[发明专利]一种用于测试脆性材料强度的方法及装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及材料强度测量技术，具体涉及一种脆性材料强度的测试方法。

(二)背景技术

玻璃、陶瓷、混凝土、晶体等脆性材料目前在国民经济和国防中得到了广泛的应用。材料的断裂强度是材料实际使用性能的重要参考指标，但强度不是本征参数，它和样品表面加工质量、测试方法以及试样尺寸等诸多因素有关。因而如何较准确地测量使用条件下脆性材料的断裂强度有着重要的理论和应用价值。

测定脆性材料的抗拉强度比较困难，主要是因为脆性材料硬而脆，难以加工出形状复杂的拉伸标准试样，而且要求实验机具有高的同心度，故主要以测定脆性材料弯曲强度作为评价其强度性能的指标。目前国内外都没有一种简便、准确的脆性材料强度测试方法及测试仪，常见的弯曲强度测试多采用三点弯曲或四点弯曲法，选用长棒状矩形截面的试样，因而也存在棱边需要倒角防止应力集中、加工工序复杂等难点，另外为了克服试验结果重复性较差的缺点，每组测量一般需要较多数量(一般大于10)的样品，并进行维氏分布的统计分析。

另外对于单晶材料而言，存在晶体各向异性的特点，而在常见三点或四点弯曲法测试中一般多采用长棒状矩形截面试样，因而即使是同一晶面试样的加载，如果试样侧面的晶面不同，试验结果都有很大的差异，因而难以建立统一的材料评价体系。此外，三点或四点弯曲试验很难真实反映材料在某些特定应用场合如光学窗口的受力状态。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种试样加工容易，测试装置简便，试验结果相对更加可靠，简化了试样制备步骤，利于加工出高表面质量的试件，而且更宜适用于陶瓷类晶体和光学窗口领域用材料的加载应力分析和强度计算，此外在样品台上架设必要的电阻加热装置，还可方便测试脆性材料变温强度大小的用于测试脆性材料强度的方法。

本发明的目的是这样实现的：通过双轴向弯曲加载的方式，选用圆盘状试样、同心环夹具，在电子万能实验机上加载，试样的上下圆截面作为相应的加载面和支撑面，选用两大小不同的同心环试样夹具，对试样上下固定，进行双轴向弯曲，采用相应的应力分析计算得到对应的断裂弯曲强度值。

本发明的测试方法还有这样一些技术特征：

1、所述的圆盘状试样为非常见的长条状标准样品，在分析其应力状态计算试样的强度大小时，采用以下公式：

σmax=3F2πt2[(1+v)ln(dSd1)+(1-v)(dS2-d122d2)]]]>

其中：F为所加载荷的大小，t为样品的厚度；d_s为上加载环的平均直径，d_l为下支撑环的平均直径，d为试样的平均直径，v为样品的泊松比。