[发明专利]一种裂纹监测装置及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种裂纹监测装置，特别是一种安装于疲劳试验机上夹头，可以调整数字显微镜在X、Y、Z三个方向位移的，能够使数字显微镜沿裂纹方向移动并将位移数值通过数字屏幕精确显示的裂纹监测装置。

背景技术

结构的疲劳裂纹扩展试验作为一种试验方法，在新材料、新工艺的研究与验证阶段，在结构的安全性、经济性设计过程中等多个领域得到了广泛的应用。在试验过程中，需要每隔一定的试验周期进行裂纹长度的测量。目前，测量裂纹长度的方法主要有以下几种：1、直读法，2、柔度法，3、涡流检测法，4、疲劳勾线法。

目前疲劳试验机自带的测量方式主要是柔度法，它是在试件上安装引伸计，通过测量相关参数，利用公式计算得到裂纹长度。但是此种方法存在诸多不足，首先，此方法为间接测量，测量结果与试验真实结果之间存在误差，测量数据往往在业界受到怀疑；其次，当试件结构复杂，存在多条裂纹同时扩展时，此方法不可用；再次，当试件较大，无法安装引伸计时，此方法亦不可用。

涡流检测法是通过涡流检测设备根据疲劳裂纹尖端的涡流信号检测得出，此方法存在的问题是：1、涡流检测设备昂贵；2、涡流检测精度有待提高；3、存在多条裂纹同时扩展时，需多台检测设备或根本不可检。

疲劳勾线法是在试验过程中，通过修改疲劳载荷谱以在疲劳断口上留下疲劳勾线，继而通过试件断口判读得到裂纹扩展数据的方法。此方法是一种破损检测方法，同时，载荷谱的修改对整个试验研究有不利影响。

直读法是疲劳试验中广泛使用的方法。现有的直读法主要使用读数显微镜实施，首先，疲劳试验机一般不提供放置读数显微镜的平台，需要使用者自行设计制造；其次，进行疲劳裂纹测量时，试验人员必须贴近显微镜目镜进行观察，一般要对读数显微镜上的游标或测微鼓轮进行两次读数，将其相减得到裂纹长度，测量方法繁琐且不便；此外，现有的测量方法无法保证显微镜物镜与试验件表面完全垂直，这样在测量过程中不可避免地要引入误差。

在公开号为CN201615857U的实用新型专利中公开了一种带读数显微镜的疲劳试验机，该试验机将裂纹监测装置固定于试验机立柱上，通过移动四边形支架调整读数显微镜位置，从而进行裂纹监测。对于这种疲劳试验机上的裂纹监测装置存在以下不足：1、使用读数显微镜进行裂纹监测，测量方法繁琐且不便；2、当试验机夹头扭转一定角度使用时，显微镜运动轨迹无法与试验件观测平面保持平行，无法进行裂纹的监测。

发明内容

为克服现有技术中存在的测量结果与试验真实结果之间存在误差、不适于存在多条裂纹同时扩展时的测量，以及测量方法繁琐且不便的不足，本发明提出了一种裂纹监测装置及监测方法。

本发明包括支架和测量机构。测量机构中的滑动标尺通过一对滑块安装在支架的两个导杆上，测量机构中的数字显微镜固定在所述滑动标尺上。在该滑动标尺表面粘贴有介面电路，用于配合电子读数模块进行位移显示。

所述支架包括固定半环、拉紧半环和两个导杆。固定半环的一侧表面有疲劳试验机上夹头的半径相同半圆形凹槽。拉紧半环的半径与疲劳试验机上夹头的半径相同。在所述拉紧半环半圆环的两端分别有连接片，通过该连接片，将所述拉紧半环固定在固定半环的侧边上，使固定半环与拉紧半环组合成为完整的圆形夹圈。

所述的测量机构包括滑动标尺、两个滑块、标尺支撑块、标尺导引块和数字显微镜。两个滑块分别套装在两个导杆上；数字显微镜通过显微镜支架固定在所述滑动标尺的中部。滑动标尺的两端分别安装在标尺支撑块和标尺导引块内，并通过标尺导引块的齿轮带动滑动标尺水平移动。滑动标尺为齿条状，其侧边有齿，该滑动标尺的表面有刻度。在滑动标尺的中部固定有调节杆支撑块。

所述固定半环上的半圆形凹槽槽口两侧分别有一个固定拉紧半环的螺纹孔，并且该螺纹孔的中心线垂直于固定半环的侧表面。

两个导杆分别安装在所述固定半环上的导杆安装通孔内。两个导杆的外径与滑块上的导杆安装通孔的内径相同，并使所述两个导杆与滑块之间滑动配合。两个导杆的表面有表示滑块高度的刻度。

所述标尺支撑块固定在一个滑块上。在该标尺支撑块内部有水平的标尺的移动槽，标尺与所述的标尺移动槽之间滑动配合。所述标尺导引块固定在另一个滑块上。标尺导引块内部亦有标尺的移动槽。在标尺导引块内部有齿轮，并且该齿轮与滑动标尺啮合。所述齿轮的齿轮轴的一端延伸至标尺导引块的外表面，并在所述齿轮轴的轴端安装有旋钮。