[发明专利]一种带弹性压力头的小力值自动加载试验装置

说明书

本发明涉及一种带弹性压力头的小力值自动加载试验装置，适用于陶瓷及人造金刚石膜这类高度脆性材料测定断裂韧性K_IC及弯曲强度σ_b的自动加载试验场合。

现有的国内、外各种试验装置，包括陶瓷及人造金刚石膜这类高度脆性材料测定断裂韧性K_IC及弯曲强度σ_b的试验装置，均采用刚性压力头。这种刚性压力头在其对试样施加载荷时，压力头本身的变形是非常微小的，以致一般可以忽略不计其变形量。这样的刚性压力头，用于陶瓷及人造金刚石膜这类高度脆性材料测定断裂韧性K_IC及弯曲强度σ_b的自动加载试验装置时，存在一个很大的问题。由于陶瓷及人造金刚石膜这类高度脆性材料，无论用三点弯试样测定其断裂韧性K_IC，还是测定其弯曲强度σ_b，考虑到加工和材料的价格等因素，这类试样的尺寸均很小，以金刚石膜为例，一般试样的长X高X厚约为：10X2X0.25(mmXmmXmm)，因此，其破坏力值也是很小的了，一般约为十几或几十牛顿(N)。对于这类刚性压力头的试验装置，为了测得小力值，一般加载速度必须选取得非常小，比如对陶瓷弯曲试验加载时，一般限制加载时压力头的移动速度不大于0.05mm/min。根据金刚石膜与陶瓷的不同的弹性模量，类比陶瓷的情形，如对金刚石膜弯曲试验加载时，应限制加载时压力头的移动速度不大于0.013mm/min。可见要轻易达到上述压力头的位移速度是不容易的。现在，即便达到了上述位移速度，仍然存在问题。哪又是什么问题呢？因为对陶瓷及金刚石膜这类高度脆性材料，其弹性模量极高，约为：300-1150GPa，在刚性压力头接触试样至压断，刚性压力头相对于试样的位移量是极小的，因此，加载过程仅几秒钟或不到1秒。这种使用刚性压力头的试验装置，显然对于观测这类材料的断裂过程，测准断裂力值，均会带来高成本或不成功，而且无法实现加载速度控制，无法测出试验时施力点的位移值。

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种以力值作为控制参量，结构合理、装置成本低、检测性能可靠、可方便地测出试验时施力点位移值的带弹性压力头的小力值自动加载试验装置。

一种带弹性压力头的小力值自动加载试验装置，包括底座1、立柱2、横梁3、受控电机4、升降丝杆5、弹性压力头6、力传感器7、试样支承盘8、试样9、实时摄象系统10、控制卡11、A/D卡12、图象卡13及计算机14，其特征在于：弹性压力头6与升降丝杆5相连，力传感器7设置在底座1上，弹性压力头6由压力头61、连接护套62、两只锁紧螺母63、压力头体64、滑动套65、弹簧66及小轴67组成，力传感器7通过A/D卡12与计算机14相连，受控电机4通过控制卡11与计算机14相连，实时摄象系统10通过图象卡13与计算机14相连。

如上所述的一种带弹性压力头的小力值自动加载试验装置，其特征在于：弹簧66的弹簧刚度范围为0.001N/mm至1000N/mm，弹簧66的弹簧高度范围为1mm至1000mm，弹簧66的弹簧簧圈半径范围为1mm至1000mm。

本发明的优点是：第一、由于以弹性压力头代替原先的刚性压力头，以高精度力传感器测出的力值作为试验时的控制参量，代替了原先以位移作为试验控制参量，亦即采用了直接以加载速度(dF/dt)控制进行试验，各种加载速度可在试验前设定，方便而精确，有利于对在各种加载速度下，材料的力学性能作出正确的评价；第二、由于采用了直接以加载速度(dF/dt)控制进行试验，使试样自受力至破断的时间可方便地被控制和调整，有利于观测试样破断的全过程，大大降低观测、记录所用设备的费用；第三、由于采用了直接以加载速度(dF/dt)控制进行试验，放宽了对压头的位移速度要求，从而简化了装置的结构，降低了成本。第四、由于采用了弹性压力头，以加载速度(dF/dt)控制进行试验，可以方便地得出试验时施力点的位移值。

附图1为本发明的外形结构图。

附图2为本发明的弹性压力头6的结构图。

其中：1-底座，2-立柱，3-横梁，4-受控电机，5-升降丝杆，6-弹性压力头，7-力传感器，8-试样支承盘，9-试样，10-实时摄象系统，11-控制卡，12-A/D卡，13-图象卡，14-计算机，61-压力头，62-连接护套，63-锁紧螺母，64-压力头体，65-滑动套，66-弹簧，67-小轴。

下面结合附图，对本发明的实施方案和工作原理作一详细描述。