专利名称：三点弯曲力学性能的测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种静态载荷作用下的多形状试件三点弯曲力学测试方法与装置，主要应用在机械零件、土木结构等弯曲实验测试，如梁、杆、板、管状试件静态载荷作用下的力学测试。
背景技术：
三点弯曲实验测试设备常用于机械零件、工程结构的一些专业实验室，便于安装与调试，操作简单，得到精度较高的实验数据，提高实验的准确性、可靠性。在三点弯曲测试中，实验装置与测试方法是试件测得准确数据的一个重要保证。目前，针对三点弯曲的力学测试方法与装置很多，但是往往不同相形状的试件，或是同一形状不同尺寸的试件，就需要不同的实验装置，且对于不同的测试也没有根据试件的特点提出相应的测试方法，因此给三点弯曲实验测试带来了诸多的不便，降低了其测试结果的准确性与可靠性。
发明内容
为了解决现有的三点弯曲力学测试装置其功能单一，测试方法不明确的技术问题，本发明提供一种能够实现多形状、多尺寸试件的三点弯曲力学性能的测量装置及方法，该装置及方法能对板、杆、梁、管等不同形状的试件，在同一设备装置上进行安装测试，避免了重复更换实验装置，同时根据不同试件上的特点，在该方法下可以准确实现对相关实验数据的测量。为了达到上述目的，本发明的技术方案是:
一种三点弯曲力学性能的测量装置，包括底座、滑槽、位移传感器、弹簧、弹簧挡板、支撑板、垫块、圆锥轴承、滑座、导向杆、横向载荷传感器、滚轮、加载压头，其特点是:底座上面设有滑槽，底座两端分别固定连接有支撑板，滑槽上面通过滚轮滑动连接两个滑座，滑座中通过圆锥轴承连接导向杆，导向杆前端装有垫块，后端穿过支撑板与弹簧挡板可调连接，位于弹簧挡板与支撑板之间的导向杆上装有弹簧，横向载荷传感器安装在弹簧与弹簧挡板之间，位移传感器安装在底座与滑座之间。垫块由高强度钢加工而成，并通过螺栓安装在导向杆上，垫块上面安装弯曲试件。—种多形状试件三点弯曲力学性能的测量方法，其特征在于:具体步骤如下:
O首先根据试样的端面形状，选择垫块，将试样通过螺栓安装到左、右垫块(7)上；
2)保持弹簧完全自由状态，移动滑座，使试件与加载压头相配合；
3)调整左右弹簧挡板位置，对于非上翘试件，将弹簧处于平衡位置，对于上翘试件，测得其左右收缩量aL=L_L’，两端弹簧各向中间预紧aL/2 ；L为上翘试件的总长，L’为上翘试件两端之间的直线长度；
4)连接位移传感器与横向载荷传感器至计算机，设置加载压头的下移行程；
5)运行加载装置，加载压头达到测量行程时，记录位移传感器、横向载荷传感器的数值，同时记录在加压过程下，加载压头压力的变化曲线。本发明的有益效果是:
1.本发明对进行三点弯曲的试件长度测试范围大，试件长度可以是连续变化的尺寸值，且均在同一实验装置上安装测试。2.本发明测试试件的形状多样，对梁、杆、板、管等多形状端面试件均可准确安装夹紧，直接进行力学性能测试。3.本发明对试件测试过程中均为固定铰约束，不会因为固定端约束产生过多的影响因素，保证测试结果的准确性。4.本发明在测试上翘试样时，可以调整弹簧挡板预压缩弹簧，消除上翘试件弯曲实验过程中产生的伸长量，提高测试数据的准确性。
图1是本发明测试装置的结构示意 图2是上翘试件总长L、两端直线长度L ‘示意 图3是上翘试件是否给予预压行程补偿的测试曲线。
具体实施例方式如图1所示，本发明所述的多形状试件三点弯曲力学测试装置主要由支撑系统、弹簧预紧系统、加载系统、测试系统组成。它包括底座1、滑槽2、位移传感器3、弹簧4、弹簧挡板5、支撑板6、垫块7、圆锥轴承8、滑座9、导向杆10、横向载荷传感器11、滚轮12、加载压头14。装置支撑系统的垫块7由高强度钢根据不同试样端面形状加工而成，通过螺栓安装在导向杆10上，弯曲试件13通过垫块7安装固定，滑座9由滚轮12连接在滑槽2上，滑槽2固定连接在底座I上，底座I两端分别固定连接有支撑板6，弹簧预紧系统中导向杆10由圆锥轴承8安装到滑座9上，导向杆10前端装有垫块7，后端穿过支撑板6与弹簧挡板5可调连接，弹簧4套在导向杆10上与弹簧挡板5相连，测试系统中的横向载荷传感器11安装在弹簧4与弹簧挡板5之间，位移传感器3安装在底座I与滑座9之间，加载压头14直接作用于弯曲试件13上，实现对弯曲试件13进行测试。导向杆10与支撑板6、弹簧4以及弹簧挡板5连接，并通过圆锥轴承8连接在滑座9上，实现可动铰约束，滑座9通过滚轮12连接在滑槽上，实现滑座9左右的移动，进而实现对长短不一的试件均可进行安装测试。测试时，固定在支撑板6上的横向载荷传感器11,实现时时检测试件13横向压力，以及位移传感器检测弯曲试件的横向位移；
根据试件13安装端面的形状，更换合适的垫块7，将试件端面完全贴合到垫块7上，实现了不同形状、不同尺寸试件在该装置上的安装测试。对于中部上翘试件13，测试前，两端的弹簧挡板5向内调节，将弹簧压缩，根据上翘尺寸，给予相应的压缩行程，实现了对上翘试件13在受压中伸长距离的消除，将加载压头14测得数据的更具准确性。本发明所述的多形状试件三点弯曲力学性能测量方法，具体由以下步骤完成:
(I)首先根据试样13的端面形状，选择合适的垫块7安装在导向杆10上，将试样13通过螺栓安装到左右垫块7上，以此固定测试中的试样13 ；
(2)然后在保持弹簧4处于自由状态下，移动滑座9，保持试件13在装置中合适位置(根据加载点要求)，使其与加载装置压头14相配合，保证加载装置压头14的载荷作用于指定位置，保证加载的稳定性与准确性；
(3)调整左右弹簧挡板5位置，对于非上翘试件13，将弹簧4处于平衡位置，对于上翘试件13，测得其上翘收缩量aL (aL=L-L’)，两端弹簧4各向中间预紧aL/2行程，以消除在规定下压行程时试件13因上翘而造成承受载荷偏小的误差；
Δ L=L-L’，L为上翘试件的总长，L’为上翘试件两端之间的直线长度。(4)连接位移传感器与横向载荷传感器至计算机，根据测试要求设置试件压头的下移行程，即可同时测得在规定压头行程下，试件13承受的弯曲力，又可测得其横向位移与载荷；
(5)运行加载系统，直至压头14达到规定的行程，记录位移传感器3、横向载荷传感器11的数值，同时记录在加压过程下，压头压力的变化曲线。在图2中给出了上翘试件，其总长L以及两端直线长度L’的示意图，由图可知，对于上翘试件，在测试过程中，对弹簧的预压缩量△ L=L- L’。
在图3中给出了两个相同形状的上翘试件，其中:A线为弹簧给予预压缩量时的曲线，B线为弹簧未给予预压缩量时的曲线。在测试中分别对于弹簧给予预压缩量八L和不给予预压缩量得到的结果，通过本方法及其装置有效的测得上翘弯曲试件的力学特性，为试件的强度、安全性分析提供了可靠的数据。
权利要求
1.一种三点弯曲力学性能的测量装置，包括底座(I)、滑槽(2)、位移传感器(3)、弹簧(4)、弹簧挡板(5)、支撑板(6)、垫块(7)、圆锥轴承(8)、滑座(9)、导向杆(10)、横向载荷传感器(11)、滚轮(12)、加载压头(14)，其特征在于:所述底座(I)上面设有滑槽(2)，底座(I)两端分别固定连接有支撑板(6)，滑槽(2)上面通过滚轮(12)滑动连接两个滑座(9)，滑座(9)中通过圆锥轴承(8)连接导向杆(10)，导向杆(10)前端装有垫块(7)，后端穿过支撑板(6)与弹簧挡板(5)可调连接，位于弹簧挡板(5)与支撑板(6)之间的导向杆(10)上装有弹簧(4)，横向载荷传感器(11)安装在弹簧(4)与弹簧挡板(5)之间，位移传感器(3)安装在底座(I)与滑座(9)之间。
2.根据权利要求1所述的三点弯曲力学性能的测量装置，其特征在于:所述垫块(7)由高强度钢加工而成，并通过螺栓安装在导向杆(10)上，垫块(7)上面安装试件(13)。
3.一种应用权利要求1或2测量多形状试件三点弯曲力学性能的方法，其特征在于:具体步骤如下: O首先根据试样(13)的端面形状，选择垫块(7)，将试样通过螺栓安装到左、右垫块(7)上； 2)保持弹簧(4)完全自由状态，移动滑座(9)，使试件(13)与加载压头(14)相配合； 3)调整左右弹簧挡板(5)位置，对于非上翘试件，将弹簧(4)处于平衡位置，对于上翘试件，测得其左右收缩量AL=L-L’，两端弹簧(4)各向中间预紧aL/2 ；L为上翘试件的总长，L’为上翘试件两端之间的直线长度； 4)连接位移传感器(3)与横向载荷传感器(11)至计算机，设置加载压头(14)的下移行程； 5)运行加载装置，加载压头(14)达到测量行程时，记录位移传感器、横向载荷传感器的数值，同时记录在加压过程下，加载压头(14)压力的变化曲线。
全文摘要
本发明涉及一种三点弯曲力学性能的测量装置及方法，底座上面设有滑槽，滑槽上面通过滚轮滑动连接两个滑座，滑座中通过圆锥轴承连接导向杆，导向杆前端装有垫块，后端与弹簧挡板可调连接，弹簧挡板与支撑板之间的导向杆上装有弹簧，横向载荷传感器安装在弹簧与弹簧挡板之间，位移传感器安装在底座与滑座之间。实验中加载头下压，迫使滑座在轴向上沿滑槽向中间移动，力传感器检测支撑板上的轴向压力，位移传感器检测轴向位移，加载头测得弯曲力。本发明结构简单，加工方便，实现了对不同端面、不同长度试件三点弯曲力学测试实时监测，直观性强，结构合理，操作灵活简单，效果好，便于拆卸，有广阔的市场应用前景，其经济效益和社会效益十分显著。
文档编号G01M13/00GK103149024SQ20131008602
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月18日 优先权日2013年3月18日
发明者倪维宇, 陈道炯, 姚胜卫, 喻珍, 张永强, 张坤, 张林森 申请人:上海理工大学