[发明专利]一种制造金属薄板规定尺寸冲击凹坑的试验系统及测试方法

说明书

技术领域

本发明提供一种制造金属薄板规定尺寸冲击凹坑的试验系统及测试方法，属试验测试技术领域。

背景技术

物体在很短时间内以一定速度作用于结构上就产生冲击，并导致冲击载荷，冲击载荷产生的应力称作冲击应力；因冲击而导致的材料与结构损伤比比皆是，比如，飞机在飞行过程中因冰雹、鸟撞或者在维修过程中不经意的工具掉落都会在结构件或蒙皮上，产生一定程度的冲击损伤，其特征是在结构件或蒙皮表面留有冲击凹坑，可以说，冲击凹坑的尺寸大小在一定意义上代表了冲击损伤和冲击能量的大小，因此，有必要在材料或结构上制造规定尺寸的冲击凹坑，用于研究其对静强度与疲劳强度性能的影响，建立凹坑尺寸与静强度和疲劳强度的关系，制定合理的维修策略。目前，复合材料层板冲击试验技术与装置发展较成熟，并已形成了冲击试验标准，但是，国内外对利用冲击制造金属薄板规定尺寸的凹坑的试验技术与装置尚不成熟，鲜有此方面技术研究报道，为此，本发明研制了一种制造金属薄板规定尺寸的冲击凹坑的试验系统，专门制造金属薄板规定尺寸的凹坑，为维修策略的制定提供技术支持。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制造金属薄板规定尺寸冲击凹坑的试验系统及测试方法，以用于制造金属薄板规定尺寸的冲击凹坑。

本发明所采用的技术方案如下：

1）本发明一种制造金属薄板规定尺寸冲击凹坑的试验系统，它是由底座、试验件、压板、冲击块、圆孔垫块、橡胶垫片和支架组成，它们之间的位置连接关系是：支架垂直立于底座上并用加强筋与底座固连；圆孔垫块置于底座矩形凹槽内，其上依次放置试验件、橡胶垫片和压板，冲击块悬挂于支架中部位置。

所述底座是金属结构件，它由一块矩形钢板和4个角钢支腿连接而成；矩形钢板中部设有放置圆孔垫块的矩形凹槽，矩形凹槽中部设有一圆孔。

所述试验件是一块矩形钢板，其中部设有一圆孔(比如直径20毫米)，板四周均布四个圆孔；

所述压板是两长边带曲边凹槽的矩形钢板；

所述冲击块是带台阶的圆柱形件；其一端为螺柱，另一端为半球状。

所述圆孔垫块是四周带圆弧、中心带圆孔的矩形板料；

所述橡胶垫片是四周均布圆孔、中心带圆孔的矩形橡胶板料；

所述支架是由型材制作的Π字形构架，其底部用加强筋与底座固连。

本试验系统的原理及工况简介如下：

工程中，金属薄板冲击凹坑的尺寸通常定义为凹坑根部直径与深度之比，因此，本试验系统通过选定底座垫块圆孔直径和调整冲击块高度的方式，制造规定根部直径和深度的凹坑，从而获得规定尺寸（即规定凹坑根部直径与深度之比）的冲击凹坑。

由于金属薄板因冲击而沿底座垫块圆孔产生塑性变形，形成凹坑，也就是说，圆孔直径决定凹坑根部直径大小，圆孔直径太大，会产生尺寸效应，导致凹坑根部沿试验件长度和宽度方向的直径不相同。一般情况下，需要根据金属薄板试验件尺寸确定不产生尺寸效应的底座垫块圆孔直径，即圆孔直径应不大于金属薄板试验件宽度的1/4，这样，制造的凹坑根部沿试验件长度和宽度方向的直径相同，从而，可制造规定根部直径的凹坑。

调整冲击块的高度，并沿着支架上的光滑导轨下滑，冲击压板固定在底座上的试验件，最终，可制造金属薄板试验件规定深度的冲击凹坑。

本试验系统仅限于金属薄板的低速冲击损伤试验模拟（即圆球形凹坑制造），不可用于金属材料或复合材料厚板的低速冲击损伤模拟。

2）本发明一种制造金属薄板规定尺寸冲击凹坑试验系统的测试方法，该方法具体步骤如下：

步骤一，设计并制造冲击块、不同尺寸的冲击头、支架、底座、底座的圆孔垫块、橡胶垫片以及压板等零件，将这些零件装配成一整体，形成试验系统。

步骤二，将底座安放试验系统的中央位置（即冲击头对准底座中心孔洞），安装圆孔垫块，并铺放带有标记试验件放置位置标记的橡胶垫片，保证试样中心精确对准底座中心，并防止试样因冲击变形而导致表面擦伤；再将金属薄板置于橡胶垫片的试验件标记线内；最后，用钢制压板固定，保证金属薄板冲击后（除冲击凹坑外）的其余部分不发生塌陷，仍保持平整。

步骤三，将冲击块抬到预定高度释放，冲击块将沿着竖直的导轨自由下落，冲击金属薄板试样。实验过程中，要保证不发生二次冲击，即发生第1次冲击后，采用双手托住冲击块，防止二次冲击。