[发明专利]一种中应变率材料拉伸力学性能测试装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种中应变率材料拉伸力学性能测试装置及测试方法，属于材料力学性能测试技术领域，包括结构支撑框架、加载滑框、试样夹持机构、滑框位置锁定机构、拉伸弹性件、加载螺栓。测试过程中，通过采用落锤冲击试验机的冲击锤头加载测试装置，记录加载过程中的冲击力—位移曲线，并最终转换为材料的拉伸应力—应变曲线。本发明所提出的测试装置在加载过程中，通过加载滑框受冲击后在结构支撑框架内的滑动，带动试样夹持机构向下移动，动态拉伸材料试样获取材料力学性能。本发明结构简单、制造成本低、携带方便，能有效测量中应变率下材料的动态拉伸应力—应变曲线，由此解决采用高速液压试验机测试成本过于高昂的问题。

技术领域

本发明属于材料力学性能测试技术领域，更具体地，涉及一种中应变率材料拉伸力学性能测试装置及测试方法。

背景技术

在汽车、船舶、航天航空等各个领域，结构碰撞安全防护与设计对于保障人民生命财产安全、节约能源、促进环保等方面具有十分重要的实际意义。在结构安全防护与设计过程中，材料在动态加载条件下的应力应变本构关系是必不可少的。特别是对于应变率敏感材料，如低碳钢，在不同应变率加载条件下材料强度具有十分明显的差别，在结构设计中必须予以考虑。

目前，准静态条件下材料的地应变率应力应变关系通常采用万能材料试验机进行，其应变率范围约为0.00001-1(1/s)之间。对于材料在高应变率(1000-100000,1/s)下的力学性能，通常采用霍普金森杆进行测试。对于应用最为广泛的中低速碰撞问题中，材料的中应变率(1-1000,1/s)力学性能测试则通常采用高速液压试验机进行，例如德国兹韦克ZwickRoell的HTM5020和美国英斯特朗INSTRON的VHS8800材料试验机。但此类试验机售价十分高昂，即使仅借助此类试验机进行少量试样的测试，价格也不低。基于这一考虑，目前亟需提出一种力学性能测试装置从而降低测试成本。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了种中应变率材料拉伸力学性能测试装置及测试方法，其结构简单、制造成本低、携带方便，能有效测量应变率在10-1000(1/s)下的材料动态拉伸应力应变曲线，由此解决采用高速液压试验机测试成本过于高昂的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种中应变率材料拉伸力学性能测试装置，该装置包括结构支撑框架、加载滑框、试样夹持机构、弹性拉伸件和加载螺栓；

所述加载滑框嵌于所述结构支撑框架的滑槽内，并可上下滑动；所述试样夹持机构包括相对设置的第一试样夹持件和第二试样夹持件，所述第一试样夹持件固定设置于所述结构支撑框架的顶板，所述第二试样夹持件设置于所述加载滑框的底板；

所述加载螺栓的螺杆可自由穿过位于所述加载滑框底板上的圆孔并与所述第二试样夹持件相接，所述加载滑框以螺杆长度为行程向下移动；所述加载螺栓的头部直径大于所述圆孔的孔径，当所述加载滑框的底板与加载螺栓头部接触时，带动所述第二试样夹持件向下移动并对拉伸试样进行拉伸；

所述弹性拉伸件设置于所述试样夹持机构的两侧，且其两端分别连接于所述结构支撑框架的顶板和所述加载滑框的底板，所述弹性拉伸件用于对所述加载滑框提供向上的拉力。

优选地，还包括结构相同的第一滑框位置锁定机构和第二滑框位置锁定机构，所述第一滑框位置锁定机构和第二滑框位置锁定机构对称设置于所述结构支撑框架的内侧，用于固定拉伸试验开始时所述加载滑框相对于所述结构支撑框架的位置高度。

优选地，所述第一滑框位置锁定机构和第二滑框位置锁定机构的侧面分别与所述加载滑框的两个内侧面接触，且接触面之间可相对自由滑动。

优选地，所述第一滑框位置锁定机构包括滑框位置锁定机构竖向板和滑框位置锁定机构横向板；

所述滑框位置锁定机构竖向板设置于所述结构支撑框架内侧；所述滑框位置锁定机构横向板的两端固定于所述滑框位置锁定机构竖向板，且位于所述加载滑框底板的上方。