[发明专利]小尺寸构件断裂性能测试方法和装置

权利要求书

1.一种小尺寸构件断裂性能测试装置，用于小尺寸金属构件的断裂性能检测，其特征在于，由加载头(100)、传力销(200)、载荷转换组件(300)、滑车(400)、抗弯拉板(500)和支承底座(600)六部分通过榫卯结构和螺栓连接成刚性整体，从而构成用于将加载头(100)施加的竖向载荷转换为横向载荷并传递给C形试样(700)的加载传力机构，并在载荷转换组件(300)上设置通过加载头(100)的抗弯拉板(500)以限制传力销(200)因受弯而产生横向变形；

所述加载头(100)两侧的楔形体(101)对称布置，楔形体(101)上斜面的倾角相同；传力销(200)为台柱式结构，上部为半圆柱与3/4圆柱式加载辊(203)的组合体；顶部榫头(201)同抗拉拉板(500)连接，底部设梯形榫头(202)和对称布置的两个通孔与滑车(400)刚性连接；加载辊(203)同C形环试样的加载孔配合；

所述载荷转换组件(300)为台柱式结构，顶部榫头(301)同抗拉拉板(500)连接，底部设梯形榫头(302)和对称布置的两个通孔与滑车(400)刚性连接，其上部沿与竖向成一定倾角的方向布置两个相同规格的轴承(303)，轴承(303)中心连线的倾角与加载头(100)中楔形体(101)的倾角保持一致；

所述滑车(400)左右两侧为分别与传力销(200)梯形榫头(201)和载荷转换组件(300)梯形榫头(301)紧密配合的梯形开口和螺纹孔，滑车上对称布置4个相同规格的滚动轴承(401)，以降低C形试样(700)横向加、卸载时的摩擦阻力；滑车在靠近载荷转换组件连接的一侧开设与梯形开口连通的方形孔(402)，以便加载头(100)的楔形体(101)竖向通过；

所述抗弯拉板(500)设置有与传力销(200)的顶部榫头(201)和载荷转换组件(300)的顶部榫头(301)紧密配合的槽孔，同时设置有便于加载头(100)的楔形体(101)竖向通过的方形孔；

所述支承底座(600)上的方形槽为加载头(100)的楔形体(101)的竖向运动预留空间。

2.根据权利要求1所述之小尺寸构件断裂性能测试装置，其特征碍于，所述C形环试样具有对称的加载孔(701),初始裂纹缺口(702)和用于测量试样的张开位移的刀口(703)。

3.小尺寸构件断裂性能测试方法，其特征在于，采用权利要求1或2的装置进行小尺寸金属构件的断裂性能检测，包括如下的步骤：

(1)横向载荷标定横向载荷的标定遵循以下步骤：

a)根据一对标定器(800)的尺寸设计板状拉伸试样的尺寸规格，并选用已知弹性模量的金属材料加工至少二对规格相同的板状拉伸试样，并将该两个相同规格的拉伸试样安装在标定器(800)上，同时分别在试样上安装应变计；

b)将安装好试样的标定器置于加载装置中；

c)根据胡克定律计算板状拉伸试样的载荷并求和，即得横向张开载荷；作出施加的竖向楔入载荷同横向张开载荷之间的线性关系曲线，由此曲线确定竖向载荷同横向张开载荷之间的转换比；

d)另至少取一对相同规格的板状拉伸试样完成上述弹性加载，并获得竖向载荷同横向张开载荷之间的转换比；对由多组弹性标定得到的转换比值取平均值，即得本测试系统的载荷转换比；

(2)C形环试样断裂测试

C形环试样的断裂测试遵循以下步骤：

1)将对称布置的传力销(200)穿过C形环试样(700)，传力销上的加载辊(203)与C形环试样的加载孔(701)配合，在C形环试样刀口(703)位置处安装监测C形环试样(700)在横向张开过程中的位移值的位移传感器；

2)记录加载过程中加载头100的竖向载荷F和C形环试样(700)的水平张开位移V，由已标定的载荷转换比换算得到C形环试样(700)的水平张开载荷F_H；

根据传统的多试样法、柔度法或载荷分离法理论直接或间接获得C形环试样在加载过程中的实时裂纹长度a，进而根据C形环试样的(F_H,V,a)实验记录求得被测金属材料的应力强度因子K、J积分、CTOD和疲劳裂纹扩展速率断裂性能。