裂紋擴展聲發(fā)射試驗裝置及試驗方法
【專利摘要】一種裂紋擴展聲發(fā)射試驗裝置，包括帶有矩形中空空間的固定架，其特征是：試件至少一端通過連接裝置與固定架的一側(cè)的內(nèi)壁連接，試件至少另一端通過加載裝置與固定架另一側(cè)的內(nèi)壁連接；所述的加載裝置中，加載頭與試件連接，加載桿一端穿過固定架與連接板連接，另一端與加載頭固定連接，在連接板與固定架的外壁之間設(shè)有液壓裝置，液壓裝置的端頭設(shè)有壓力傳感器。一種采用上述的裝置進行試驗的方法，包括以下步驟：一、裝載試件，二、液壓裝置加載，使試樣產(chǎn)生裂紋擴展的聲發(fā)射信號；通過上述步驟獲得各種裂紋擴展聲發(fā)射信號。本發(fā)明可以方便地按不同加載速度加載，因而可以產(chǎn)生多方向、復(fù)雜載荷情況，可使裂紋擴展聲發(fā)射研究更貼近實際工況。
【專利說明】裂紋擴展聲發(fā)射試驗裝置及試驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種裂紋試驗裝置及方法，特別是一種裂紋擴展聲發(fā)射試驗裝置及試驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]起重機、壓力容器、橋梁等結(jié)構(gòu)在服役一定年限后會出現(xiàn)裂紋的萌發(fā)和擴展，嚴(yán)重危害結(jié)構(gòu)健康，如果不及時發(fā)現(xiàn)，可能帶來災(zāi)難性后果。因此對結(jié)構(gòu)裂紋早期檢測與控制至關(guān)重要。裂紋在萌發(fā)或擴展時會以瞬態(tài)彈性波的方式釋放應(yīng)變能，產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象。聲發(fā)射對裂紋極為敏感，聲發(fā)射信號中包含著大量與結(jié)構(gòu)特征、材料特性、載荷、環(huán)境等相關(guān)的信息。因此，可以利用聲發(fā)射對結(jié)構(gòu)進行無損檢測，研究裂紋萌發(fā)、擴展的機理，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)失效、動態(tài)裂紋發(fā)展的早期診斷。
[0003]采用聲發(fā)射檢測裂紋需要基于大量的模擬試驗，通過裂紋擴展的聲發(fā)射試驗研究聲發(fā)射信號與裂紋萌發(fā)、擴展，裂紋類型、結(jié)構(gòu)載荷及結(jié)構(gòu)材料之間的關(guān)系。目前，試驗室產(chǎn)生裂紋擴展主要采用拉伸試驗即使用拉力試驗機對試樣進行拉伸破壞，產(chǎn)生裂紋擴展的聲發(fā)射現(xiàn)象，但拉伸試驗只能單向加載，且對試樣的尺寸、空間位置、聲發(fā)射檢測傳感器布置等有諸多限制，難以進行多向、復(fù)雜載荷下裂紋擴展聲發(fā)射試驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種裂紋擴展聲發(fā)射試驗裝置及試驗方法，可用于產(chǎn)生不同材料在多向、復(fù)雜載荷下的多類型裂紋擴展，從而克服上述問題，滿足試驗研究與工程應(yīng)用需求。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種裂紋擴展聲發(fā)射試驗裝置，包括帶有矩形中空空間的固定架，其特征是:試件至少一端通過連接裝置與固定架的一側(cè)的內(nèi)壁連接，試件至少另一端通過加載裝置與固定架另一側(cè)的內(nèi)壁連接；
所述的加載裝置中，加載頭與試件連接，加載桿一端穿過固定架與連接板連接，另一端與加載頭固定連接，在連接板與固定架的外壁之間設(shè)有液壓裝置，液壓裝置的端頭設(shè)有壓力傳感器。
[0006]在液壓裝置與固定架外壁之間設(shè)有反力塊，壓力傳感器安裝在液壓裝置與反力塊之間。
[0007]所述的試件為十字形試件，十字形試件中間設(shè)有橫向或斜向的通槽，十字形試件的相鄰兩端通過連接裝置與固定架的內(nèi)壁連接，另外兩端通過加載裝置與固定架另一側(cè)的內(nèi)壁連接。
[0008]所述的試件為直線形試件，試件中部設(shè)有橫向通槽或搭接縫。
[0009]所述的連接裝置中，固定架連接頭通過螺栓與固定架連接，夾持頭上設(shè)有用于容納試件端頭的凹槽，并通過螺栓與試件端頭連接，夾持桿一端與夾持頭連接，另一端與固定架連接頭連接。[0010]所述的固定架連接頭截面成“H”形，“H”形的中間連接部分位于固定架的內(nèi)側(cè)，并與夾持桿通過螺紋連接，螺栓位于固定架的外側(cè)。
[0011]一種采用上述的裝置進行裂紋擴展聲發(fā)射試驗的方法，還包括聲發(fā)射檢測系統(tǒng)，包括以下步驟:
一、裝載試件，確保連接可靠，液壓系統(tǒng)的活塞桿處于初始位置，壓力傳感器初始校
準(zhǔn)；
二、開始工作時，液壓裝置急速加載，使試樣預(yù)制割縫或焊縫處出現(xiàn)裂紋并迅速擴展，產(chǎn)生裂紋突發(fā)擴展的聲發(fā)射信號；
液壓裝置緩慢勻速加載，使試樣預(yù)制割縫或焊縫處出現(xiàn)裂紋并緩慢擴展，產(chǎn)生裂紋勻速擴展的聲發(fā)射信號；
液壓裝置按照復(fù)雜加載曲線進行加載，產(chǎn)生裂紋復(fù)雜擴展的聲發(fā)射信號；
由聲發(fā)射檢測系統(tǒng)采集各種聲發(fā)射信號；
三、分別更換不同結(jié)構(gòu)的試件，產(chǎn)生如步驟二中的各種聲發(fā)射信號；
通過上述步驟獲得各種裂紋擴展聲發(fā)射信號。
[0012]分別更換不同材料的試樣，可以分別產(chǎn)生不同材料的裂紋擴展的聲發(fā)射信號。
[0013]對于十字形試件，兩個液壓裝置同時加載。
[0014]本發(fā)明提供的一種裂紋擴展聲發(fā)射試驗裝置及試驗方法，可以方便地按不同加載速度加載，因而可以產(chǎn)生多方向、復(fù)雜載荷情況，可使裂紋擴展聲發(fā)射研究更貼近實際工況。試樣、加載方向、加載速度可以人為設(shè)定，增加了試驗研究中可控制變量，有利于理論分析。操作方便，試樣制造簡單，成本低廉，可應(yīng)用金屬、非金屬等各種材料的試驗研究，適用范圍廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明:
圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明中加載裝置的爆炸視圖。
[0017]圖3為本發(fā)明中連接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明簡化結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0019]圖5為本發(fā)明中帶橫向槽十字形試件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖6為本發(fā)明中帶橫向槽直線形試件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖7為本發(fā)明中帶搭接縫直線形試件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖8為本發(fā)明中帶斜向槽十字形試件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中:加載裝置1，固定螺栓11，加長桿連接螺栓12，連接板13，液壓裝置14，加長桿15，壓力傳感器16，反力塊17，加載桿18，加載頭19，固定架2，連接裝置3，固定架連接頭31，夾持桿32，夾持頭33，試件4，聲發(fā)射檢測系統(tǒng)5。
【具體實施方式】
[0024]如圖廣4中，一種裂紋擴展聲發(fā)射試驗裝置，包括帶有矩形中空空間的固定架2，試件4至少一端通過連接裝置3與固定架2的一側(cè)的內(nèi)壁連接，試件4至少另一端通過加載裝置I與固定架2另一側(cè)的內(nèi)壁連接；
所述的加載裝置I中，加載頭19與試件4連接，加載桿18 —端穿過固定架2與連接板13連接，另一端與加載頭19固定連接，在連接板13與固定架2的外壁之間設(shè)有液壓裝置14，液壓裝置14的端頭設(shè)有壓力傳感器16。由此結(jié)構(gòu)，通過液壓裝置14即可實現(xiàn)拉伸試件4，在試件4上如圖1中的黑點位置放置聲發(fā)射傳感器，通過聲發(fā)射檢測系統(tǒng)5采集聲發(fā)射信號，即可對各種聲發(fā)射現(xiàn)象進行研究。
[0025]如圖f 2中所示，在液壓裝置14與固定架2外壁之間設(shè)有反力塊17，壓力傳感器16安裝在，液壓裝置14與反力塊17之間。液壓裝置14中的液壓桿頂住反力塊17，即可實現(xiàn)拉伸試件4，同時可以得到加載的應(yīng)力數(shù)值。
[0026]如圖1、5、8中所示，所述的試件4為十字形試件，十字形試件中間設(shè)有橫向或斜向的通槽，十字形試件的相鄰兩端通過連接裝置3與固定架2的內(nèi)壁連接，另外兩端通過加載裝置I與固定架2另一側(cè)的內(nèi)壁連接。十字形試件同時具有張開型、滑開型試樣的受力特點，因此，可同時產(chǎn)生張開型和滑開型裂紋，也即復(fù)合型裂紋；復(fù)合型試樣共有四個端，其中兩個相鄰端為固定端另外兩個相鄰端為加載端；四個端上各開有一個通孔，分別可用于夾持、固定及施加載荷。
[0027]如圖6、7中所示，所述的試件4為直線形試件，試件中部設(shè)有橫向通槽或搭接縫。搭接縫試件為滑開型試件“搭接”處設(shè)計有焊縫；在加載過程中，焊縫處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致滑開型裂紋的產(chǎn)生；滑開型試樣共有兩個端，各端上都開有一個通孔，可用于夾持、固定及施加載荷。
[0028]如圖3中所示，所述的連接裝置3中，固定架連接頭31通過螺栓與固定架2連接，夾持頭33上設(shè)有用于容納試件4端頭的凹槽，并通過螺栓與試件4端頭連接，夾持桿32 —端與夾持頭33連接，另一端與固定架連接頭31連接。
[0029]如圖1、3中所示，所述的固定架連接頭31截面成“H”形，“H”形的中間連接部分位于固定架2的內(nèi)側(cè)，并與夾持桿32通過螺紋連接，螺栓位于固定架2的外側(cè)。由此結(jié)構(gòu)，連接裝置3的位置可以適應(yīng)試件4的位移，以盡量減少對聲發(fā)射信號的影響。
[0030]一種采用上述的裝置進行裂紋擴展聲發(fā)射試驗的方法，還包括聲發(fā)射檢測系統(tǒng)5，聲發(fā)射檢測系統(tǒng)5包括工控機(包括聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、微型計算機和配套軟件)、聲發(fā)射傳感器、傳感器固定夾。試驗方法包括以下步驟:
一、裝載試件，確保連接可靠，試件4處于拉緊狀態(tài)，試件4與夾持頭33可根據(jù)需要采用橡膠墊片配合，避免試件4與夾持頭33、螺栓直接接觸產(chǎn)生干擾；液壓系統(tǒng)的活塞桿處于初始位置，壓力傳感器初始校準(zhǔn)；
二、開始工作時，液壓裝置14急速加載，使試樣預(yù)制割縫或焊縫處出現(xiàn)裂紋并迅速擴展，產(chǎn)生裂紋突發(fā)擴展的聲發(fā)射信號；
液壓裝置14緩慢勻速加載，使試樣預(yù)制割縫或焊縫處出現(xiàn)裂紋并緩慢擴展，產(chǎn)生裂紋勻速擴展的聲發(fā)射信號；
液壓裝置14按照復(fù)雜加載曲線進行加載，產(chǎn)生裂紋復(fù)雜擴展的聲發(fā)射信號；
由聲發(fā)射檢測系統(tǒng)采集各種聲發(fā)射信號；
三、分別更換不同結(jié)構(gòu)的試件4，產(chǎn)生如步驟二中的各種聲發(fā)射信號；
通過上述步驟獲得各種裂紋擴展聲發(fā)射信號。[0031]優(yōu)選的，分別更換不同材料的試樣，可以分別產(chǎn)生不同材料的裂紋擴展的聲發(fā)射信號。
[0032]優(yōu)選的，對于十字形試件，兩個液壓裝置14同時加載。
[0033]盡管業(yè)已結(jié)合附圖和具體實例對本發(fā)明的裂紋擴展聲發(fā)射試驗裝置及試驗方法進行了說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，所公開的具體方案是說明性的，而不是限定性的，在不違背本發(fā)明所披露的原理和構(gòu)思的前提下，可以對上述方案進行各種改變和變形，這樣的改變都屬于權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明要求保護的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種裂紋擴展聲發(fā)射試驗裝置，包括帶有矩形中空空間的固定架(2)，其特征是:試件(4)至少一端通過連接裝置(3)與固定架(2)的一側(cè)的內(nèi)壁連接，試件(4)至少另一端通過加載裝置(I)與固定架(2)另一側(cè)的內(nèi)壁連接； 所述的加載裝置(I)中，加載頭(19)與試件(4)連接，加載桿(18) —端穿過固定架(2)與連接板(13 )連接，另一端與加載頭(19 )固定連接，在連接板(13 )與固定架(2 )的外壁之間設(shè)有液壓裝置(14)，液壓裝置(14)的端頭設(shè)有壓力傳感器(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裂紋擴展聲發(fā)射試驗裝置，其特征是:在液壓裝置(14)與固定架(2)外壁之間設(shè)有反力塊(17)，壓力傳感器(16)安裝在，液壓裝置(14)與反力塊(17)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種裂紋擴展聲發(fā)射試驗裝置，其特征是:所述的試件(4)為十字形試件，十字形試件中間設(shè)有橫向或斜向的通槽，十字形試件的相鄰兩端通過連接裝置(3)與固定架(2)的內(nèi)壁連接，另外兩端通過加載裝置(I)與固定架(2)另一側(cè)的內(nèi)壁連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種裂紋擴展聲發(fā)射試驗裝置，其特征是:所述的試件(4)為直線形試件，試件中部設(shè)有橫向通槽或搭接縫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裂紋擴展聲發(fā)射試驗裝置，其特征是:所述的連接裝置(3)中，固定架連接頭(31)通過螺栓與固定架(2)連接，夾持頭(33)上設(shè)有用于容納試件(4)端頭的凹槽，并通過螺栓與試件(4)端頭連接，夾持桿(32)—端與夾持頭(33)連接，另一端與固定架連接頭(31)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裂紋擴展聲發(fā)射試驗裝置，其特征是:所述的固定架連接頭(31)截面成“H”形，“H”形的中間連接部分位于固定架(2)的內(nèi)側(cè)，并與夾持桿(32)通過螺紋連接，螺栓位于固定架(2)的外側(cè)。
7.一種采用權(quán)利要求1飛任一項所述的裝置進行裂紋擴展聲發(fā)射試驗的方法，還包括聲發(fā)射檢測系統(tǒng)(5)，其特征是包括以下步驟:一、裝載試件，確保連接可靠，液壓系統(tǒng)的活塞桿處于初始位置，壓力傳感器初始校準(zhǔn)； 二、開始工作時，液壓裝置(14)急速加載，使試樣預(yù)制割縫或焊縫處出現(xiàn)裂紋并迅速擴展，產(chǎn)生裂紋突發(fā)擴展的聲發(fā)射信號； 液壓裝置(14)緩慢勻速加載，使試樣預(yù)制割縫或焊縫處出現(xiàn)裂紋并緩慢擴展，產(chǎn)生裂紋勻速擴展的聲發(fā)射信號； 液壓裝置(14)按照復(fù)雜加載曲線進行加載，產(chǎn)生裂紋復(fù)雜擴展的聲發(fā)射信號； 由聲發(fā)射檢測系統(tǒng)采集各種聲發(fā)射信號； 三、分別更換不同結(jié)構(gòu)的試件(4)，產(chǎn)生如步驟二中的各種聲發(fā)射信號； 通過上述步驟獲得各種裂紋擴展聲發(fā)射信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種裂紋擴展聲發(fā)射試驗的方法，其特征是:分別更換不同材料的試樣，可以分別產(chǎn)生不同材料的裂紋擴展的聲發(fā)射信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的一種裂紋擴展聲發(fā)射試驗的方法，其特征是:對于十字形試件，兩個液壓裝置(14)同時加載。
【文檔編號】G01N29/14GK103604872SQ201310587785
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】李力, 曾德學(xué), 李驥 申請人:三峽大學(xué)