[其他]无摩擦力干扰的材料拉—压试验装置

说明书

本发明提出了一种材料测试装置，属于对材料的力学性能进行测试分析的技术领域。

在现有技术中，测试金属单晶或多晶小型试样在正反向（拉－压）加载时的应力应变特性的试验装置，一般采用导柱导套结构来增加横向的刚性，以防止试样受压时发生侧弯。为1974年12月古德（D.Gould），赫谢尔（P.B.Hirsch）和汉弗.莱斯（F.J.Humphreys）等人发表于英国“哲学杂志”（Phil.Mag.30（6）1353－1377）的文章中采用的试验装置。在这种装置中由于导柱与导套之间不可避免地存在着磨擦力，并且当试验侧弯倾向越大时，这种磨擦力也将越大，这就使试验机施加的轴向载荷中有一部分被这种磨擦力所抵消而不是真正作用在试样上。正、反向加载时这种磨擦力作用在数量上差别很大，又无法分别进行测定和修正。这就造成在对比分析正、反向试验数据时，存在着较大的不准确性。

此外，1973年7月荷奇（K.G.Hoge）。伯莱德（R.L.Bradg）和考特兹（R.Cortey）等人在英国“测试与评价杂志”第一卷（J.of    Testing    and    Evaluation    Vol.I，No.4，288－290）发表文章，提出了一个用于同类目的的专门装置。在该装置中利用滚珠来减小磨擦力干扰，但结构复杂。不易制造安装。同时由于整个装置连同试样都安置在试验机的工作台和活动横梁之间，因此为果需要使试样浸入液氮等介质中进行低温条件下的试验时，在这种装置上是无法实现的。

本发明的目的是，针对上述不足之处进行改进，提出了一个无磨擦力干扰的材料拉－压试验装置。该装置能具有结构简单、易于制造安装，测试数据准确，并容易做到将试样浸入其它温度的介质中进行高、低温试验。

本发明的技术介决方案为图1所示。该装置采用了下悬式，即装置的下端（其中安装有试样）是悬空的，并用一个膜片结构来保证横向刚性。装置中有两根侧柱〔2〕和一根中柱〔13〕。两根侧柱的上端与试验机的活动横梁相联结；中柱的上端则与试验机固定横梁上的载荷传感器相联结，中柱的下端穿过活动横梁上的孔而向下延伸。当试验机活动横梁上下运动时，中柱与侧柱之间就有轴向的相对运动发生。下夹头〔3〕通过底座〔1〕与侧柱相连，上夹头〔4〕则与中柱相连。滑块〔10〕可沿侧柱上下滑动，并可在任何适当位置上通过固定螺钉〔11〕，将其固紧在侧柱上。膜片环组中的外环〔7〕由固定螺钉〔8〕固定在滑块上，膜片环组中的内环〔9〕与上夹头螺纹联结，并有锁紧螺母〔6〕锁紧。为了便于理解，图2表示了膜片环组的介体构造。膜片环由膜片〔14〕、外环〔7〕、内环〔9〕、间隔环〔15〕组成。把它们联结在一起成为一个整体的膜片环。

本发明工作时，试样〔5〕夹持在上、下夹头之间，由于下夹头通过底座与侧柱牢固地联结在一起：上夹头则一方面与中柱相联结，另一方面通过膜片环组与滑块，侧柱相联，因此当试验机活动横梁向下（上）运动时，下夹头将随侧柱而发生向下（上）的运动，上夹头则与中柱一起固定不动，这时试样就会受到拉伸（压缩）的作用。虽然上夹头同时又通过膜片环组及滑块与侧柱相联，但由于膜片是由薄黄铜片制成，在轴向有较好的弹性变形能力，因此上、下夹头间是可以发生轴向相对移动的。而在横向上由于膜片的支撑作用。上、下夹头之间不会发生横向的相对错动。换句话说，上、下夹头之间只允许有轴向的相对运动，而在横向上保持有很好的刚性。这样就可以防止试样在受压时发生侧弯。

为使膜片能最好地完成上述功能，膜片的直径和厚度必须适当。直径大而厚度薄的膜片将能允许较大的轴向相对运动和具有较小的运动阻力。本发明装置中应用的黄铜膜片直径为50毫米。为图3所示，在膜片厚度为0.2毫米时，轴向的弹性变形阻力很小。在轴向位移量不超过1.4毫米时，阻力的大小在±2kgf范围以内。实际上，试验过程中，试样的相对伸长量小于10％，因此当试样标距长为10毫米时，上、下夹头间位移量在1毫米以内，这时膜片的阻力相对于金属试样的形变抗力来说是一个很小的数值，可以忽略不计。如果测量精度要求很严格，则只要测出了膜片阻力特性曲线，就可以根据实际的轴向位移量，将膜片阻力从总载荷中扣除掉。

本发明在保证足够的横向刚性的条件下，完全避免了导柱与导套间磨擦力的干扰问题，从而提高了测试结果的准确性；整个整置结构简单、易于制造安装；同时由于保持了下悬式结构特点，易于进行高、低温环境下的试验。

图1是本发明的结构示意图。

图2是膜片环组的介体图。

图3是膜片在轴向的弹性变形阻力特性曲线。