[发明专利]一种用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于非均匀材料裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的装置，尤其适用于非均匀材料三点或四点弯曲试样裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具。

背景技术

疲劳失效是机械构件失效的主要方式之一，因此也是材料力学领域研究的重点之一，为了表征材料抗疲劳断裂的特征以及评估构件的疲劳寿命，通常需要测试材料试样的疲劳裂纹扩展速率曲线，一些场合需要用到三点弯曲或四点弯曲试验，此外，对于一些特殊，如非均质材料（比如经感应淬火的钢构件表面淬火层）、梯度材料疲劳寿命的测试，也需要采用三点弯曲或四点弯曲试验。

现有的用于三点弯曲或四点弯曲试验的夹具包括下部支撑结构、上部下压机构两大部分，然而，其存在以下不足之处：

1、在试验过程中，弯曲试样必须保证在压头居中位置，才能保证试验数据的准确性，现有弯曲夹具中没有用于调节弯曲试样的对中调节工具，无法解决试样前后位置定位问题，而采用铅垂吊线的方式进行纵向定位操作麻烦，精度也不易保证；并且，由于柔绳悬吊铅锤的方式在定位前铅锤会随柔绳钟摆晃动，需要长时间才能静置稳定，试样对中操作效率低、耗时长；另外，采用这样的定位方式还容易因观测视角的不同出现定位偏差，因此实际定位精度难以保证。

2、现有弯曲夹具中，用于安装支辊的安装槽的横截面呈浅半圆弧形，这样的结构使得支辊必须通过设置外加固定装置使其固定、来避免支辊掉落，这样的连接结构复杂、拆装繁琐。

3、现有弯曲夹具上难以安装固定传感器，当需要对裂纹的变化进行测量时，通常需要在被测工件的侧壁上破坏性地开设安装槽，并通过安装槽固定传感器的方式，这样的方式不仅操作繁琐、而且必须破坏工件的表面，然而对于非均质材料来说，若希望测得包括表层材料的裂纹扩展曲线，则不能在试样表面开槽，只能外加固定传感器的装置，因此现有的试验夹具无法满足这样的试验需求。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述不足之处，提供一种快速定位、拆装方便、结构简单的用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具。

更进一步，本发明还提供一种支辊固定简单可靠的用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具；

更进一步，本发明还提供无需对试样表面进行破坏、即可外加固定传感器，以满足非均质材料试样包括表层材料的裂纹扩展曲线等参数的测试需求的用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种用于裂纹扩展曲线测试和疲劳试验的夹具，包括位于待测试样下部的支撑机构、以及位于待测试样上部的下压机构，所述支撑机构包括支撑杆，所述支撑杆连接有支撑座，所述支撑座上方设置有支撑滑块，所述支撑滑块上设置有向上开口的第一弧面凹槽，所述第一弧面凹槽内设置有下支辊，所述下压机构包括压头，所述压头的下部设置有向下开口的第二弧面凹槽，所述第二弧面凹槽内设置有上支辊，所述待测试样夹持于下支辊和上支辊之间，所述支撑滑块与待测试样之间设置有顶推调节机构，所述顶推调节机构包括定位支座和定位螺柱，所述定位支座与支撑滑块连接，所述定位支座上设置有螺纹孔，所述定位螺柱与定位支座之间构成丝杆螺母机构。采用这样的结构，通过顶推调节机构主动顶推待测试样进行前后对中定位，具有调节结构简单、操作效率高、精度好的有益效果。

优选的，所述顶推调节机构的数量为两组，两组顶推调节机构中的定位螺柱的轴向分别平行于待测试样的轴向、以及待测试样的侧向。采用这样的结构，两个顶推调节机构在水平面上分别沿平行或垂直于待测试样轴线的方向进行顶推，有利于快速地对待测试样轴向、以及前后方向进行对中调节。

优选的，所述支撑座上设置有刻度标尺，所述刻度标尺能够测得位于定位支座与待测试样之间的定位螺柱的长度。采用这样的结构，通过刻度标尺的度数结合其他固定参数，能够准确地测得待测试样的对中情况，具有结构简单、操作简便、测量速度快、精度高的有益效果。

优选的，所述设置于支撑滑块上的第一弧面凹槽为过半圆弧凹槽。采用这样的结构，区别于现有技术中朝上设置浅半圆弧凹槽、或一定角度的凹槽来安装下支辊的方式，通过过半圆弧凹槽限制下支辊的自由度，省去了现有技术中单独需要弹簧等方式连接下支辊和第一弧面凹槽的方式，具有结构简单、拆装方便的有益效果。需要说明的是，此处的过半圆弧槽，是指第一弧面凹槽所对应的圆弧型线为优弧，下支辊在竖向限位于第一弧面凹槽内，即第一弧面凹槽限制下支辊相对于支撑滑块向上移动。