[发明专利]一种测试材料疲劳强度的多次冲击落锤装置和方法

说明书

本发明创造涉及一种测试材料疲劳强度的多次冲击落锤装置和方法，利用曲柄运动原理，其特征在于，包括由电动机驱动的惯性轮、落锤、锤架和侧边轨道，锤架与惯性轮通过连接杆连接，落锤与锤架通过锤架导轨在侧边轨道内滑动，落锤的中心轴处设置加速度传感器，试件的背面设置应变计；该装置可以弥补现有落锤技术中无法施加往复荷载的技术缺陷，在往复弯曲荷载下，该装置可以通过使用特定质量和速度来获得疲劳寿命。

技术领域：

本发明创造涉及一种测试材料疲劳强度的多次冲击落锤装置和方法，该装置可以弥补现有落锤技术中无法施加往复荷载的技术缺陷，在落锤多次冲击的往复弯曲荷载下，该装置可以通过已知的特定质量和速度来获得疲劳寿命。

背景技术：

往复冲击载荷的抗力是每种材料强度的特征值，并且，重要的是阐明材料在往复冲击弯曲载荷下的疲劳寿命，往复冲击载荷下的金属强度已经有很多不同的作者从不同的角度进行了研究，然而，在往复冲击弯曲载荷下对脆性材料如混凝土和岩石尚未有如此之多的研究。

由于测试方法和估算方法尚未规范，因此尚未有确定脆性材料疲劳寿命的方法，通过先前的研究，我们发现往复冲击荷载下材料的疲劳寿命随冲击速度而变化是合理的。

因此，通过用不同质量的落锤，来实现对试件的往复冲击，发明了测试材料疲劳强度的多次冲击落锤装置和方法。

发明内容：

本发明创造为了解决现有实验装置和方法中没有考虑用落锤施加往复荷载从而估计疲劳寿命的缺陷，提供了一种在往复弯曲荷载下估计脆性材料疲劳强度的新型装置和方法，其可以实现用不同质量的落锤对试件施加往复荷载。

为解决上述技术问题，本发明创造提供了一种测试材料疲劳强度的多次冲击落锤装置，其特征在于：包括由电动机驱动的惯性轮(200V—400W)、落锤、锤架和侧边轨道，锤架与惯性轮通过连接杆连接，利用曲柄运动原理，落锤与锤架通过锤架导轨在侧边轨道内滑动，落锤的中心轴处设置加速度传感器(容量：1000g，频率响应：0～20kHz)，用于测量落锤的加速度，试件的背面设置应变计，通过应变计在试件的背面测量试件的应变。

进一步的，落锤设置有突出物进入锤架的通孔，使得落锤与锤架通过锤架导轨一起在侧边轨道内滑动，并同时满足落锤与锤架间存在一定范围内的相对滑动，使得落锤撞击试件后回弹时有一段缓冲。

进一步的，落锤的形状是正方形，落锤撞击侧具有弯曲的边缘。

一种测试材料疲劳强度的多次冲击落锤方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：打开驱动惯性轮(200V—400W)转动的发动机开关，使发动机开始工作，发动机驱动惯性轮转动，使落锤被缓慢抬高，惯性轮通过连接杆带动锤架和落锤作往复运动，落锤至最低点时，落锤以一定的速度冲击试件中部，试件被支撑在一段弯曲跨度上，由橡胶带固定住；

步骤二：发动机继续工作，使得惯性轮转动，从而使得落锤再次被缓慢抬高；

步骤三：重复以上步骤1和2的操作，对试件施加往复荷载；

步骤四：通过加速度传感器测量落锤的加速度，通过应变计在试件的背面测量试件的应变，动态应变放大器将加速度和应变的响应记录在数据记录器中，将记录的数据存储在微型计算机中，计算疲劳寿命。

冲击水平S表示公式如下见式(1)：

S＝M(V0-V1) (1)

式中：M是落锤的质量，V0是落锤的击打前的速度，V1是落锤的反弹后的速度。

冲击水平S是从锤击行程的加速度曲线获得的特征值，也是表示由锤的冲程造成的试样的大小损伤的措施。