[发明专利]一种金属材料断裂性能楔入测试方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于材料试验装置，尤其是金属材料断裂性能楔入测试方法及装置制造领域。

背景技术

断裂性能是衡量构件抵抗断裂破坏行为的重要力学性能参量，在工程构件的结构完整性评定中起着至关重要的作用。对于含Ⅰ型张开裂纹的结构件，获取其断裂性能的传统方法是采用紧凑拉伸或单边裂纹弯曲等标准断裂试样通过拉伸或三点弯曲的加载方式进行测试。由于试样的构形特征，该类标准断裂试样的尺寸通常较大，从而要求被测构件的尺寸也相应较大，由此才能有效测定构件的断裂性能。对于原始尺寸较小的构件，目前尚无有效的断裂性能检测技术。

对于小尺寸金属构件断裂性能的测定，可能的途径是改变加载方式并配合特殊的试样构形设计。

现有技术方案（一）

Williams JG.The fracture mechanics of surface layer removal.International Journal of Fracture,2011,170:37-48.基于机械加工中切削理论提出了以楔入加载方式测定低屈服应力延性非金属材料断裂性能的切割法。如图1所示，在该技术方案中，因切割工具可直接接触到试样的裂纹尖端而无需进行疲劳裂纹预制，同时试样尺寸也不受限制。但是，该技术方案仅适合于测定非金属无裂纹构件断裂时的能量释放率，无法应用于含裂纹金属构件的断裂性能测定。

现有技术方案（二）

在混凝土断裂性能的检测中，一种楔入劈拉（Wedge-Splitting）法得到了广泛应用。Xiao JZ,Schneider H,Donnercke C,Konig G.Wedge splitting test on fracture behavior of ultra high strength concrete.Construction and Building Materials,2004,18:359-365.图2为典型的楔入劈拉法试验系统。该技术方案采用楔形加载板和带滚轴的传力板将施加的竖向载荷转换为对试样的水平拉力，一方面可以忽略试样自重对断裂性能测量结果的影响，另一方面仅需较小的竖向力便可产生较大的水平拉力，从而降低对试验机刚度的要求。然而，该技术方案因带滚轴传力板的设计不能用于小尺寸金属构件的断裂性能检测。

发明内容

鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是，获得一种通过楔入加载方式实现小尺寸金属构件断裂性能测试的方法和装置，并使之具有方法操作简单、成本低、容易实现的优点。

本发明的目的是通过以下的手段实现的：

一种金属材料断裂性能楔入测试方法,对含Ⅰ型张开裂纹的小尺寸金属构件断裂性能的测定,包含如下的手段:

传力开口销200作用于楔形加载头100，施加竖向载荷转换为水平载荷并传递给C形环试样400；通过楔形加载头的竖向运动而对C形环试样实施张开加载，加载过程中将记录施加在楔形加载头上的竖向载荷F和C形环试样刀口位置处的水平张开位移V，C形环试样的水平张开载荷F_H由下式计算：

FH=F2tanθ]]>

式中，θ为传力开口销楔形槽与竖直方向的夹角。

本发明的目的还在于，为以上的试验方法提供一种实施的硬件条件。所采用的方案如下：

一种金属材料断裂性能楔入测试装置，由被测试样及加载装置组成，试样400为采用C形环结构，具有对称的加载孔401,初始裂纹缺口402和用于测量试样张开位移的刀口403；