一種機(jī)械式固定高溫疲勞試驗(yàn)中動(dòng)態(tài)引伸計(jì)的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料試驗(yàn)，具體涉及一種機(jī)械式固定高溫疲勞試驗(yàn)中動(dòng)態(tài)引伸計(jì)的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]疲勞失效作為金屬結(jié)構(gòu)最典型的失效形式之一，從上個(gè)世紀(jì)二三十年代以來(lái)，就已經(jīng)成為機(jī)械結(jié)構(gòu)面臨的核心課題，主要研究方向集中在金屬的疲勞裂紋擴(kuò)展，疲勞損傷機(jī)理以及疲勞壽命的預(yù)測(cè)模型等。目前，基于實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量的疲勞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行材料的疲勞損傷和壽命分析，是最重要也是最基礎(chǔ)的研究方式。疲勞試驗(yàn)的控制方式主要有應(yīng)力控制、應(yīng)變控制以及應(yīng)力應(yīng)變復(fù)合控制三種控制方式。根據(jù)研究者的需要，多數(shù)的疲勞試驗(yàn)都需要測(cè)量試樣的變形值，尤其對(duì)于應(yīng)變控制方式的疲勞試驗(yàn)，準(zhǔn)確測(cè)量試樣的應(yīng)變值，是保證試驗(yàn)順利進(jìn)行的首要前提。然而，在高溫疲勞試驗(yàn)中，由于疲勞試樣的表面異常光滑，測(cè)量試樣變形的動(dòng)態(tài)引伸計(jì)極容易在試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生滑動(dòng)，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，浪費(fèi)了大量的人力和財(cái)力。
[0003]動(dòng)態(tài)引伸計(jì)滑動(dòng)主要有三個(gè)方面的原因:其一，材料的疲勞失效對(duì)材料表面缺陷比較敏感，因此疲勞試樣的表面非常光滑；其二，疲勞試驗(yàn)的動(dòng)態(tài)載荷(尤其是拉壓載荷)使得動(dòng)態(tài)引伸計(jì)承受拉伸和壓縮的往復(fù)作用；其三，較高頻率和較大振幅的疲勞試驗(yàn)要求動(dòng)態(tài)引伸計(jì)進(jìn)行較高頻次的同步響應(yīng)。
[0004]目前，針對(duì)以上問(wèn)題，國(guó)內(nèi)已經(jīng)在固定高溫動(dòng)態(tài)引伸計(jì)的方法上進(jìn)行了一些嘗試，提出了通過(guò)在疲勞試樣表面上涂刷耐高溫涂料，增大表面粗糙度，進(jìn)而增大引伸桿與表面摩擦力，避免了疲勞試驗(yàn)中動(dòng)態(tài)引伸計(jì)的滑動(dòng)，確保試驗(yàn)的順利進(jìn)行。然而，高溫涂料大都采用硅酸鹽與其它配料按照一定的配比混合得到，其對(duì)使用溫度有一定的要求，并且高溫條件下很脆，試驗(yàn)過(guò)程中較易破碎和脫落。另外，高溫涂料不僅制備麻煩，無(wú)法重復(fù)回收使用，固化時(shí)間較長(zhǎng)，而且試樣表面的涂料阻礙了試樣在高溫條件下的表面氧化，嚴(yán)重影響了高溫疲勞試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，并且無(wú)法觀察試驗(yàn)之后試樣表面的高溫腐蝕形貌。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)械式固定高溫疲勞試驗(yàn)中動(dòng)態(tài)引伸計(jì)的方法及裝置，使試驗(yàn)過(guò)程中動(dòng)態(tài)引伸計(jì)與疲勞試樣表面保持相對(duì)固定，保證疲勞試驗(yàn)的順利進(jìn)行。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種機(jī)械式固定高溫疲勞試驗(yàn)中動(dòng)態(tài)引伸計(jì)的裝置，包括長(zhǎng)條形薄板和緊固螺釘，沿薄板長(zhǎng)度方向，在薄板兩側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置螺釘孔，將薄板彎曲，彎曲半徑與疲勞試樣平行段的半徑相同，薄板與疲勞試樣相接觸表面的粗糙度與疲勞試樣平行段的表面粗糙度相同；沿薄板寬度方向，距離薄板邊緣寬度的1/3處，設(shè)有一個(gè)V型槽，V型槽長(zhǎng)度方向的中心與薄板外表面長(zhǎng)度方向的中心重合，緊固螺釘設(shè)置在上述螺釘孔中，通過(guò)緊固螺釘將薄板固定在疲勞試樣表面；引伸計(jì)前端嵌入上述V型槽內(nèi)。
[0007]上述V型槽的深度為不小于薄板厚度的2/5，長(zhǎng)度比動(dòng)態(tài)引伸計(jì)前端的寬度長(zhǎng)I?2_，開(kāi)口角度不大于動(dòng)態(tài)引伸計(jì)陶瓷桿前端的角度，保證動(dòng)態(tài)引伸計(jì)陶瓷桿前端可嵌入V型槽內(nèi)。
[0008]上述薄板的寬度為3?6mm,薄板厚度為0.3?0.6mm,兩個(gè)螺釘孔間距為疲勞試樣平行段橫截面的周長(zhǎng)，螺釘孔直徑為2.5?3mm。
[0009]上述薄板的材料不銹鋼，薄板厚度為0.5mm，兩個(gè)螺釘孔間距為疲勞試樣平行段橫截面的周長(zhǎng)，螺釘孔直徑為2.5?3mm，薄板的寬度為4?6mm，V型槽的深度為0.4mm,長(zhǎng)度比動(dòng)態(tài)引伸計(jì)前端的寬度長(zhǎng)I?2mm，開(kāi)口角度不大于動(dòng)態(tài)引伸計(jì)陶瓷桿前端的角度，保證動(dòng)態(tài)引伸計(jì)陶瓷桿前端可嵌入V型槽內(nèi)。
[0010]一種機(jī)械式固定高溫疲勞試驗(yàn)中動(dòng)態(tài)引伸計(jì)的方法，包括以下步驟:
[0011]步驟I)選擇厚度為δ、長(zhǎng)為L(zhǎng)、寬為W的薄板,在薄板上對(duì)稱(chēng)設(shè)置兩個(gè)相距為L(zhǎng)1,直徑為d的螺釘孔；在薄板的外表面，沿寬度方向，距離薄板邊緣1/3W處，設(shè)有一個(gè)深度為h、開(kāi)口角度為Θ、長(zhǎng)度為L(zhǎng)3 KV型槽，V型槽長(zhǎng)度方向的中心與薄板外表面長(zhǎng)度方向的中心重合；
[0012]步驟2)以疲勞試樣平行段的圓柱為標(biāo)準(zhǔn)，沿著薄板長(zhǎng)度方向的中心位置，將兩個(gè)薄板彎曲成半徑為R1的與試樣平行段的半徑R相同的U型板件，并通過(guò)緊固螺釘固定在疲勞試樣表面，動(dòng)態(tài)引伸計(jì)前端的兩個(gè)陶瓷桿分別固定在兩個(gè)U型板件外表面的V型槽內(nèi)，薄板與疲勞試樣相接觸表面的粗糙度與疲勞試樣平行段的表面粗糙度相同。
[0013]動(dòng)態(tài)引伸計(jì)的標(biāo)距L4 = l/3ff+l/3ff+L5 = 2/3W+L5，其中L5為位于動(dòng)態(tài)引伸計(jì)之間的兩個(gè)U型板件邊緣的距離。
[0014]上述V型槽的深度為不小于薄板厚度的2/5，長(zhǎng)度比動(dòng)態(tài)引伸計(jì)前端的寬度長(zhǎng)I?2_，開(kāi)口角度不大于動(dòng)態(tài)引伸計(jì)陶瓷桿前端的角度，保證動(dòng)態(tài)引伸計(jì)陶瓷桿前端可嵌入V型槽內(nèi)。
[0015]上述薄板的寬度為3?6mm,薄板厚度為0.3?0.6mm,兩個(gè)螺釘孔間距為疲勞試樣平行段橫截面的周長(zhǎng)，螺釘孔直徑為2.5?3mm。
[0016]上述薄板的材料為不銹鋼，其厚度δ為0.5_，螺釘孔距L1為疲勞試樣平行段橫截面的周長(zhǎng)，螺釘孔直徑d為2.5?3mm ;薄板的寬度W為4?6mm，V型槽的深度為0.4mm,長(zhǎng)度比動(dòng)態(tài)引伸計(jì)前端的寬度長(zhǎng)I?2_，開(kāi)口角度不大于動(dòng)態(tài)引伸計(jì)陶瓷桿前端的角度，保證動(dòng)態(tài)引伸計(jì)陶瓷桿前端可嵌入V型槽內(nèi)。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):(1)本發(fā)明提供了一種可靠的機(jī)械式固定高溫疲勞試驗(yàn)中動(dòng)態(tài)引伸計(jì)的方法，該方法能夠保證疲勞試驗(yàn)過(guò)程中動(dòng)態(tài)引伸計(jì)在試樣表面牢靠固定，準(zhǔn)確測(cè)量試樣的變形，該方法成本低，操作簡(jiǎn)單，拆裝都極其方便，U型板件的制作方法簡(jiǎn)單，且可重復(fù)使用。
[0018](2)本發(fā)明可以通過(guò)調(diào)整螺釘?shù)乃删o度，確保U型板件和疲勞試樣表面之間不產(chǎn)生滑動(dòng)，V型槽與動(dòng)態(tài)引伸計(jì)前端的鑲嵌確保了動(dòng)態(tài)引伸計(jì)與U型板件的固定位置，采用本發(fā)明不會(huì)對(duì)疲勞試樣測(cè)量段的表面產(chǎn)生任何影響，可以觀察試驗(yàn)結(jié)束后試樣表面的氧化物形貌。
[0019](3)本發(fā)明可根據(jù)不同的疲勞試樣尺寸和動(dòng)態(tài)引伸計(jì)型號(hào)，更改薄板的尺寸、V型槽的尺寸以及兩個(gè)U型板件上V型槽之間的安裝距離，使其適用于不同尺寸的圓棒試樣和不同型號(hào)的高溫動(dòng)態(tài)引伸計(jì)，具有很強(qiáng)的通用性。
[0020](4)薄板材料采用不銹鋼材料，不僅具有較好的塑性，價(jià)格低廉，并且使用條件不受試驗(yàn)溫度的嚴(yán)格控制。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明的薄板示意圖，其中(a)為主視圖，(b)為左視圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的U型板件示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明的V型槽局部放大圖。
[0024]圖4為本發(fā)明的機(jī)械式固定高溫疲勞試驗(yàn)中動(dòng)態(tài)引伸計(jì)裝置示意圖。
[0025]圖5為應(yīng)變控制方式的高溫疲勞應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)圖。
[0026]圖6為應(yīng)變應(yīng)力復(fù)合控制方式的復(fù)雜載荷高溫疲勞應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0028]結(jié)合圖1、圖2、圖3和圖4，一種機(jī)械式固定高溫疲勞試驗(yàn)中動(dòng)態(tài)引伸計(jì)的裝置，包括長(zhǎng)條形薄板和緊固螺釘，沿薄板長(zhǎng)度方向，在薄板兩側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置螺釘孔，將薄板彎曲，彎曲半徑與疲勞試樣平行段的半徑相同，薄板與疲勞試樣相接觸表面的粗糙度與疲勞試樣平行段的表面粗糙度相同；沿薄板寬度方向，距離薄板邊緣寬度的1/3處，設(shè)有一個(gè)V型槽，V型槽長(zhǎng)度方向的中心與薄板外表面長(zhǎng)度方向的中心重合，緊固螺釘設(shè)置在上述螺釘孔中，通過(guò)緊固螺釘將薄板固定在疲勞試樣表面；引伸計(jì)前端嵌入上述V型槽內(nèi)。
[0029]上述V型槽的深度為不小于薄板厚度的2/5，長(zhǎng)度比動(dòng)態(tài)引伸計(jì)前端的寬度長(zhǎng)I?2_，開(kāi)口角度不大于動(dòng)態(tài)引伸計(jì)陶瓷桿前端的角度，保證動(dòng)態(tài)引伸計(jì)陶瓷桿前端可嵌入V型槽內(nèi)。
[0030]上述薄板的寬度為3?6mm,薄板厚度為0.3?0.6mm,兩個(gè)螺釘孔間距為疲勞試樣平行段橫截面的周長(zhǎng)，螺釘孔直徑為2.5?3mm。
[0031]上述薄板的材料為不銹鋼，薄板厚度為0.5_，兩個(gè)螺釘孔間距為疲勞試樣平行段橫截面的周長(zhǎng)，螺釘孔直徑為2.5?3mm,薄板的寬度為4?6mm, V型槽的深度為0.4mm,長(zhǎng)度比動(dòng)態(tài)引伸計(jì)前端的寬度長(zhǎng)I?2mm，開(kāi)口角度不大于動(dòng)態(tài)引伸計(jì)陶瓷桿前端的角度，保證動(dòng)態(tài)引伸計(jì)陶瓷桿前端可嵌入V型槽內(nèi)。
[0032]一種機(jī)械式固定高溫疲勞試驗(yàn)中動(dòng)態(tài)引伸計(jì)的方法，包括以下步驟:
[0033]步驟I)選擇厚度為δ、長(zhǎng)為L(zhǎng)、寬為W的薄板,在薄板上對(duì)稱(chēng)設(shè)置兩個(gè)相距為L(zhǎng)1,直徑為d的螺釘孔；在薄板的外表面，沿寬度方向，距離薄板邊緣1/3W處，設(shè)有一個(gè)深度為h、開(kāi)口角度為Θ、長(zhǎng)度為L(zhǎng)3 KV型槽，V型槽長(zhǎng)度方向的中心與薄板外表面長(zhǎng)度方向的中心重合；
[0034]步驟2)以疲勞試樣平行段的圓柱為標(biāo)準(zhǔn)，沿著薄板長(zhǎng)度方向的中心位置，將兩個(gè)薄板彎曲成半徑為R1的與試樣平行段的半徑R相同的U型板件，并通過(guò)緊固螺釘固定在疲勞試樣表面，動(dòng)態(tài)引伸計(jì)前端的兩個(gè)陶瓷桿分別固定在兩個(gè)U型板件外表面的V型槽內(nèi)，薄板與疲勞試樣相接觸表面的粗糙度與疲勞試樣平行段的表面粗糙度相同。
[0035]動(dòng)態(tài)引伸計(jì)的標(biāo)距L4 = l/3ff+l/3ff+L5 = 2/3W+L5，其中L5為位于動(dòng)態(tài)引伸計(jì)之間的兩個(gè)U型板件邊緣的距