本实用新型专利技术涉及一种用于脆性材料的动态三点弯曲测试系统，属于材料动态力学实验领域。包括撞击杆、入射杆、测试试样、测试夹具、透射杆和吸收杆，撞击杆、入射杆、测试夹具、透射杆和吸收杆的直径相同，撞击杆、入射杆、透射杆、吸收杆和测试夹具的材质均相同；使用时，测试试样放置在凹槽且与凹槽的底面接触，入射杆的楔形冲头与测试试样贴合，冲头刃部与测试试样的跨距方向垂直；吸收杆端面与透射杆端面贴合，在入射杆和透射杆的1/2长度位置粘贴应变片，撞击杆撞击入射杆，应变片采集波形数据完成测试；可采用透射杆采集透射波信号，数据获取直接，实验误差较小。实验误差较小。实验误差较小。
【技术实现步骤摘要】
一种用于脆性材料的动态三点弯曲测试系统
[0001]本技术涉及一种用于脆性材料的动态三点弯曲测试系统，属于材料动态力学实验领域。
技术介绍
[0002]分离式霍普金森压杆是目前材料动态力学性能测试的主要装置之一，可实现材料在中高应变率条件下(102s
‑1～104s
‑1)力学性能参数的获取。随着测试表征技术的发展，科研工作者在传统分离式霍普金森压杆基础上，基于波导杆间接获取应变信号的原理，对霍普金森杆的测试范围进行了拓展，动态三点弯曲实验即为其中之一，可实现材料动态抗弯强度和动态断裂韧性的测试表征。
[0003]动态三点弯曲实验的基本原理为：撞击杆以一定速度撞击入射杆形成应力脉冲，应力脉冲传导至入射杆另一端时，通过入射杆端部的楔形冲头结构给试样施加载荷，实现弯曲加载，并通过波导杆上的应变片采集应变信号。中国专利申请201410250056.2(一种基于测试材料动态断裂韧性的三点弯曲测试装置)中，抛弃了传统的透射杆和吸收杆，采用固定式试样支撑装置实现试样的装夹和支撑；通过入射杆上应变片采集到的入射波、反射波信号，求解获得透射波信号，进而计算出加载载荷。由于入射杆楔形加载端的变截面设计，应力波在传导过程中会出现一定的失真现象，因此入射波和反射波信号均带有误差；同时，支撑支架在加载过程中也会吸收能量，系统整体上已经不能精确满足“入射波+反射波＝透射波”关系，应力计算误差将被进一步放大。此类装置可用于塑性较好的金属材料弯曲加载过程，但不适用于陶瓷等失效应变较小的脆性材料。文献《陶瓷材料动态抗弯强度性能测试》中，采用与入射杆等截面的空心圆管代替透射杆，作为试样的支撑支架，通过贴在圆管外侧的应变片直接获取透射波信号，减小了实验误差，可较为准确的获得材料的动态弯曲强度，但大长径比、高尺寸精度的金属圆管加工定制难度较大，成本较高。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本技术的目的在于提供一种脆性材料动态三点弯曲测试系统。
[0005]为实现上述目的，本技术的技术方案如下：
[0006]一种脆性材料动态三点弯曲测试系统，包括撞击杆、入射杆、测试试样、测试夹具、透射杆和吸收杆，撞击杆、入射杆、测试夹具、透射杆和吸收杆的直径相同，撞击杆、入射杆、透射杆、吸收杆和测试夹具的材质均相同；
[0007]所述入射杆的一端带有楔形冲头；
[0008]所述测试夹具由安装固定部、过渡部和样品装夹部组成；
[0009]其中，安装固定部为直径与透射杆直径相同的圆柱体结构，安装固定部的端面与透射杆的端面紧密贴合，并通过内径与透射杆外径相匹配的固定套将测试夹具与透射杆连接，所述固定套采用低波阻抗材质；
[0010]过渡部用于实现安装固定部与样品装夹部之间的过渡，过渡部为中空结构，过渡
部沿垂直方向的截面积与透射杆的截面积相等；
[0011]样品装夹部为圆环结构，圆环内径与外径的算术平均值等于测试试样的加载跨距；样品装夹部上对称设有用于放置测试试样的凹槽，凹槽深度大于测试试样的厚度；
[0012]使用时，测试试样放置在凹槽且与凹槽的底面接触，入射杆的楔形冲头与测试试样贴合，冲头刃部与测试试样的跨距方向垂直；吸收杆端面与透射杆端面贴合，在入射杆和透射杆的1/2长度位置粘贴应变片，撞击杆撞击入射杆，应变片采集波形数据完成测试。
[0013]进一步的，所述系统还包括法兰、套筒和质量块，法兰位于入射杆上靠近撞击杆的一端，套筒的内径与入射杆的直径相匹配，套筒套装在入射杆上，质量块上开有通孔，通孔的内径与入射杆的直径相匹配，入射杆未设置法兰的一端穿过所述通孔，套筒和法兰位于质量块的同一侧且套筒分别与法兰和质量块紧密贴合；法兰、套筒和质量块与入射杆的材质相同。
[0014]进一步的，所述法兰的截面积为入射杆的2倍，法兰的厚度小于等于入射杆长度的千分之五；所述套筒的截面积与入射杆的截面积相等，套筒的长度与撞击杆相等；所述质量块的质量远大于所述系统的质量。
[0015]进一步的，所述固定套的材质为尼龙或硅橡胶。
[0016]进一步的，所述凹槽的底面距样品装夹部与过渡部接触面的距离大于等于5mm。
[0017]进一步的，所述凹槽的底面上设有支撑弧面，所述支撑弧面与所述测试试样沿垂直方向为线接触，所述支撑弧面的弧面半径为0.5
‑
3mm，沿水平方向的高度1
‑
5mm。
[0018]进一步的，所述样品装夹部的外周面上设有试样固定圆环，所述凹槽位于试样固定圆环上，所述试样固定圆环采用低波阻抗材质。
[0019]进一步的，所述试样固定圆环的材质为尼龙或硅橡胶。
[0020]进一步的，所述样品装夹部上设有与设有支撑弧面，所述支撑弧面与所述测试试样沿垂直方向为线接触，所述支撑弧面的弧面半径为0.5
‑
3mm，沿水平方向的高度1
‑
5mm。
[0021]有益效果
[0022]本技术所述系统可采用透射杆采集透射波信号，数据获取直接，实验误差较小；进一步的，通过法兰、套筒和质量块的设置，可实现单次加载，可控性强。
附图说明
[0023]图1为本技术所述系统结构示意图；
[0024]图2为本技术所述系统单次加载结构示意图；
[0025]图3为本技术所述系统单次加载局部结构示意图；
[0026]图4
‑
8为本技术所述测试夹具的结构示意图；
[0027]图9为本技术实施例1波阻抗匹配验证结果；
[0028]图10为本技术实施例3的测试结果图；
[0029]其中，1
‑
撞击杆，2
‑
法兰，3
‑
套筒，4
‑
质量块，5
‑
入射杆，6
‑
测试试样，7
‑
测试夹具，8
‑
透射杆，9
‑
吸收杆，10
‑
安装固定部，11
‑
过渡部，12
‑
样品装夹部，13
‑
安装固定部的端面，14
‑
凹槽，15
‑
凹槽的底面，16
‑
支撑弧面，17
‑
试样固定圆环。
具体实施方式
[0030]下面结合具体实施例对本技术作进一步详细的说明。
[0031]如图1所示，一种脆性材料动态三点弯曲测试系统，包括撞击杆1、入射杆5、测试试样6、测试夹具7、透射杆8和吸收杆9，撞击杆1、入射杆5、透射杆8和吸收杆9的直径相同，撞击杆1、入射杆5、透射杆8、吸收杆9和测试夹具7的材质均相同；
[0032]所述入射杆5的一端带有楔形冲头；
[0033]所述测试夹具7由安装固定部10、过渡部11和样品装夹部12组成；
[0034]其中，安装固定部1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种脆性材料动态三点弯曲测试系统，其特征在于：包括撞击杆(1)、入射杆(5)、测试试样(6)、测试夹具(7)、透射杆(8)和吸收杆(9)，撞击杆(1)、入射杆(5)、透射杆(8)和吸收杆(9)的直径相同；撞击杆(1)、入射杆(5)、透射杆(8)、吸收杆(9)和测试夹具(7)的材质均相同；其中，所述入射杆(5)的一端带有楔形冲头；所述测试夹具(7)由安装固定部(10)、过渡部(11)和样品装夹部(12)组成；安装固定部(10)为直径与透射杆(8)直径相同的圆柱体结构，安装固定部(10)的端面(13)与透射杆(8)的端面紧密贴合，并通过内径与透射杆(8)外径相匹配的固定套将测试夹具(7)与透射杆(8)连接，所述固定套采用低波阻抗材质；过渡部(11)用于实现安装固定部(10)与样品装夹部(12)之间的过渡，过渡部(11)为中空结构，过渡部(11)沿垂直方向的截面积与透射杆(8)的截面积相等；样品装夹部(12)为圆环结构，圆环内径与外径的算术平均值等于测试试样(6)的加载跨距；样品装夹部(12)上对称设有用于放置测试试样(6)的凹槽(14)，凹槽(14)深度大于测试试样(6)的厚度；使用时，测试试样(6)放置在凹槽(14)且与凹槽(14)的底面(15)接触，入射杆(5)的楔形冲头与测试试样(6)贴合，冲头刃部与测试试样(6)的跨距方向垂直；吸收杆(9)端面与透射杆(8)端面贴合，在入射杆(5)和透射杆(8)的1/2长度位置粘贴应变片，撞击杆(1)撞击入射杆(5)，应变片采集波形数据完成测试。2.如权利要求1所述的一种脆性材料动态三点弯曲测试系统，其特征在于：所述系统还包括法兰(2)、套筒(3)和质量块(4)，法兰(2)位于入射杆(5)上靠近撞击杆(1)的一端，套筒(3)的内径与入射杆(5)的直径相匹配，套筒(3)套装在入射杆(5)上，质量块(4)上开有通孔，通孔的内径与入射杆(5)的直径相匹配，入射杆(5)未设置法兰(2)的一端穿过所述通孔，套筒(3)和法兰(2)位于质量块(4)的同一侧且套筒(3)分别与法兰(2)和质...
【专利技术属性】
技术研发人员：王扬卫，安瑞，付强，程焕武，辛梓涵，李宗家，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：新型
国别省市：
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