Ct試樣多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試夾具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及材料力學(xué)性能測試領(lǐng)域，具體涉及CT試樣多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試夾具。本發(fā)明的夾具由圓盤、插銷、推桿?傳感器組件、導(dǎo)筒、CT試樣夾具組件和支撐平臺(tái)組成；工作時(shí)，圓盤裝在試驗(yàn)機(jī)上，CT試樣夾具組件與試驗(yàn)機(jī)連接，插銷與圓盤連接，支撐平臺(tái)上固定四個(gè)導(dǎo)筒使橫向推桿?傳感器組件內(nèi)側(cè)貼準(zhǔn)CT試樣，試驗(yàn)機(jī)以動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔKI方式對(duì)試樣進(jìn)行軸向加載時(shí)，圓盤帶動(dòng)插銷上下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)推桿?傳感器組件橫向左右運(yùn)動(dòng)的趨勢，使試樣裂紋面沿裂紋擴(kuò)展方向承受切向動(dòng)態(tài)ΔKII載荷、垂直于裂紋擴(kuò)展方向承受橫向撕裂ΔKIII載荷，根據(jù)試驗(yàn)機(jī)上的加載記錄和推桿?傳感器組件的加載記錄，實(shí)現(xiàn)CT試樣的高周多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試。
【專利說明】
CT試樣多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試夾具
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及材料力學(xué)性能測試領(lǐng)域，具體涉及一種緊湊拉伸(CT)試樣多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試夾具。
【背景技術(shù)】
[0002]工程結(jié)構(gòu)與元件在疲勞載荷服役條件下通常處于多軸動(dòng)態(tài)疲勞應(yīng)力狀態(tài)。材料多軸疲勞性能，是評(píng)價(jià)其服役能力和壽命的基礎(chǔ)依據(jù)。
[0003]既有材料多軸疲勞性能測試，通常采用如MTS809型的電液伺服多軸(拉壓-扭轉(zhuǎn))疲勞試驗(yàn)機(jī)及薄壁管狀試樣，應(yīng)用應(yīng)變控制法進(jìn)行測試，在管道、壓力容器工業(yè)領(lǐng)域，具有一定生產(chǎn)及科技意義。但在其它領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)及元件在高周、低幅多軸應(yīng)力狀態(tài)工作，這類測試，除容易實(shí)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)彎曲(彎扭載荷)材料疲勞試驗(yàn)，更重要的是所述試驗(yàn)都僅限于光滑試樣，其它則基本上限制在實(shí)物結(jié)構(gòu)的認(rèn)證臺(tái)架試驗(yàn)。在材料多軸疲勞裂紋擴(kuò)展領(lǐng)域，理論上人們發(fā)展了以K1J11和Km多軸應(yīng)力強(qiáng)度因子及度量方法及多軸應(yīng)力強(qiáng)度因子理論，但在多軸疲勞裂紋性能測試領(lǐng)域，得到公認(rèn)的僅限于斜裂紋測試材料K1J11性能，尤其在高周領(lǐng)域，缺乏同時(shí)兼顧多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能的測試裝備與方法。
[0004]本發(fā)明提出一種CT試樣高周多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試夾具，利用常規(guī)高周疲勞試驗(yàn)機(jī)的軸向動(dòng)態(tài)拉伸載荷產(chǎn)生裂紋平面剪切、撕裂載荷，完成CT試樣的高周多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題是提供一種CT試樣高周多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試夾具，利用常規(guī)高周疲勞試驗(yàn)機(jī)的軸向動(dòng)態(tài)拉伸載荷產(chǎn)生裂紋平面剪切、橫向撕裂載荷，實(shí)現(xiàn)CT試樣的高周多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:CT試樣多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試夾具試夾具，所述測試夾具由圓盤1、插銷2、推桿-傳感器組件3、導(dǎo)筒4、CT試樣夾具組件5和支撐平臺(tái)6組成;所述圓盤I的圓心處具有通孔，圓盤I的盤面靠近周線處具有4個(gè)固定孔，且相鄰固定孔到圓心連線的夾角為90°;所述插銷2為4個(gè)，每個(gè)插銷2的一端分別與圓盤I上的一個(gè)固定孔固定連接;所述導(dǎo)筒4為4個(gè)，導(dǎo)筒4固定在支撐平臺(tái)6上，每個(gè)導(dǎo)筒4中具有一個(gè)推桿-傳感器組件3，導(dǎo)筒4的一端還具有開孔;所述支撐平臺(tái)6的臺(tái)面中心處具有通孔;所述CT試樣夾具組件5的一端穿過圓盤I上的通孔，另一端穿過支撐平臺(tái)6上的通孔進(jìn)行固定；所述推桿-傳感器組件3的一端連接CT試樣夾具組件5，推桿-傳感器組件3的另一端通過導(dǎo)筒4的開孔與插銷2的另一端連接;所述圓盤I用于在CT試樣夾具組件5中的試樣進(jìn)行軸向加載時(shí)，帶動(dòng)所述插銷2上下運(yùn)動(dòng);所述插銷2用于在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)推動(dòng)推桿-傳感器組件3具有橫向左右運(yùn)動(dòng)的趨勢，使CT試樣夾具組件5中的試樣的裂紋面沿裂紋擴(kuò)展方向承受切向動(dòng)態(tài)載荷、垂直于裂紋擴(kuò)展方向承受橫向撕裂載荷;所述推桿-傳感器組件3用于推動(dòng)并記錄試樣的信息。
[0007]本發(fā)明總的技術(shù)方案，上述方案中圓盤I裝在試驗(yàn)機(jī)上，CT試樣夾具組件5上下兩端穿過圓盤I和支撐平臺(tái)6后與試驗(yàn)機(jī)緊固連接在一起，插銷2通過螺紋等方式與圓盤I緊固連接在一起，支撐平臺(tái)6之上固定4個(gè)導(dǎo)筒4使橫向推桿-傳感器組件3貼準(zhǔn)CT試樣的正確加載位置，當(dāng)試驗(yàn)機(jī)以動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子A K1方式對(duì)試樣進(jìn)行軸向加載時(shí)，圓盤I具有帶動(dòng)所述插銷2上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)所述推桿-傳感器組件3橫向左右運(yùn)動(dòng)的趨勢，使試樣裂紋面沿裂紋擴(kuò)展方向承受切向動(dòng)態(tài)△ Kn載荷、垂直于裂紋擴(kuò)展方向承受橫向撕裂△ Km載荷，根據(jù)試驗(yàn)機(jī)加載記錄和推桿-傳感器組件3的加載記錄，從而實(shí)現(xiàn)CT試樣的高周多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試。
[0008]進(jìn)一步的，所述插銷2另一端為錐角為(^的圓錐形，所述推桿-傳感器組件3的另一端為與插銷2另一端圓錐形所匹配的圓錐形斜面，所述圓錐形斜面的角度為α°，所述插銷2另一端與推桿-傳感器組件3另一端形成滑動(dòng)連接，以實(shí)現(xiàn)將所述插銷2的上下運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為推桿-傳感器組件3橫向左右運(yùn)動(dòng)的趨勢。
[0009]上述方案的目的是提出一種插銷2與推桿-傳感器組件3能夠?qū)崿F(xiàn)將插銷2的上下運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為推桿-傳感器組件3橫向左右運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)方式，可以肯定的是，圓錐面與圓錐形斜面的結(jié)構(gòu)方式具有實(shí)現(xiàn)方法簡單，并且具有良好的可調(diào)節(jié)性。
[0010]進(jìn)一步的，所述推桿-傳感器組件3具有通過加墊片微調(diào)長度的功能，從而調(diào)節(jié)所述插銷2圓錐形端的圓錐面與所述推桿-傳感器組件3圓錐形斜面端接觸的起始點(diǎn)，從而調(diào)節(jié)所述插銷2上下位移與所述推桿-傳感器組件3橫向位移的轉(zhuǎn)換比例，實(shí)現(xiàn)變載荷幅加載；同時(shí)，4個(gè)推桿-傳感器組件3與所述CT試樣夾具組件5相連接位置的高度不同，分別實(shí)現(xiàn)沿裂紋面裂紋擴(kuò)展方向的切向動(dòng)態(tài)加載和沿裂紋面垂直于裂紋擴(kuò)展方向的橫向撕裂動(dòng)態(tài)加載。
[0011]上述方案是對(duì)圓錐面與圓錐形斜面形成的滑動(dòng)連接方式的可調(diào)節(jié)性的一種實(shí)現(xiàn)方式，通過采用簡單的加墊片的方式，即可實(shí)現(xiàn)4個(gè)推桿-傳感器組件3內(nèi)側(cè)端部相對(duì)于所述CT試樣正確加載位置的高度不同的調(diào)節(jié)，從而分別實(shí)現(xiàn)沿裂紋面裂紋擴(kuò)展方向的切向動(dòng)態(tài)A Kn加載和沿裂紋面垂直于裂紋擴(kuò)展方向的橫向撕裂動(dòng)態(tài)△ Km加載。
[0012]進(jìn)一步的，所述支撐平臺(tái)3的臺(tái)面具有4級(jí)高度，分別滿足所述4個(gè)推桿-傳感器組件3對(duì)CT試樣夾具組件5連接的位置要求。
[0013]進(jìn)一步的，所述導(dǎo)筒4與支撐平臺(tái)6通過螺栓的方式緊固連接，可通過在所述導(dǎo)筒4底部加減墊片方式微調(diào)高度位置，使4個(gè)推桿-傳感器組件3內(nèi)端對(duì)準(zhǔn)試樣加載需要的位置。
[0014]本發(fā)明的有益效果:利用試驗(yàn)機(jī)的軸向AK1載荷，在CT試樣裂紋面產(chǎn)生沿裂紋擴(kuò)展方向的動(dòng)態(tài)切向△ Kii載荷和垂直于裂紋擴(kuò)展方向的橫向動(dòng)態(tài)撕裂△ Km載荷，根據(jù)試驗(yàn)機(jī)上的加載記錄和所述推桿-傳感器組件3的加載記錄，實(shí)現(xiàn)CT試樣的高周多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的CT試樣多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試夾具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明的CT試樣多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試夾具在進(jìn)行軸向加載時(shí)CT試樣與推桿-傳感器組件的受力方向示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明的CT試樣多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試夾具中CT試樣夾具組件與推桿-傳感器組件的連接方式示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明一種CT試樣多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試夾具的實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說明。
[0020]如圖4所示，CT試樣多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試夾具，由圓盤1、插銷2、推桿-傳感器組件3、導(dǎo)筒4、CT試樣夾具組件5、支撐平臺(tái)6組成。所述圓盤I的厚度為20mm、直徑為480mm，在直徑420mm的圓上每隔90°開有緊固后述插銷的M30 X 2的螺紋孔;所述插銷2的長度按照加載位置的高度不同，用于裂紋面上沿裂紋擴(kuò)展方向動(dòng)態(tài)剪切A Kn加載試樣前、后分別為234mm和176mm，用于裂紋面上垂直于裂紋擴(kuò)展方向動(dòng)態(tài)撕裂AKm加載試樣上、下分別為207mm和227mm，其中上部IlOmm范圍車削有M30 X 2外螺紋與上述圓盤I上的螺紋孔配合并可采用反向螺帽緊固，下部17mm范圍設(shè)計(jì)具有α錐角構(gòu)成圓錐面，以便與具有相同α角度的推桿-傳感器組件3外端圓錐斜面配合;所述推桿-傳感器組件3的外徑50mm，用于AKnW載時(shí)長度分別為168mm和198mm，用于△ Kiii加載的長度為203mm，其中傳感器連接之間可采用墊片微調(diào)長度;所述導(dǎo)筒4內(nèi)炭直徑為50mm導(dǎo)向支撐，外側(cè)基礎(chǔ)寬高為80mm X 80mm，用于Δ Kn加載時(shí)長度為172mm，用于△ Km加載時(shí)長度為206mm;所述CT試樣夾具組件5可夾持高寬厚50mm X 50mm X 1mm的CT試樣；其支撐平臺(tái)6的圓盤直徑為400mm，頂面設(shè)計(jì)有高度分別為271mm、293mm、313mm和337mm的四級(jí)局部平臺(tái)，以放置所述4個(gè)導(dǎo)筒4具有正確的加載位置。實(shí)施時(shí)可針對(duì)所述插銷2下部選擇不同的α錐角，制造多個(gè)插銷2以及與其配對(duì)的推桿-傳感器組件3外端。工作時(shí)，所述圓盤1、試樣夾具組件5上下與試驗(yàn)機(jī)緊固連接在一起，所述具有α錐角的插銷2通過螺紋與圓盤I緊固連接在一起，所述支撐平臺(tái)6之上固定4個(gè)導(dǎo)筒4，并使外側(cè)具有α圓錐斜角的橫向推桿-傳感器組件3內(nèi)側(cè)緊貼試樣要求加載位置，開啟試驗(yàn)機(jī)及推桿-傳感器組件3中的傳感器信息采集系統(tǒng)，經(jīng)過調(diào)試，實(shí)現(xiàn)利用軸向△ K1動(dòng)載荷，產(chǎn)生沿裂紋擴(kuò)展方向的切向動(dòng)態(tài)A Kn和垂直于裂紋擴(kuò)展方向的橫向撕裂Δ Km載荷，根據(jù)試驗(yàn)機(jī)上的加載記錄和推桿-傳感器組件3的加載記錄，實(shí)現(xiàn)CT試樣的高周多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.CT試樣多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試夾具，所述測試夾具由圓盤(I)、插銷(2)、推桿-傳感器組件(3)、導(dǎo)筒(4)、CT試樣夾具組件(5)和支撐平臺(tái)(6)組成;所述圓盤(I)的圓心處具有通孔，圓盤(I)的盤面靠近周線處具有4個(gè)固定孔，且相鄰固定孔到圓心連線的夾角為90°;所述插銷(2)為4個(gè)，每個(gè)插銷(2)的一端分別與圓盤(I)上的一個(gè)固定孔固定連接;所述導(dǎo)筒(4)為4個(gè)，導(dǎo)筒(4)固定在支撐平臺(tái)(6)上，每個(gè)導(dǎo)筒(4)中具有一個(gè)推桿-傳感器組件(3)，導(dǎo)筒(4)的一端還具有開孔;所述支撐平臺(tái)(6)的臺(tái)面中心處具有通孔;所述CT試樣夾具組件(5)的一端穿過圓盤(I)上的通孔，另一端穿過支撐平臺(tái)(6)上的通孔進(jìn)行固定;所述推桿-傳感器組件(3)的一端連接CT試樣夾具組件(5)，推桿-傳感器組件(3)的另一端通過導(dǎo)筒(4)的開孔與插銷(2)的另一端連接;所述圓盤(I)用于在CT試樣夾具組件(5)中的試樣進(jìn)行軸向加載時(shí)，帶動(dòng)所述插銷(2)上下運(yùn)動(dòng);所述插銷(2)用于在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)推動(dòng)推桿-傳感器組件(3)具有橫向左右運(yùn)動(dòng)的趨勢，使CT試樣夾具組件(5)中的試樣的裂紋面沿裂紋擴(kuò)展方向承受切向動(dòng)態(tài)載荷、垂直于裂紋擴(kuò)展方向承受橫向撕裂載荷;所述推桿-傳感器組件(3)用于推動(dòng)并記錄試樣的信息。2.如權(quán)利要求1所述的CT試樣多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試夾具，其特征在于，所述插銷(2)另一端為錐角為0°的圓錐形，所述推桿-傳感器組件(3)的另一端為與插銷(2)另一端圓錐形所匹配的圓錐形斜面，所述圓錐形斜面的角度為α°，所述插銷(2)另一端與推桿-傳感器組件(3)另一端形成滑動(dòng)連接，以實(shí)現(xiàn)將所述插銷(2)的上下運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為推桿-傳感器組件(3)橫向左右運(yùn)動(dòng)的趨勢。3.如權(quán)利要求2所述的CT試樣多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試夾具，其特征在于，所述推桿-傳感器組件(3)具有通過加墊片微調(diào)長度的功能，從而調(diào)節(jié)所述插銷(2)圓錐形端的圓錐面與所述推桿-傳感器組件(3)圓錐形斜面端接觸的起始點(diǎn)，從而調(diào)節(jié)所述插銷(2)上下位移與所述推桿-傳感器組件(3)橫向位移的轉(zhuǎn)換比例，實(shí)現(xiàn)變載荷幅加載;同時(shí)，4個(gè)推桿-傳感器組件(3)與所述CT試樣夾具組件(5)相連接位置的高度不同，分別實(shí)現(xiàn)沿裂紋面裂紋擴(kuò)展方向的切向動(dòng)態(tài)加載和沿裂紋面垂直于裂紋擴(kuò)展方向的橫向撕裂動(dòng)態(tài)加載。4.如權(quán)利要求3所述的CT試樣多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試夾具，其特征在于，所述支撐平臺(tái)(3)的臺(tái)面具有4級(jí)高度，分別滿足所述4個(gè)推桿-傳感器組件(3)對(duì)CT試樣夾具組件(5)連接的位置要求。5.如權(quán)利要求1所述的CT試樣多軸疲勞裂紋擴(kuò)展性能測試夾具，其特征在于，所述導(dǎo)筒(4)與支撐平臺(tái)(6)通過螺栓的方式緊固連接，可通過在所述導(dǎo)筒(4)底部加減墊片方式微調(diào)高度位置，使4個(gè)推桿-傳感器組件(3)內(nèi)端對(duì)準(zhǔn)試樣加載需要的位置。
【文檔編號(hào)】G01N3/04GK106018077SQ201610489507
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】趙永翔, 陳旭, 方修洋, 石曉輝, 何華武
【申請人】西南交通大學(xué)