[发明专利]小尺寸构件断裂性能测试方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料力学实验装置技术领域。

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。

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。

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

本发明的目的之一是提供一种实现小尺寸金属构件断裂性能测试的装置。

此发明目的是通过如下的手段实现的。

一种小尺寸构件断裂性能测试装置，用于小尺寸金属构件的断裂性能检测，其特征在于， 由加载头100、传力销200、载荷转换组件300、滑车400、抗弯拉板500和支承底座600六 部分通过榫卯结构和螺栓连接成刚性整体，从而构成用于将加载头100施加的竖向载荷转换 为横向载荷并传递给C形试样的加载传力机构，并在载荷转换组件300上设置通过加载头100 的抗弯拉板500以限制传力销200因受弯而产生横向变形；

所述加载头100两侧的楔形体101对称布置，楔形体101上斜面的倾角相同；传力销200 为台柱式结构，上部为半圆柱与3/4圆柱式加载辊203的组合体；顶部榫头201同抗拉拉板 500连接，底部设梯形榫头202和对称布置的两个通孔与滑车400刚性连接；加载辊203同C 形环试样的加载孔配合；

所述载荷转换组件300为台柱式结构，顶部榫头301同抗拉拉板500连接，底部设梯形 榫头302和对称布置的两个通孔与滑车400刚性连接，其上部沿与竖向成一定倾角的方向布 置两个相同规格的轴承303，轴承303中心连线的倾角与加载头100中楔形体101的倾角保 持一致；

所述滑车400左右两侧为分别与传力销200梯形榫头201和载荷转换组件300梯形榫头 301紧密配合的梯形开口和螺纹孔，滑车上对称布置4个相同规格的滚动轴承401，以降低C 形试样700横向加、卸载时的摩擦阻力；滑车在靠近载荷转换组件连接的一侧开设与梯形开 口连通的方形孔402，以便加载头100的楔形体101竖向通过；

所述抗弯拉板500设置有与传力销200的顶部榫头201和载荷转换组件300的顶部榫头 301紧密配合的槽孔，同时设置有便于加载头100的楔形体101竖向通过的方形孔；

所述支承底座600上的方形槽为加载头100的楔形体101的竖向运动预留空间。

本发明的另一目的是提供一种小尺寸金属构件断裂性能测试的方法。采用以下的手段实 现发明目的。

小尺寸构件断裂性能测试方法，其特征在于，采用权利要求1或2的装置进行小尺寸金 属构件的断裂性能检测，包括如下的步骤：

(1)横向载荷标定

横向载荷的标定遵循以下步骤：