CN2581969Y - 脆性材料力学性能无损测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种脆性材料力学性能无损测试装置，其特征在于：它包括一平面测试台；一具有一顶板和两垂直杆的门型支架，其设置在所述测试台上；一通过驱动装置移动的横梁，其两端设置在所述门型支架的两垂直杆上；一传感器，其设置在所述横梁上；一压头，其设置在所述传感器底端。本实用新型可以配合本申请人发明的无损测试方法既可以对服役状态下的脆性构件进行在线测试和监测，又可以对各种需要保护物品进行无损测试，还可以对被测试件进行保证试验等，对国民经济建设具有非常广阔的应用前景。

Description

脆性材料力学性能无损测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种材料性能的测试装置，特别是关于脆性材料力学性能无损测试的装置。

背景技术

玻璃、陶瓷、混凝土等脆性材料在国民经济建设和国防建设中的大量应用及其在可靠性方面越来越强烈的需求，导致了对脆性构件的服役性能在线测试及寿命预测评价技术的迫切需要。脆性材料的表面和界面残余应力分析以及表面损伤和损伤演变过程对脆性材料的应用和结构设计有重要意义，也是脆性材料进入工程应用的安全保障。掌握脆性材料在化学辐射环境下的表面性能的衰退及其预测方法对防治灾难性事故是非常重要的。长期以来，材料评价工作者一直希望能用简单易行，无须标准试样和特定试验环境进行非破坏性力学性能测试，这也是21世纪力学与材料工作者的一个应用研究方向。但是到目前为止，除了无损探伤技术以外，无损测试技术一直没有突破。而在实际应用中，无损测试的需求量是非常大的，比如：一个玻璃或陶瓷部件用了几年，它的强度性能有多大的变化？还能用多久？还如：几个部件是用不同的材料或同类材料但不同的工艺制作的，那一个性能最好？那个最差？又如：借来一个日本陶瓷部件，很想了解它的强度、硬度、弹性模量，但不能损坏它，能否无损在线得到这些力学性能？再如：某一重要的脆性构件要进入使用，为了万无一失，如何进行无损测试，以保证它的性能和寿命能够满足基本安全要求？迄今为止，以上问题在技术上都还没有得到解决。

发明内容

针对上述问题，本申请人在赫兹接触理论的基础上，利用包亦望博士提出的评价脆性材料在非均匀应力场实效问题的均强度理论，建立了利用球压法表征脆性材料局部强度的表达式及其测试方法，通过有残余应力试样和无残余应力试样局部强度的对比，可以方便地获得材料局部的残余应力值。

为实现上述方法，本实用新型的目的是提供一种结构简单，使用方便，可以适合各种在线测试的脆性材料力学性能无损测试装置。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种脆性材料力学性能无损测试装置，其特征在于：它包括一平面测试台；一具有一顶板和两垂直杆的门型支架，其设置在所述测试台上；一通过驱动装置移动的横梁，其两端设置在所述门型支架的两垂直杆上；一传感器，其设置在所述横梁上；一压头，其设置在所述传感器底端。

所述压头为球压头、维氏压头、三点弯曲压头中的一种。

所述测试台上设置有一与所述压头位置对应的通孔，在所述通孔上设置一盖板。

传感器安装在所述横梁的前方。

所述门型支架的两垂直杆为两丝杠，所述两丝杠的两端分别通过轴承安装在顶板和测试台上，所述横梁的驱动装置为一电机带动的减速器，所述减速器的输出端分别驱动两丝杠转动，所述横梁两端通过螺纹连接在所述丝杠上。

所述门型支架的两垂直杆为两导柱，所述两导柱的两端分别固定在所述顶板和测试台上，所述横梁的驱动装置为一通过螺纹旋设在所述顶板上的螺旋顶压装置，所述螺旋顶压装置的输出端顶设在所述横梁上，所述顶板和横梁之间设置复位弹簧。

本实用新型由于采用以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型提供的测试装置结构简单，体积小，调节测试方便，特别适合于测试人员随身携带，现场测试等在线测试场合。2、使用本实用新型仅在被测试件上压设微小的环形裂纹，就可以通过计算得出被测试件的材料强度性能，因此解决了长期以来一直无法解决的对试件的非破坏性强度测试的问题。3、本实用新型由于在测试台上设置通孔，垫板，以及球形压头的悬臂设置等措施，因此可以对被测试件的形状和尺寸没有要求，测试方便，并可以跟显微镜连接，记录下局部材料受力时的显微结构变化。本实用新型装置操作方便，简单，可节省大量的材料费，测试费和时间，适合于对服役状态下的脆性构件的在线测试和监测，其对国民经济建设和材料科学研究具有非常广阔的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型测试装置结构示意图

图2是图1的侧视示意图

图3是本实用新型测试装置的另一实施例

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型的脆性材料力学性能无损测试装置包括一平面测试台1，其底面设置有支撑脚，顶面设置有一具有顶板2和两丝杠3组成的门型支架。两丝杠3的两端分别通过轴承4垂直安装在顶板2和测试台1上，两丝杠3的底端连接一固定在测试台1底面的电机5带动的减速器6。电机5的转动可以通过减速器6同时带动两丝杠3转动。一横梁7，横梁7的两端通过内螺纹连接在两丝杠3上，两丝杠3的转动可以带动横梁7上、下移动。将一传感器8，设置在横梁7的底面，再将直径为3-10mm球形压头9设置在传感器8的底端，使加压在球形压头9上的载荷值可以通过传感器8显示出来。

上述实施例中，可以在测试台1上开设一与球形压头9位置对应的通孔10，在通孔10上放置一盖板11。这样在测试一不易移动的试件(如地面等)时，可以打开盖板11将球形压头9探出测试台1的通孔10进行测试。

上述实施例中，门型支架的两垂直杆也可以是两导柱12(如图3所示)，两导柱的12两端分别固定在顶板2和测试台1上。横梁7的驱动装置为一通过螺纹旋设在顶板2上的螺旋顶压装置13(比如一丝杠)，螺旋顶压装置13的输出端顶设在横梁7上。螺旋顶压装置13具有一手柄14，螺旋顶压装置13通过手动旋转手柄14驱动，在顶板2和横梁7之间设置有复位弹簧15。手柄14也可以是通过电机、减速器等驱动。

如图2所示，门型支架的顶板2的前部可以探出两垂直杆，使安装其上的传感器8呈悬臂状，这样被测试件体积就不必放置在门型支架的两垂直杆之间，有利于较大的试件测试。

上述实施例中，球形压头，也可以根据测试需要换成其他形式的压头，例如维氏压头，三点弯曲压头等。

本实用新型使用时，首先对被测试件的局部进行打磨或抛光，然后将试件打磨和抛光的部位对准球形压头，启动横梁驱动装置，将球形压头垂直压在打磨或抛光处，以一定速度加载，传感器可以测量在线载荷值。当加载至试件表面产生一微小环形裂纹为止，此刻的载荷为临界载荷。通过测量获得微小环形裂纹的半径，并通过公式导出球形压头与试件在临界载荷时刻的接触圆半径；或用读数显微镜直接测出球形压头与试件在临界载荷时刻的接触圆半径，然后代入试件的局部强度求值公式。

另外本实用新型可以立着放置工作，也可以躺着放在体视显微镜下工作，使受载过程中的试样局部演变置于显微镜的在线监测之下。体视显微镜带有数码照相机并与计算机相连，可将所拍的照片直接输到计算机进行处理。

Claims (9)

1、一种脆性材料力学性能无损测试装置，其特征在于：它包括一平面测试台；一具有一顶板和两垂直杆的门型支架，其设置在所述测试台上；一通过驱动装置移动的横梁，其两端设置在所述门型支架的两垂直杆上；一传感器，其设置在所述横梁上；一压头，其设置在所述传感器底端。

2、如权利要求1所述的脆性材料力学性能无损测试装置，其特征在于：所述压头为球压头、维氏压头、三点弯曲压头中的一种。

3、如权利要求1所述的脆性材料力学性能无损测试装置，其特征在于：所述测试台上设置有一与所述压头位置对应的通孔，在所述通孔上设置一盖板。

4、如权利要求2所述的脆性材料力学性能无损测试装置，其特征在于：所述测试台上设置有一与所述压头位置对应的通孔，在所述通孔上设置一盖板。

5、如权利要求1或2或3或4所述的脆性材料力学性能无损测试装置，其特征在于：传感器安装在所述横梁的前方。

6、如权利要求1或2或3或4所述的脆性材料力学性能无损测试装置，其特征在于：所述门型支架的两垂直杆为两丝杠，所述两丝杠的两端分别通过轴承安装在顶板和测试台上，所述横梁的驱动装置为一电机带动的减速器，所述减速器的输出端分别驱动两丝杠转动，所述横梁两端通过螺纹连接在所述丝杠上。

7、如权利要求5所述的脆性材料力学性能无损测试装置，其特征在于：所述门型支架的两垂直杆为两丝杠，所述两丝杠的两端分别通过轴承安装在顶板和测试台上，所述横梁的驱动装置为一电机带动的减速器，所述减速器的输出端分别驱动两丝杠转动，所述横梁两端通过螺纹连接在所述丝杠上。

8、如权利要求1或2或3或4所述的脆性材料力学性能无损测试装置，其特征在于：所述门型支架的两垂直杆为两导柱，所述两导柱的两端分别固定在所述顶板和测试台上，所述横梁的驱动装置为一通过螺纹旋设在所述顶板上的螺旋顶压装置，所述螺旋顶压装置的输出端顶设在所述横梁上，所述顶板和横梁之间设置复位弹簧。

9、如权利要求5所述的脆性材料力学性能无损测试装置，其特征在于：所述门型支架的两垂直杆为两导柱，所述两导柱的两端分别固定在所述顶板和测试台上，所述横梁的驱动装置为一通过螺纹旋设在所述顶板上的螺旋顶压装置，所述螺旋顶压装置的输出端顶设在所述横梁上，所述顶板和横梁之间设置复位弹簧。

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