裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
【專利摘要】一種裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)裝置，包括帶有矩形中空空間的固定架，其特征是：試件至少一端通過(guò)連接裝置與固定架的一側(cè)的內(nèi)壁連接，試件至少另一端通過(guò)加載裝置與固定架另一側(cè)的內(nèi)壁連接；所述的加載裝置中，加載頭與試件連接，加載桿一端穿過(guò)固定架與連接板連接，另一端與加載頭固定連接，在連接板與固定架的外壁之間設(shè)有液壓裝置，液壓裝置的端頭設(shè)有壓力傳感器。一種采用上述的裝置進(jìn)行試驗(yàn)的方法，包括以下步驟：一、裝載試件，二、液壓裝置加載，使試樣產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展的聲發(fā)射信號(hào)；通過(guò)上述步驟獲得各種裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射信號(hào)。本發(fā)明可以方便地按不同加載速度加載，因而可以產(chǎn)生多方向、復(fù)雜載荷情況，可使裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射研究更貼近實(shí)際工況。
【專利說(shuō)明】裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種裂紋試驗(yàn)裝置及方法，特別是一種裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]起重機(jī)、壓力容器、橋梁等結(jié)構(gòu)在服役一定年限后會(huì)出現(xiàn)裂紋的萌發(fā)和擴(kuò)展，嚴(yán)重危害結(jié)構(gòu)健康，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，可能帶來(lái)災(zāi)難性后果。因此對(duì)結(jié)構(gòu)裂紋早期檢測(cè)與控制至關(guān)重要。裂紋在萌發(fā)或擴(kuò)展時(shí)會(huì)以瞬態(tài)彈性波的方式釋放應(yīng)變能，產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象。聲發(fā)射對(duì)裂紋極為敏感，聲發(fā)射信號(hào)中包含著大量與結(jié)構(gòu)特征、材料特性、載荷、環(huán)境等相關(guān)的信息。因此，可以利用聲發(fā)射對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，研究裂紋萌發(fā)、擴(kuò)展的機(jī)理，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)失效、動(dòng)態(tài)裂紋發(fā)展的早期診斷。
[0003]采用聲發(fā)射檢測(cè)裂紋需要基于大量的模擬試驗(yàn)，通過(guò)裂紋擴(kuò)展的聲發(fā)射試驗(yàn)研究聲發(fā)射信號(hào)與裂紋萌發(fā)、擴(kuò)展，裂紋類型、結(jié)構(gòu)載荷及結(jié)構(gòu)材料之間的關(guān)系。目前，試驗(yàn)室產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展主要采用拉伸試驗(yàn)即使用拉力試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行拉伸破壞，產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展的聲發(fā)射現(xiàn)象，但拉伸試驗(yàn)只能單向加載，且對(duì)試樣的尺寸、空間位置、聲發(fā)射檢測(cè)傳感器布置等有諸多限制，難以進(jìn)行多向、復(fù)雜載荷下裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，可用于產(chǎn)生不同材料在多向、復(fù)雜載荷下的多類型裂紋擴(kuò)展，從而克服上述問(wèn)題，滿足試驗(yàn)研究與工程應(yīng)用需求。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)裝置，包括帶有矩形中空空間的固定架，其特征是:試件至少一端通過(guò)連接裝置與固定架的一側(cè)的內(nèi)壁連接，試件至少另一端通過(guò)加載裝置與固定架另一側(cè)的內(nèi)壁連接；
所述的加載裝置中，加載頭與試件連接，加載桿一端穿過(guò)固定架與連接板連接，另一端與加載頭固定連接，在連接板與固定架的外壁之間設(shè)有液壓裝置，液壓裝置的端頭設(shè)有壓力傳感器。
[0006]在液壓裝置與固定架外壁之間設(shè)有反力塊，壓力傳感器安裝在液壓裝置與反力塊之間。
[0007]所述的試件為十字形試件，十字形試件中間設(shè)有橫向或斜向的通槽，十字形試件的相鄰兩端通過(guò)連接裝置與固定架的內(nèi)壁連接，另外兩端通過(guò)加載裝置與固定架另一側(cè)的內(nèi)壁連接。
[0008]所述的試件為直線形試件，試件中部設(shè)有橫向通槽或搭接縫。
[0009]所述的連接裝置中，固定架連接頭通過(guò)螺栓與固定架連接，夾持頭上設(shè)有用于容納試件端頭的凹槽，并通過(guò)螺栓與試件端頭連接，夾持桿一端與夾持頭連接，另一端與固定架連接頭連接。[0010]所述的固定架連接頭截面成“H”形，“H”形的中間連接部分位于固定架的內(nèi)側(cè)，并與夾持桿通過(guò)螺紋連接，螺栓位于固定架的外側(cè)。
[0011]一種采用上述的裝置進(jìn)行裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)的方法，還包括聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，包括以下步驟:
一、裝載試件，確保連接可靠，液壓系統(tǒng)的活塞桿處于初始位置，壓力傳感器初始校
準(zhǔn)；
二、開始工作時(shí)，液壓裝置急速加載，使試樣預(yù)制割縫或焊縫處出現(xiàn)裂紋并迅速擴(kuò)展，產(chǎn)生裂紋突發(fā)擴(kuò)展的聲發(fā)射信號(hào)；
液壓裝置緩慢勻速加載，使試樣預(yù)制割縫或焊縫處出現(xiàn)裂紋并緩慢擴(kuò)展，產(chǎn)生裂紋勻速擴(kuò)展的聲發(fā)射信號(hào)；
液壓裝置按照復(fù)雜加載曲線進(jìn)行加載，產(chǎn)生裂紋復(fù)雜擴(kuò)展的聲發(fā)射信號(hào)；
由聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)采集各種聲發(fā)射信號(hào)；
三、分別更換不同結(jié)構(gòu)的試件，產(chǎn)生如步驟二中的各種聲發(fā)射信號(hào)；
通過(guò)上述步驟獲得各種裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射信號(hào)。
[0012]分別更換不同材料的試樣，可以分別產(chǎn)生不同材料的裂紋擴(kuò)展的聲發(fā)射信號(hào)。
[0013]對(duì)于十字形試件，兩個(gè)液壓裝置同時(shí)加載。
[0014]本發(fā)明提供的一種裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，可以方便地按不同加載速度加載，因而可以產(chǎn)生多方向、復(fù)雜載荷情況，可使裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射研究更貼近實(shí)際工況。試樣、加載方向、加載速度可以人為設(shè)定，增加了試驗(yàn)研究中可控制變量，有利于理論分析。操作方便，試樣制造簡(jiǎn)單，成本低廉，可應(yīng)用金屬、非金屬等各種材料的試驗(yàn)研究，適用范圍廣。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明中加載裝置的爆炸視圖。
[0017]圖3為本發(fā)明中連接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0019]圖5為本發(fā)明中帶橫向槽十字形試件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖6為本發(fā)明中帶橫向槽直線形試件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖7為本發(fā)明中帶搭接縫直線形試件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖8為本發(fā)明中帶斜向槽十字形試件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中:加載裝置1，固定螺栓11，加長(zhǎng)桿連接螺栓12，連接板13，液壓裝置14，加長(zhǎng)桿15，壓力傳感器16，反力塊17，加載桿18，加載頭19，固定架2，連接裝置3，固定架連接頭31，夾持桿32，夾持頭33，試件4，聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)5。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖廣4中，一種裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)裝置，包括帶有矩形中空空間的固定架2，試件4至少一端通過(guò)連接裝置3與固定架2的一側(cè)的內(nèi)壁連接，試件4至少另一端通過(guò)加載裝置I與固定架2另一側(cè)的內(nèi)壁連接；
所述的加載裝置I中，加載頭19與試件4連接，加載桿18 —端穿過(guò)固定架2與連接板13連接，另一端與加載頭19固定連接，在連接板13與固定架2的外壁之間設(shè)有液壓裝置14，液壓裝置14的端頭設(shè)有壓力傳感器16。由此結(jié)構(gòu)，通過(guò)液壓裝置14即可實(shí)現(xiàn)拉伸試件4，在試件4上如圖1中的黑點(diǎn)位置放置聲發(fā)射傳感器，通過(guò)聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)5采集聲發(fā)射信號(hào)，即可對(duì)各種聲發(fā)射現(xiàn)象進(jìn)行研究。
[0025]如圖f 2中所示，在液壓裝置14與固定架2外壁之間設(shè)有反力塊17，壓力傳感器16安裝在，液壓裝置14與反力塊17之間。液壓裝置14中的液壓桿頂住反力塊17，即可實(shí)現(xiàn)拉伸試件4，同時(shí)可以得到加載的應(yīng)力數(shù)值。
[0026]如圖1、5、8中所示，所述的試件4為十字形試件，十字形試件中間設(shè)有橫向或斜向的通槽，十字形試件的相鄰兩端通過(guò)連接裝置3與固定架2的內(nèi)壁連接，另外兩端通過(guò)加載裝置I與固定架2另一側(cè)的內(nèi)壁連接。十字形試件同時(shí)具有張開型、滑開型試樣的受力特點(diǎn)，因此，可同時(shí)產(chǎn)生張開型和滑開型裂紋，也即復(fù)合型裂紋；復(fù)合型試樣共有四個(gè)端，其中兩個(gè)相鄰端為固定端另外兩個(gè)相鄰端為加載端；四個(gè)端上各開有一個(gè)通孔，分別可用于夾持、固定及施加載荷。
[0027]如圖6、7中所示，所述的試件4為直線形試件，試件中部設(shè)有橫向通槽或搭接縫。搭接縫試件為滑開型試件“搭接”處設(shè)計(jì)有焊縫；在加載過(guò)程中，焊縫處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致滑開型裂紋的產(chǎn)生；滑開型試樣共有兩個(gè)端，各端上都開有一個(gè)通孔，可用于夾持、固定及施加載荷。
[0028]如圖3中所示，所述的連接裝置3中，固定架連接頭31通過(guò)螺栓與固定架2連接，夾持頭33上設(shè)有用于容納試件4端頭的凹槽，并通過(guò)螺栓與試件4端頭連接，夾持桿32 —端與夾持頭33連接，另一端與固定架連接頭31連接。
[0029]如圖1、3中所示，所述的固定架連接頭31截面成“H”形，“H”形的中間連接部分位于固定架2的內(nèi)側(cè)，并與夾持桿32通過(guò)螺紋連接，螺栓位于固定架2的外側(cè)。由此結(jié)構(gòu)，連接裝置3的位置可以適應(yīng)試件4的位移，以盡量減少對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的影響。
[0030]一種采用上述的裝置進(jìn)行裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)的方法，還包括聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)5，聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)5包括工控機(jī)(包括聲發(fā)射信號(hào)采集系統(tǒng)、微型計(jì)算機(jī)和配套軟件)、聲發(fā)射傳感器、傳感器固定夾。試驗(yàn)方法包括以下步驟:
一、裝載試件，確保連接可靠，試件4處于拉緊狀態(tài)，試件4與夾持頭33可根據(jù)需要采用橡膠墊片配合，避免試件4與夾持頭33、螺栓直接接觸產(chǎn)生干擾；液壓系統(tǒng)的活塞桿處于初始位置，壓力傳感器初始校準(zhǔn)；
二、開始工作時(shí)，液壓裝置14急速加載，使試樣預(yù)制割縫或焊縫處出現(xiàn)裂紋并迅速擴(kuò)展，產(chǎn)生裂紋突發(fā)擴(kuò)展的聲發(fā)射信號(hào)；
液壓裝置14緩慢勻速加載，使試樣預(yù)制割縫或焊縫處出現(xiàn)裂紋并緩慢擴(kuò)展，產(chǎn)生裂紋勻速擴(kuò)展的聲發(fā)射信號(hào)；
液壓裝置14按照復(fù)雜加載曲線進(jìn)行加載，產(chǎn)生裂紋復(fù)雜擴(kuò)展的聲發(fā)射信號(hào)；
由聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)采集各種聲發(fā)射信號(hào)；
三、分別更換不同結(jié)構(gòu)的試件4，產(chǎn)生如步驟二中的各種聲發(fā)射信號(hào)；
通過(guò)上述步驟獲得各種裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射信號(hào)。[0031]優(yōu)選的，分別更換不同材料的試樣，可以分別產(chǎn)生不同材料的裂紋擴(kuò)展的聲發(fā)射信號(hào)。
[0032]優(yōu)選的，對(duì)于十字形試件，兩個(gè)液壓裝置14同時(shí)加載。
[0033]盡管業(yè)已結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明的裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法進(jìn)行了說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，所公開的具體方案是說(shuō)明性的，而不是限定性的，在不違背本發(fā)明所披露的原理和構(gòu)思的前提下，可以對(duì)上述方案進(jìn)行各種改變和變形，這樣的改變都屬于權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)裝置，包括帶有矩形中空空間的固定架(2)，其特征是:試件(4)至少一端通過(guò)連接裝置(3)與固定架(2)的一側(cè)的內(nèi)壁連接，試件(4)至少另一端通過(guò)加載裝置(I)與固定架(2)另一側(cè)的內(nèi)壁連接； 所述的加載裝置(I)中，加載頭(19)與試件(4)連接，加載桿(18) —端穿過(guò)固定架(2)與連接板(13 )連接，另一端與加載頭(19 )固定連接，在連接板(13 )與固定架(2 )的外壁之間設(shè)有液壓裝置(14)，液壓裝置(14)的端頭設(shè)有壓力傳感器(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)裝置，其特征是:在液壓裝置(14)與固定架(2)外壁之間設(shè)有反力塊(17)，壓力傳感器(16)安裝在，液壓裝置(14)與反力塊(17)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)裝置，其特征是:所述的試件(4)為十字形試件，十字形試件中間設(shè)有橫向或斜向的通槽，十字形試件的相鄰兩端通過(guò)連接裝置(3)與固定架(2)的內(nèi)壁連接，另外兩端通過(guò)加載裝置(I)與固定架(2)另一側(cè)的內(nèi)壁連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)裝置，其特征是:所述的試件(4)為直線形試件，試件中部設(shè)有橫向通槽或搭接縫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)裝置，其特征是:所述的連接裝置(3)中，固定架連接頭(31)通過(guò)螺栓與固定架(2)連接，夾持頭(33)上設(shè)有用于容納試件(4)端頭的凹槽，并通過(guò)螺栓與試件(4)端頭連接，夾持桿(32)—端與夾持頭(33)連接，另一端與固定架連接頭(31)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)裝置，其特征是:所述的固定架連接頭(31)截面成“H”形，“H”形的中間連接部分位于固定架(2)的內(nèi)側(cè)，并與夾持桿(32)通過(guò)螺紋連接，螺栓位于固定架(2)的外側(cè)。
7.一種采用權(quán)利要求1飛任一項(xiàng)所述的裝置進(jìn)行裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)的方法，還包括聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)(5)，其特征是包括以下步驟:一、裝載試件，確保連接可靠，液壓系統(tǒng)的活塞桿處于初始位置，壓力傳感器初始校準(zhǔn)； 二、開始工作時(shí)，液壓裝置(14)急速加載，使試樣預(yù)制割縫或焊縫處出現(xiàn)裂紋并迅速擴(kuò)展，產(chǎn)生裂紋突發(fā)擴(kuò)展的聲發(fā)射信號(hào)； 液壓裝置(14)緩慢勻速加載，使試樣預(yù)制割縫或焊縫處出現(xiàn)裂紋并緩慢擴(kuò)展，產(chǎn)生裂紋勻速擴(kuò)展的聲發(fā)射信號(hào)； 液壓裝置(14)按照復(fù)雜加載曲線進(jìn)行加載，產(chǎn)生裂紋復(fù)雜擴(kuò)展的聲發(fā)射信號(hào)； 由聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)采集各種聲發(fā)射信號(hào)； 三、分別更換不同結(jié)構(gòu)的試件(4)，產(chǎn)生如步驟二中的各種聲發(fā)射信號(hào)； 通過(guò)上述步驟獲得各種裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)的方法，其特征是:分別更換不同材料的試樣，可以分別產(chǎn)生不同材料的裂紋擴(kuò)展的聲發(fā)射信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的一種裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射試驗(yàn)的方法，其特征是:對(duì)于十字形試件，兩個(gè)液壓裝置(14)同時(shí)加載。
【文檔編號(hào)】G01N29/14GK103604872SQ201310587785
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】李力, 曾德學(xué), 李驥 申請(qǐng)人:三峽大學(xué)