[实用新型]一种金属材料断裂性能楔入测试装置

说明书

技术领域

本实用新型属于材料试验装置，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。 

实用新型内容

鉴于现有技术的以上不足，本实用新型的目的是，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。 

本实用新型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； 

加载装置由楔形加载头100、传力开口销200和支承底座300三部分构成，其中：传力开口销200为整体台柱式结构，内设楔形槽202，,楔形槽的尺寸与楔形加载头100相配合；开口销外设3/4圆柱式加载辊201，加载辊同C形环试样的加载孔401配合；开口销中部设置有试样台204，试样台上设有用于放置滚珠的环形滚珠槽203，试验时，试样400通过滚珠支撑在环形滚珠槽203上，以将C形环试样底面与开口销底座顶面的滑动摩擦转换为滚动摩擦；开口销底部设置有滑动底座206;滑动底座206的顶面和底面均设置有滚珠槽205，安装上滚珠后置于支承底座的导槽302内；传力开口销可沿导槽302自由滑动。以将C形环试 样底面与开口销底座顶面的滑动摩擦转换为滚动摩擦，配合粘性润滑剂的使用，从而将摩擦力对C形环试样水平张开运动的影响降到最低，将楔形加载头施加竖向载荷转换为水平载荷并传递给C形环试样。 

所述刀口403的间距根据位移计的标距设计。 

本实用新型的有益效果是，通过改变加载方式实现小尺寸金属构件的断裂性能测试，效果理想。本实用新型原理清晰，结构简单，制作方便。本实用新型用于大尺寸金属构件的断裂性能测试，可以达到节省试验材料降低实验成本的效果。 

附图说明

图1是现有技术方案1切割法的示意图。 

图2是现有技术方案2楔入劈拉机构示意图。 

图3是本实用新型C形环试样的示意图。 

图4是本实用新型楔入式加载系统示意图。 

图5楔形加载头三维视图。 

图6传力开口销的三维图。 

图7传力开口销剖视图。 

图8支承底座三维外观图。 

具体实施方式