。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述夹持上盘(4)上设有孔和/或开口槽，所述传力件(3)的一端连接于所述冲击力承接头(2)，另一端穿过所述夹持上盘(4)上的孔和/或开口槽与所述夹持下盘(8)抵接。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述夹持组件(30)包括支撑杆(5)，所述支撑杆(5)的上端与所述夹持上盘(4)固定连接，所述支撑杆(5)的下端与所述夹持下盘(8)的固定引导部(81)配合，使所述夹持下盘(8)能够沿所述支撑杆(5)下移。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述夹持组件(30)包括用于夹持所述试样(S)的夹持部(6)。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述夹持部(6)包括连接于所述夹持上盘(4)中心处的第一夹头(61)和与所述第一夹头(61)对应设置的连接于所述夹持下盘(8)中心处的第二夹头(62)。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述传感器(7)的两端分别连接于所述第二夹头(62)的底部和所述夹持下盘(8)的顶部。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述试样(S)上贴有应变片。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加载部(1)为落槌。
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