本發(fā)明涉及材料測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高速拉伸試驗初始條件的準(zhǔn)確控制方法及裝置。

背景技術(shù)：

在目前的高速拉伸測試實踐中，高速拉伸試驗的速度控制主要是結(jié)合現(xiàn)有的觸發(fā)機構(gòu)、預(yù)加載機構(gòu)等實施的粗略經(jīng)驗控制。當(dāng)夾具本體運動到觸發(fā)時刻和位置時，觸發(fā)機構(gòu)動作，使預(yù)加載機構(gòu)隨后產(chǎn)生連鎖動作并將預(yù)緊力傳遞給動態(tài)夾面，試樣隨后被夾緊并拉斷。

現(xiàn)有技術(shù)中的實際試驗速度與設(shè)定的目標(biāo)速度之間經(jīng)常存在偏差，嚴(yán)重影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。由于缺乏準(zhǔn)確控制試驗速度等初始條件的有效手段，不同來源的數(shù)據(jù)，控制水平不一，無法順利進行比對，嚴(yán)重阻礙相關(guān)產(chǎn)品的認(rèn)證和應(yīng)用。另外，當(dāng)選用有利于減小試驗曲線震蕩的短試樣，利用現(xiàn)有裝置進行試驗時，要么無法夾持，要么在觸發(fā)、預(yù)加載時刻和位置的實際試驗速度小于預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)速度，總之，無法得到理想的試驗結(jié)果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種準(zhǔn)確控制高速拉伸試驗速度的方法及裝置，能夠準(zhǔn)確測算并控制觸發(fā)和預(yù)加載條件，從而準(zhǔn)確控制高速拉伸試驗的初始速度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種準(zhǔn)確控制高速拉伸試驗速度的方法，該方法是通過控制拉桿工作區(qū)長度l來準(zhǔn)確控制拉伸試驗初始速度的，具體如下：先測算出作動器從開始啟動時刻至加速至設(shè)定的拉伸試驗初始速度時刻，作動器運行的位移，然后加工出工作區(qū)長度l等于所測算的作動器運行位移的拉桿，同樣加工出第二引導(dǎo)區(qū)長度等于l的拉伸試樣，將試樣置于拉伸裝置的預(yù)夾持區(qū)；作動器帶動夾具本體從拉桿工作區(qū)下端開始啟動，運行至拉桿工作區(qū)上端時，支撐試樣夾持機構(gòu)的楔塊被擊落，試樣夾持機構(gòu)同時動作將試樣夾持住并開始試樣的拉伸 動作，此時作動器對試樣的拉伸速度即為設(shè)定的拉伸試驗的初始速度；

l值的測算方法是：預(yù)先進行一次不帶試樣的高速拉伸試驗，獲得作動器從開始啟動時刻至加速至設(shè)定的拉伸試驗初始速度時刻時的速度-時間曲線，再通過專業(yè)的數(shù)據(jù)分析或圖像處理軟件測算出速度-時間曲線在上述時間段圍成的面積，該面積值即為l值；

拉伸試驗時的具體控制步驟如下：

1)通過拉伸試驗裝置下部的夾持裝置夾緊試樣的第一夾持區(qū)，使試樣上端的第二夾持區(qū)置于夾具本體內(nèi)部、兩個動夾塊之間的預(yù)夾持區(qū)；

2)固定試樣的第一夾持區(qū)時，調(diào)整試樣的高度使試樣的第二引導(dǎo)區(qū)的上端分界線與拉桿非工作區(qū)底面處于同一水平面，此時，試樣的第二引導(dǎo)區(qū)的下端分界線與擋銷的上表面也處于同一水平面；

3)調(diào)整楔塊與夾緊塊的相對位置，使得動夾塊與試樣保持適當(dāng)?shù)拈g隙；鎖緊預(yù)加載螺栓兩端的螺母，使楔塊與夾具本體之間相對固定；

4)移動夾具本體以及與夾具本體固定連接的楔塊、夾緊塊、預(yù)加載機構(gòu)和動夾塊至試樣的拉伸區(qū)與第二引導(dǎo)區(qū)的分界線處，即擋銷的上沿；

5)調(diào)整預(yù)加載機構(gòu)，通過旋擰螺母向夾具本體和動夾塊施加預(yù)加載力；

6)啟動作動器，使夾具本體加速直至達到試樣的第二引導(dǎo)區(qū)與第二夾持區(qū)的分界線處，即拉桿工作區(qū)的上極限位置；

7)觸發(fā)機構(gòu)、預(yù)加載機構(gòu)和動夾塊在剛好運動到試樣的第二引導(dǎo)區(qū)和第二夾持區(qū)的分界線處時依次發(fā)生連鎖動作：拉桿的非工作區(qū)將楔塊擊落，動夾塊在預(yù)加載力的作用下瞬間夾緊試樣的第二夾持區(qū)，此時作動器對試樣的拉伸速度即為預(yù)先設(shè)定的拉伸試驗的初始速度，繼而完成后續(xù)的拉伸試驗動作。

一種準(zhǔn)確控制高速拉伸試驗速度的裝置，包括夾具本體、作動器，還包括拉桿、楔塊、夾緊塊、預(yù)加載螺栓、動夾塊，所述拉桿在夾具本體的前后對稱設(shè)置，上端與作動器固定橫梁固定連接；楔塊套接于拉桿下部的工作區(qū)，夾緊塊對稱設(shè)置在拉桿的兩側(cè)，其外側(cè)與夾具本體固定連接，內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)與楔塊相配合；動夾塊對稱固定于夾具本體的內(nèi)部，兩個動夾塊之間為預(yù)夾持區(qū)；所述預(yù)加載螺栓橫向穿過夾具本體，兩端露出在夾具本體的外部，與夾具本體之間為間隙配合，在露出在夾具本體外部的預(yù)加載螺栓的兩端旋擰有螺母。

所述拉桿包括工作區(qū)、非工作區(qū)、擋銷，所述非工作區(qū)設(shè)置在工作區(qū)的上端，非工作區(qū)的外徑大于工作區(qū)的外徑，擋銷通過螺栓固定于拉桿的下端。

當(dāng)初始目標(biāo)速度變化時，只需預(yù)先加工并更換具有相應(yīng)工作區(qū)長度的拉桿和相應(yīng)第二 引導(dǎo)區(qū)長度的試樣，即可按照本發(fā)明提供的方法，實現(xiàn)不同速度范圍內(nèi)、具有不同試樣長度規(guī)格的高速拉伸試驗速度的準(zhǔn)確控制。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明一種準(zhǔn)確控制高速拉伸試驗速度的方法及裝置，能夠準(zhǔn)確測算并控制觸發(fā)、預(yù)加載時刻及位置，使得不同規(guī)格的高速拉伸試樣在不同速度范圍內(nèi)都能準(zhǔn)確達到預(yù)先設(shè)定的初始目標(biāo)速度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種準(zhǔn)確控制高速拉伸試驗速度的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的a-a向視圖；

圖3是預(yù)加載螺栓的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是試樣的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是實施例1的試樣引導(dǎo)區(qū)長度、拉桿工作區(qū)長度配合圖；

圖6是速度-時間曲線示意圖；

圖中：1-拉桿，1-1非工作區(qū)，1-2工作區(qū)，2-預(yù)加載螺栓，3-動夾塊，4-試樣，5-橫梁，6-作動器，7-夾具本體，8-螺母，9-楔塊，10-夾緊塊，11-擋銷，12-第二引導(dǎo)區(qū)，13-第二夾持區(qū)，14-第一夾持區(qū)，15-第一引導(dǎo)區(qū)，16-拉伸區(qū)，17-預(yù)夾持區(qū)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進一步說明：

一種準(zhǔn)確控制高速拉伸試驗速度的方法，該方法是通過控制拉桿1工作區(qū)長度l來準(zhǔn)確控制拉伸試驗初始速度的，具體如下：先測算出作動器6從開始啟動時刻至加速至設(shè)定的拉伸試驗初始速度時刻，作動器6運行的位移，然后加工出工作區(qū)1-2長度l等于所測算的作動器運行位移的拉桿1，同樣加工出第二引導(dǎo)區(qū)長度等于l的拉伸試樣4，將試樣4置于拉伸裝置的預(yù)夾持區(qū)17；作動器6帶動夾具本體7從拉桿工作區(qū)1-2下端開始啟動，運行至拉桿工作區(qū)1-2上端時，支撐試樣夾持機構(gòu)的楔塊9被擊落，試樣夾持機構(gòu)同時動作將試樣夾持住并開始試樣4的拉伸動作，此時作動器6對試樣4的拉伸速度即為設(shè)定的拉伸試驗的初始速度；

l值的測算方法是：預(yù)先進行一次不帶試樣的高速拉伸試驗，獲得作動器6從開始啟動時刻至加速至設(shè)定的拉伸試驗初始速度時刻時的速度-時間曲線，再通過專業(yè)的數(shù)據(jù)分 析或圖像處理軟件例如matlab測算出速度-時間曲線在上述時間段圍成的面積，該面積值即為l值。

如圖6所示，為速度-時間曲線圖，圖中v0為高速拉伸試驗預(yù)先設(shè)定的初始目標(biāo)速度，圖中陰影部分的面積是作動器6從啟動時間t1開始至達到目標(biāo)速度v0時刻t3時，作動器6行走的位移。也即所要測算的拉桿1工作區(qū)1-2長度l。

如圖1-圖3所示，一種準(zhǔn)確控制高速拉伸試驗速度的裝置，包括夾具本體7、作動器6，夾具本體7與作動器6活塞固定連接，作動器6與上端的橫梁5固定連接。還包括拉桿1、楔塊9、夾緊塊10、預(yù)加載螺栓2、動夾塊3，所述拉桿1在夾具本體7的前后對稱設(shè)置，上端與作動器6的固定橫梁5固定連接；楔塊9套接于拉桿1下部的工作區(qū)1-2，楔塊9的內(nèi)徑與拉桿1工作區(qū)1-2為間隙配合，楔塊9的內(nèi)徑小于非工作區(qū)1-1的最小直徑，夾緊塊10對稱設(shè)置在拉桿1的兩側(cè)，其外側(cè)與夾具本體7固定連接，內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)與楔塊9相配合；動夾塊3對稱固定于夾具本體7的內(nèi)部，兩個動夾塊3之間為預(yù)夾持區(qū)17；所述預(yù)加載螺栓2橫向穿過夾具本體7，兩端露出在夾具本體7的外部，與夾具本體7之間為間隙配合，在露出在夾具本體7外部的預(yù)加載螺栓2的兩端上旋擰有螺母8。兩個預(yù)加載螺栓2對稱設(shè)置在動夾塊3的前后兩端。

本發(fā)明中的拉桿1、楔塊9、夾緊塊10和擋銷11構(gòu)成拉伸試驗裝置的觸發(fā)機構(gòu)。預(yù)加載螺栓2和兩端的螺母8構(gòu)成拉伸試驗裝置的預(yù)加載機構(gòu)。夾具本體7和固定在其上的動夾塊3構(gòu)成拉伸試驗裝置的試樣夾持機構(gòu)。

楔塊9為截面呈等腰梯形的經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理的高強鋼塊。楔塊9外表面水平設(shè)置4條間距均為2mm的刻線。夾緊塊10內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)與楔塊9相配合，其內(nèi)表面上也設(shè)置有水平刻線，當(dāng)夾緊塊10與楔塊9相互貼合時，兩個面上的刻線是相互咬合的。

所述拉桿1包括工作區(qū)1-2、非工作區(qū)1-1、擋銷11，所述非工作區(qū)1-1設(shè)置在工作區(qū)1-2的上端，非工作區(qū)1-1的外徑大于工作區(qū)1-2的外徑，擋銷11通過螺栓固定于拉桿1的下端。

如圖4所示，與本裝置相配合使用的試樣4上設(shè)置有第一夾持區(qū)14、第一引導(dǎo)區(qū)15、拉伸區(qū)16、第二引導(dǎo)區(qū)12和第二夾持區(qū)13五個部分。拉伸試驗時，第一夾持區(qū)14位于下方，固定于試樣4的下部夾持裝置內(nèi)，第一引導(dǎo)區(qū)15為拉伸區(qū)16的下部引導(dǎo)區(qū)。第二夾持區(qū)13位于上方，用于拉伸時對試樣4的上部夾持，第二引導(dǎo)區(qū)12為拉伸區(qū)16的上部引導(dǎo)區(qū)，其長度等于拉桿1工作區(qū)1-2長度l。

當(dāng)初始目標(biāo)速度變化時，只需預(yù)先加工并更換具有相應(yīng)工作區(qū)長度的拉桿和相應(yīng)第二 引導(dǎo)區(qū)長度的試樣，即可按照本發(fā)明提供的方法，實現(xiàn)不同速度范圍內(nèi)、具有不同試樣長度規(guī)格的高速拉伸試驗速度的準(zhǔn)確控制。

實施例1：

l值的測算方法：拆除本裝置的拉桿1和試樣4，在初始目標(biāo)速度等條件相同情況下進行一次不帶試樣4的高速拉伸試驗獲得速度-時間曲線，然后通過matlab軟件測算速度-時間曲線在上述時間段圍成的面積得到l值。

見圖5，拉桿1分為兩個直徑部分，上端大直徑的部分為非工作區(qū)1-1，下端小直徑的部分為工作區(qū)1-2，其工作區(qū)長度為l。本實施例中拉桿1上端的非工作區(qū)1-1直徑為20mm，工作區(qū)1-2直徑為10mm，楔塊9的內(nèi)徑為11mm。試樣4的第二引導(dǎo)區(qū)12長度為l。

拉伸試驗時的具體控制步驟如下：

1)通過拉伸試驗裝置下部的夾持裝置夾緊試樣4的第一夾持區(qū)14，使試樣4上端的第二夾持區(qū)13置于夾具本體7內(nèi)部、兩個動夾塊3之間的預(yù)夾持區(qū)17。

2)固定試樣4的第一夾持區(qū)14時，應(yīng)調(diào)整試樣4的高度使試樣4的第二引導(dǎo)區(qū)12的上端分界線與拉桿1非工作區(qū)1-1底面處于同一水平面，此時，試樣4的第二引導(dǎo)區(qū)12的下端分界線與擋銷11的上表面也處于同一水平面。

3)調(diào)整楔塊9與夾緊塊10的相對位置，使得動夾塊3與試樣4保持適當(dāng)?shù)拈g隙；鎖緊預(yù)加載螺栓2兩端的螺母8，使楔塊9與夾具本體7之間相對固定。

4)移動夾具本體7以及與夾具本體7固定連接的楔塊9、夾緊塊10、預(yù)加載機構(gòu)和動夾塊3至試樣4的拉伸區(qū)16與第二引導(dǎo)區(qū)12的分界線處，即擋銷11的上沿。

5)調(diào)整預(yù)加載機構(gòu)，通過旋擰螺母8向夾具本體7和動夾塊3施加適當(dāng)?shù)念A(yù)加載力。

6)啟動作動器6，使夾具本體7加速直至達到試樣4的第二引導(dǎo)區(qū)12與第二夾持區(qū)13的分界線處，即拉桿1工作區(qū)1-2的上極限位置。

7)觸發(fā)機構(gòu)、預(yù)加載機構(gòu)和動夾塊3在剛好運動到試樣4的第二引導(dǎo)區(qū)12和第二夾持區(qū)13的分界線處時依次發(fā)生連鎖動作：拉桿1的非工作區(qū)1-1將楔塊9擊落，動夾塊3在預(yù)加載力的作用下瞬間夾緊試樣4的第二夾持區(qū)13，此時作動器6對試樣4的拉伸速度即為預(yù)先設(shè)定的拉伸試驗的初始速度，繼而完成后續(xù)的拉伸試驗動作。楔塊9被擊落后會落在拉桿1下端的擋銷11上。