[发明专利]一种机械式固定高温疲劳试验中动态引伸计的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于材料试验，具体涉及一种机械式固定高温疲劳试验中动态引伸计的方法及装置。

背景技术

疲劳失效作为金属结构最典型的失效形式之一，从上个世纪二三十年代以来，就已经成为机械结构面临的核心课题，主要研究方向集中在金属的疲劳裂纹扩展，疲劳损伤机理以及疲劳寿命的预测模型等。目前，基于实验室中测量的疲劳试验结果进行材料的疲劳损伤和寿命分析，是最重要也是最基础的研究方式。疲劳试验的控制方式主要有应力控制、应变控制以及应力应变复合控制三种控制方式。根据研究者的需要，多数的疲劳试验都需要测量试样的变形值，尤其对于应变控制方式的疲劳试验，准确测量试样的应变值，是保证试验顺利进行的首要前提。然而，在高温疲劳试验中，由于疲劳试样的表面异常光滑，测量试样变形的动态引伸计极容易在试验过程中产生滑动，导致试验失败，浪费了大量的人力和财力。

动态引伸计滑动主要有三个方面的原因：其一，材料的疲劳失效对材料表面缺陷比较敏感，因此疲劳试样的表面非常光滑；其二，疲劳试验的动态载荷(尤其是拉压载荷)使得动态引伸计承受拉伸和压缩的往复作用；其三，较高频率和较大振幅的疲劳试验要求动态引伸计进行较高频次的同步响应。

目前，针对以上问题，国内已经在固定高温动态引伸计的方法上进行了一些尝试，提出了通过在疲劳试样表面上涂刷耐高温涂料，增大表面粗糙度，进而增大引伸杆与表面摩擦力，避免了疲劳试验中动态引伸计的滑动，确保试验的顺利进行。然而，高温涂料大都采用硅酸盐与其它配料按照一定的配比混合得到，其对使用温度有一定的要求，并且高温条件下很脆，试验过程中较易破碎和脱落。另外，高温涂料不仅制备麻烦，无法重复回收使用，固化时间较长，而且试样表面的涂料阻碍了试样在高温条件下的表面氧化，严重影响了高温疲劳试验结果的准确性，并且无法观察试验之后试样表面的高温腐蚀形貌。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械式固定高温疲劳试验中动态引伸计的方法及装置，使试验过程中动态引伸计与疲劳试样表面保持相对固定，保证疲劳试验的顺利进行。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种机械式固定高温疲劳试验中动态引伸计的装置，包括长条形薄板和紧固螺钉，沿薄板长度方向，在薄板两侧对称设置螺钉孔，将薄板弯曲，弯曲半径与疲劳试样平行段的半径相同，薄板与疲劳试样相接触表面的粗糙度与疲劳试样平行段的表面粗糙度相同；沿薄板宽度方向，距离薄板边缘宽度的1/3处，设有一个V型槽，V型槽长度方向的中心与薄板外表面长度方向的中心重合，紧固螺钉设置在上述螺钉孔中，通过紧固螺钉将薄板固定在疲劳试样表面；引伸计前端嵌入上述V型槽内。

上述V型槽的深度为不小于薄板厚度的2/5，长度比动态引伸计前端的宽度长1～2mm，开口角度不大于动态引伸计陶瓷杆前端的角度，保证动态引伸计陶瓷杆前端可嵌入V型槽内。

上述薄板的宽度为3～6mm，薄板厚度为0.3～0.6mm，两个螺钉孔间距为疲劳试样平行段横截面的周长，螺钉孔直径为2.5～3mm。

上述薄板的材料不锈钢，薄板厚度为0.5mm，两个螺钉孔间距为疲劳试样平行段横截面的周长，螺钉孔直径为2.5～3mm，薄板的宽度为4～6mm，V型槽的深度为0.4mm，长度比动态引伸计前端的宽度长1～2mm,开口角度不大于动态引伸计陶瓷杆前端的角度，保证动态引伸计陶瓷杆前端可嵌入V型槽内。

一种机械式固定高温疲劳试验中动态引伸计的方法，包括以下步骤：

步骤1)选择厚度为δ、长为L、宽为W的薄板，在薄板上对称设置两个相距为L₁，直径为d的螺钉孔；在薄板的外表面，沿宽度方向，距离薄板边缘1/3W处，设有一个深度为h、开口角度为θ、长度为L₃的V型槽，V型槽长度方向的中心与薄板外表面长度方向的中心重合；

步骤2)以疲劳试样平行段的圆柱为标准，沿着薄板长度方向的中心位置，将两个薄板弯曲成半径为R₁的与试样平行段的半径R相同的U型板件，并通过紧固螺钉固定在疲劳试样表面，动态引伸计前端的两个陶瓷杆分别固定在两个U型板件外表面的V型槽内，薄板与疲劳试样相接触表面的粗糙度与疲劳试样平行段的表面粗糙度相同。

动态引伸计的标距L₄＝1/3W+1/3W+L₅＝2/3W+L₅，其中L₅为位于动态引伸计之间的两个U型板件边缘的距离。