一种可实时观测的多比例双向拉伸材料测试装置及其方法

技术领域

本发明属于测试技术领域，具体涉及一种可实时观测的多比例双向拉伸材料测试装置及其方法。

背景技术

由于技术和成本限制，对于材料力学性能的研究通常在单轴拉伸机上进行试验，对于材料双轴拉伸力学性能的研究通常需要设计专门的试验装置，在目前的单轴变双轴试验装置的研究中，通常采用卧式方式进行设计，但由于试验加载设备通常都处于测试装置的正上方，故该方式无法对试验件进行正面观测，而一些能用于卧式正面观测的双轴拉伸测试装置，其工艺复杂而且造价较高，需要专用的摄影摄像装置，其实用性较差，另外现有的立式放置的测试装置，几乎都是将十字形试验件两枝竖直放置，其中试验件竖直两枝与重力的方向重合，试验件水平的两枝与重力方向垂直，该方式极易使得试验件两枝处于不同的初始载荷状态，通常竖直方向上的载荷大于水平方向上的载荷。而且在拉伸的过程中，竖直方向上的试验件连接装置所受的重力，直接作用到试验件上，对于试验结果的测量误差较大；此外目前用于微宏观的实时观测手段中，大都涉及到成本较高的仪器设备，例如扫描电镜、高速摄像机、X-CT等设备，成本太高，不适合推广使用。

发明内容

针对现有技术中提到的问题，本发明提供一种结构简单且拉伸比例可调节立式可实时观测的多比例双向拉伸材料测试装置及其方法。

本发明一种可实时观测的多比例双向拉伸材料测试装置，包括上夹具、下夹具及钢丝，所述上夹具与下夹具之间通过钢丝相连；所述上夹具包括上拉块与拉伸杆，所述上拉块上开设有凹槽，且凹槽中部设有凸起，所述拉伸杆中部设有与所述凸起相适应的通孔，且以通孔为中心沿拉伸杆两端轴向分别设有多个第一螺纹孔，凸起穿过通孔设置将上拉块与拉伸杆相连，其中上拉块的两端均开设有插销孔，配合插销可实现对上拉块与拉伸杆的固定装配，所述插销上还设有连接孔；所述下夹具包括框架、导轨及滑块，所述框体底部两端相对设有滑轮座，框体顶部两端分别设有第一方槽与第二方槽，所述滑轮座与第一方槽内均设有第一连接盘；所述导轨为一对且交叉设置，导轨两端均设有第二连接盘，其第一连接盘与第二连接盘之间通过主轴相连，其中导轨相交叉处还设一开孔，所述滑块设置在导轨上。

优选地，所述第一方槽与第二方槽之间还设有多个第二螺纹孔。

优选地，还包括滑筒，所述滑筒上设有滑轮，增加滑筒数量可对应设置不同的加载比例。

优选地，所述滑块呈C字型，滑块底部配合销钉与导轨相连，滑块上一端设有用于与钢丝相连的拉绳孔，另一端设有与试件相连地固定孔。

优选地，还包括支撑杆，所述支撑杆设置于上夹具与下夹具之间，且支撑杆与下夹具螺纹相连。

优选地，所述滑轮座的中心轴线与第二方槽的中心轴线位于同一竖直面内。

优选地，所述拉伸杆长度与框体上两个第二方槽之间距离相当。

一种可实时观测的多比例双向拉伸材料测试装置的方法，

步骤一：将待测试的试件与滑块相连，使试件置于导轨上，且试件中心对准开孔中心设置；

步骤二：在远离试件且位于试件背面处10cm处添加一光源，试件另一面1m处放置有与试件所在平面平行的屏幕；

步骤三：通过加载装置带动凸起，从而通过钢丝对试件进行拉伸，在拉伸过程中，观察试件投影在屏幕上影子的变化情况，依据光源至试件之间距离与光源至屏幕之间距离，从而计算出试件的变形量；

步骤四：重复步骤三，在试件拉伸时，观察屏幕上试件的影子中心处是否有光亮点，即可判定试件在拉伸时发生破坏失稳时刻；

步骤五：通过向拉伸杆两端增加滑筒，配合滑筒上的滑轮与框体上第二螺纹孔安装不同数目的滑筒，从而调节不同的加载比例。

本发明相对于现有技术，取得了以下的技术效果：

本发明装置简单，拉伸行程较大，能较好的控制定速拉伸，其立式结构立式框体方便观察和观测，拉伸杆两端与框体两端可装配若干滑筒，从而实现变比例拉伸。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明上拉块结构示意图；

图3为本发明拉伸杆结构示意图；

图4为本发明插销示意图；

图5为本发明滑块结构示意图；

图6为本发明滑筒结构示意图；

图7为本发明实施例2示意图。

附图标记：1-钢丝；2-上拉块；3-拉伸杆；4-支撑块；5-导轨；6-滑块；7-开孔；8-第一方槽；9-第二方槽；10-滑轮座；11-第二螺纹孔；12-凸起；13-插销孔；14-第一螺纹孔；15-插销；16-拉绳孔；17-滑筒；18-滑轮；19-固定孔。

具体实施方式

实施例1

本发明一种可实时观测的多比例双向拉伸材料测试装置，如图1、图2、图3、图4、图5及图6所示，包括上夹具、下夹具及钢丝1，所述上夹具与下夹具之间通过钢丝1相连；所述上夹具包括上拉块2与拉伸杆3，所述上拉块2上开设有凹槽，且凹槽中部设有凸起12，所述拉伸杆3中部设有与所述凸起12相适应的通孔，且以通孔为中心沿拉伸杆3两端轴向分别设有多个第一螺纹孔14，凸起12穿过通孔设置将上拉块2与拉伸杆3相连，其中上拉块2的两端均开设有插销孔13，配合插销15可实现对上拉块2与拉伸杆3的固定装配，所述插销15上还设有连接孔；所述下夹具包括框架、导轨5及滑块6，所述框体底部两端相对设有滑轮座10，框体顶部两端分别设有第一方槽8与第二方槽9，所述滑轮座10与第一方槽8内均设有第一连接盘；所述导轨为一对且交叉设置，导轨两端均设有第二连接盘，其第一连接盘与第二连接盘之间通过主轴相连，其中导轨5相交叉处还设一开孔7，所述滑块6设置在导轨5上。所述滑块6呈C字型，滑块6底部配合销钉与导轨5相连，滑块6上一端设有用于与钢丝1相连的拉绳孔16，另一端设有与试件相连地固定孔。还包括支撑杆4，所述支撑杆4设置于上夹具与下夹具之间，且支撑杆4与下夹具螺纹相连。所述滑轮座10的中心轴线与第二方槽9的中心轴线位于同一竖直面内。所述拉伸杆3长度与框体上两个第二方槽9之间距离相当。

本实施例中，拉伸杆3的长度长于上拉块2设置，上拉杆凹槽大小与拉伸杆3大小相匹配，从而保证拉伸杆3可放置在凹槽中，凹槽中部设置的凸起12定位作用配合拉伸杆3中部通孔将上拉块2与拉伸杆3相连，上拉块2两端设置的插销孔13配合相连的插销15实现对拉伸杆3的固定；本实施例中的插销15一端设有挡片，另一端设有用于钢丝1穿过的穿孔配合钢丝1将整个上夹具相连；本实施例中的支撑杆4设置在上夹具与下夹具之间可起到支撑上夹具的作用且支撑杆4与下夹具之间螺纹相连，通过旋转支撑杆4可调节支撑距离，本实施例中支撑杆为两个；下夹具为框体结构，框体底部两端分别安装有滑轮座10，框体顶部两端分别设有第一方槽8与第二方槽9，同时下夹具底部还设有固定孔19，其固定孔19可用于与试验固定装置螺纹相连并为下夹具提供支撑作用，本实施例中第一方槽8更加靠近框体中部，第一方槽8内与滑轮座10内均设有第一连接盘，本实施例中的导轨5为一对且两根导轨5交叉设置形成十字架结构，导轨5两端均设有第二连接盘，其中第一连接盘与第二连接盘的中心轴线位于同一水平面内，第一连接盘与第二连接盘之间通过主轴相连，本装置中钢丝一端与滑块6相连，另一端绕过主轴且与上夹具相连。

导轨5上还设有四个滑块6，滑块6分别设于导轨5的四个臂上；本装置中还包括钢丝绳U型卡扣（图中未显示），利用钢丝绳U型卡扣配合设置的第一螺纹孔可对钢丝1进行锁紧，钢丝绳U型卡扣为现有技术，在此不多做阐述；本实施例的滑块6呈C字型，如图6所示，滑块6套设于导轨5上，底部设置的孔可配合螺钉与导轨5相连，螺钉相连时需保证滑块6可沿导轨5滑动即可；本装置安装时，其中一根钢丝1一端连接靠近框体顶部的滑块6后，另一端绕过第一方槽8内的主轴与拉伸杆3上的第一螺纹孔14通过锁紧环相连，另一根钢丝1一端连接靠近框体底部的滑块6后，另一端绕过设置在滑轮座10内的主轴后穿过第二方槽9与拉伸杆3上的第一螺纹孔14通过锁紧环相连。

本装置中的开孔7处用于光源照射试件从而将试件投影在屏幕上，试件与开孔7满足一定关系，当需要从微观角度观察试件的裂纹时，其开孔7大小只需等于试件设置即可；当需要从宏观角度观察试件形变时，其开孔7大小为试件长度的（1+ε）倍，其中ε为伸长率，伸长率是指试件在拉伸断裂后，原始标距的伸长与原始标距之比的百分率，属于本领域公知技术，在此不多做阐述。

使用时，步骤一：将待测试的试件与滑块6相连，使试件置于导轨5上，且试件中心对准开孔7中心设置；

步骤二：在远离试件且位于试件背面处10cm处添加一光源，试件另一面1m处放置有与试件所在平面平行的屏幕，本实施例中的光源为高效影视灯，但不仅限于高效影视灯；

步骤三：通过加载装置带动凸起12，从而通过钢丝1对试件进行拉伸，在拉伸过程中，观察试件投影在屏幕上影子的变化情况，依据光源至试件之间距离与光源至屏幕之间距离，从而计算出试件的变形量；

步骤四：重复步骤三，在试件拉伸时，观察屏幕上试件的影子中心处是否有光亮点，即可判定试件在拉伸时发生破坏失稳时刻；

步骤五：通过向拉伸杆3两端增加滑筒17，配合滑筒17上的滑轮18与框体上第二螺纹孔11安装不同数目的滑筒17，从而调节不同的加载比例。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，本实施例是在实施例1的基础上做的改进，所述第一方槽8与第二方槽9之间还设有多个第二螺纹孔11。还包括滑筒17，所述滑筒17上设有滑轮18，增加滑筒数量可对应设置不同的加载比例。

如图7所示为本装置1:2比例拉伸结构，本实施例中设置的滑轮18安装于滑筒17上，使用时，其中两根位于导轨5上的钢丝1一端与滑块6相连，另一端绕过位于框体底部的主轴从第二方槽9伸出后，再绕过设置于滑筒17上的滑轮18后与穿过设置框体顶部的第二螺纹孔11后通过锁紧环固定，另两根根钢丝1连接方式不作改变，,需要加载1:3,1:4等多个中不同加载比例时，只需增加不同个数的滑筒17，在通过滑筒17上的滑轮18来配合钢丝1来实现不同加载比例拉伸。