专利名称：一种直接拉伸试验装置的液压支撑体的制作方法
技术领域：
本发明涉及脆性材料的直接拉伸试验装置，尤其涉及一种该试验装置的支撑 体。
背景技术：
如今直接拉伸试验装置普遍应用于岩石等脆性材料的抗拉力学性质测定中，显 然，试验装置对测定数据的准确性影响很大，而试样支撑体又被认为是试验装置中非常 关键的部件。脆性材料由于其特殊的抗压和抗拉性质，对试验装置，尤其是对试样支撑 体提出了更高的要求。在传统的试验装置中一般使用刚性套筒做支撑体，但刚性套筒有 个缺陷，当试样受力达到峰值时，在破坏面以下的试样、下端帽和下部链条所受重力作 用下，试样发生突然破坏，试验终止，不能有效进行峰后抗拉力学性质的测定。为了解 决这一问题，中国专利申请号为200610022224.8公开了一种技术方案是将刚性套筒由支 撑弹簧8替代(附件

图1所示)，这样在整个拉伸试验中，均由弹簧8支撑着试样5及 其它试验构件的重量，基本能完成全过程曲线的测定。然而，当刚性支撑改为弹性支撑 后，将会引起新的问题。如图所示，试验开始前，必须要使弹簧发生压缩变形，然后 安装弹簧及其下部构件(否则，试验开始后，弹簧将与下端帽分离，变得与刚性支撑一 样，起不到有效的支撑作用)。弹簧变形提供的反力通过连接于上下夹具的传感器进入 数据采集库中。试验开始后，试样发生变形，在峰值前下部链条会产生一定的伸长，弹 簧的压缩变形收缩，提供的反力相应减小；峰值后下部链条的伸长减小，弹簧的压缩变 形加大，提供的反力相应增加，弹簧变化的反力通过传感器进入数据采集库中。由此可 见，弹性支撑体在整个试验过程中提供的反力不是一定值，这给最后处理数据时，剔除 该反力减小系统误差带来了很大的困难。由于脆性材料抗拉强度低，拉伸破坏荷载小， 所以由于弹簧反力产生的系统误差影响也显得很严重，尤其在峰后测试中更加明显。所 以，这种弹性支撑体严重影响了试验数据的精度。此外，这种弹簧支撑件还会带来以下 一些新问题1)试样在端部破坏。理论上试样应该在中间部位发生破坏，但是，从拉伸 试验的整个过程来看，在拉伸过程中，弹簧及链条会产生左右晃动而影响试验数据，尤 其在峰值应力附近及其峰后试验中变的更加突出，造成试样在端部发生破坏，没有真正 反映出脆性材料在拉伸全过程中的力学性质；2)适应性差。对于直接拉伸试验的试样尺 寸，规范没有做相应的规定，所以试样的体积、重量、抗拉强度等会相差很大，因此对 支撑体的支撑力也有不同的要求，如小体积容易拉断的试样，就不宜用倔强系数过大的 弹簧，否则与刚性支撑体无两样，反之，大体积不容易拉断的试样，也不宜用倔强系数 过小的弹簧，否则弹簧就失去作用了。因此要根据不同试验准备很多弹簧，在连续对不 同试样做拉伸试验时，还要不断更换弹簧，增加了操作的复杂性；3)安装程序复杂。如 附件图1所示，从试验过程来看，在一次试验结束后进行下一次试验时，要取掉上下插 销，更换试件，然后安装上下插销。从图中可以看出，下接头、下插销及链条都被弹簧 所包裹，而弹簧内部空间狭窄，两环之间的距离也很小，给下部构件的安装带来很多不
3便；4)弹簧在长期的使用中，会发生变形及老化，影响其性能的正常发挥。基于以上 原因，有必要寻求一种克服弹簧这些缺陷的拉伸试验装置的支撑体，将这种不利影响剔 除。

发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中拉伸试验装置弹性支撑体的缺陷，提供一 种直接拉伸试验装置的液压支撑体。其包括固定试样5的上端帽3及下端帽6，分别 连接上下两个端帽的上链条2及下链条9，与上下链条另一端分别相连的上接头1及下接 头10，下接头固定在试验机底座11上；上端帽3及下端帽6、上链条2及下链条9、上接 头1及下接头10具有共同的竖直轴线呈层叠状排列。其中在下端帽及试验机底座之间设 有试样支撑装置，所述的试样支撑装置由一液压缸组件组成，该液压缸组件包括一个可 维持液压缸浮力的支撑筒18、一个可测量液压缸浮力的测量筒16、该支撑筒18与测量筒 16内有要产生浮力的液体17，支撑筒18与测量筒16底部之间有空心导管连通，支撑筒 18内有支撑板12、测量筒16内有可测量液压浮力的测重板13，测重板13上部有绳悬的 用于测量液压浮力的重物15;在拉伸试验进行时，下端帽6及其上方的试样5等通过支 撑板12受到来自支撑筒18内的液体浮力保持平衡，其中支撑板12紧贴支撑筒18筒壁， 密封支撑筒18内液体17将浮力加载到上方的支撑板12上。试验过程中试样发生变形， 在峰值前，上下链条也随之发生一定的伸长，支撑板12及支撑垫14也随之向上移动，支 撑筒18液面上升，测量筒16液面下降；峰值后下链条的伸长变形产生一定的收缩，支撑 板12及支撑垫14也随之向下移动，支撑筒18液面下降，测量筒16液面上升。在整个 试验过程中，记录轴向拉力的同时，可以用传感器来记录支撑筒18及测量筒16的液面高 度的变化数据，在最后处理试验数据时，通过液面高度差、支撑板12及测重板13接触液 体表面积、重物15重量，就可计算出液压提供浮力的数值，并将其从拉伸数据中除去， 减小系统误差。上述的技术方案中，所述的上下链条与上下端帽之间分别设有防链条脱落的上 插销4及下插销7，这样也能方便上下链条的拆装。上述的技术方案中，所述的支撑板12与下端帽6之间有支撑垫14，可采用不变 形的刚性材料，使下端帽6与支撑垫14充分接触。上述的技术方案中，所述的下链条9外部有一个外表面光滑的圆筒套，支撑板 12上有孔，支撑板可恰好在该圆筒套外壁上做上下滑动，并防止液体17漏出。上述的技术方案中，所述的测量筒16用透明材料制成，且筒壁上有轴向刻度 线，可测量该筒内液面高度的变化，该刻度线方向沿测量筒16壁的平行方向，即在试验 装置中呈竖直状，与液面垂直。上述的技术方案中，所述的刻度线也可以是一个活动刻度器，在拉伸试验开始 时可进行零刻度值的校正，通过调节刻度器位置使零刻度标记与测量筒16内液面高度相 同。这样就可以直接读出液面高度的变化值，不必记录液面初始值并计算，可有效地消 除读数中的人为误差。上述的技术方案中，所述的活动刻度器带有零刻度自校正装置，该活动刻度器 有一个浮盘19浸没于测重板13下方的液体17中，连接浮盘19的把柄20穿过测重板13可上下滑动，把柄20上有刻度线，把柄20与浮盘19的接触处为零刻度标记点，测量筒 16内还有一活动刻度尺锁定夹21，可锁住把柄20防止其滑动；拉伸试验开始时，记下支 撑筒18及测量筒16中的液面高度，松开锁定夹21，浮盘19紧贴测重板13底部，零刻 度标记点正好位于测量筒16的液面上，此时将锁定夹21扣紧，活动刻度器被固定不再滑 动。在试验过程中，测量筒16内液面随着试样及链条的变形而发生变化，刻度器可以记 录液面的变化情况。上述的技术方案中，所述的活动刻度器的活动刻度尺把柄20上有活动游标，在 试验过程中可自由移动，这样可精确读取测量筒16中液面的高度值，拉伸试验开始时游 标位于把柄20的零刻度处，可随测重板(13)沿把柄(20)上下移动。上述的技术方案中，所述的重物15为一弹簧，该弹簧上端固定，下端与测重板 (13)接触并压缩。测重板13移动时引起弹簧长度变化，根据弹簧长度变化的尺寸，就 可以计算出测重板13的受力变化，即相当于放置了不同重量的重物15，使用弹簧比较灵 活，适应面广。上述的技术方案中，液压缸内有缓冲装置，包括下链条9底部的缓冲垫及测量 筒16上部的溢液管。当意外事件发生时，如试样5断裂时冲力过大超出本试验装置承受 的设计范围时，缓冲垫可有效防治下端帽6推动测重板13猛烈冲击下接头10，还会造成 测量筒16液面超过筒壁高度。溢液管可使当测量筒16内液面高度超过测量范围时，液 体17可通过溢液管流到液压缸外，防止测重板13被冲出测量筒16。本发明取得了以下技术效果
1、在拉伸试验中，支撑体用液压件代替弹簧，可以克服弹簧的许多缺陷，如弹簧使 用时间长后易变形，要根据不同试样件更换相应倔强系数的弹簧，弹簧在突然加压后容 易震动等，这些都不利于数据的精确测量，还会引发其它问题。采用液压支撑体，就可 以解决这些问题；
2、在测量筒上有自动校正零刻度位置及自动记录液面上升位置的活动游标，可以实 现拉伸试验的自动化、智能化程度，减轻试验中的人工劳动强度，并有效的提高测定数 据的精确度；
3、将试验中测定浮力的重物用弹簧代替，就不必为不同的试样准备大量的重物来更 换，大大拓展了试验数据的测定范围，可适合对各类不同抗拉强度的试样进行测试；
4、液压缸内有缓冲保护装置，可使试验发生意外或测试超出范围时对试验装置提供 有效的保护。说明书附图
图1为现有技术中的直接拉伸试验装置结构示意图； 图2为本发明的直接拉伸试验中有液压支撑体的拉伸装置结构示意图； 图3为本发明中的支撑板构件立体图(已放大)； 图4为图3的俯视图5为本发明中的支撑垫立体图(已放大)； 图6为图5的俯视图7为本发明中的液压缸俯视图(已放大)； 图8为本发明中的测量筒活动刻度器结构示意图(已放大)。
图中标记1—上接头、2—上链条、3—上端帽、4—上插销、5—试样、6—下端 帽、7_下插销、8_支撑弹簧、9_下链条、10_下接头、11_试验机底座、12_支撑板、 13_测重板、14—支撑垫、15—重物、16—测量筒、17—液体、18—支撑筒、19—活动刻度尺 浮盘、20—活动刻度尺刻度柄、21—活动刻度尺锁定夹。
具体实施例方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方 式对本发明作进一步的详细描述。图2是本发明中的试验装置，分为拉伸装置及支撑体两大部分。上述的拉伸装置由一组有共同中心轴线的圆柱状构件层叠而成，包括固定试 样5的上端帽3及下端帽6，分别连接上下两个端帽的上链条2及下链条9，与上下链条 另一端分别相连的上接头1及下接头10，下接头固定在试验机底座11上；上下链条与上 下端帽之间分别设有防链条脱落的上插销4及下插销7。前述的支撑体由一装有液体17的液压缸组成，液压缸分两部分(见图7)，支 撑筒18及测量筒16，这两个筒底部之间有空心导管连通，即支撑筒、液压测量筒及其底 部之间的空心导管构成U形连通管，使液体17可以在两个筒间自由流动。其中的支撑 筒18内有依靠液压浮力的支撑板12、测量筒16内有可测量液压浮力的测重板13，这里 的支撑板12及测重板13的密度均小于液体17密度，因此浮于液体17表面，其四周光滑 且紧贴各自光滑的筒壁，起到密封液体17的作用，并随着各自筒内液体的涨落可作上下 滑动。对支撑体还可以进行如下改进
1)上述的支撑板12与下端帽6之间有轻质支撑垫14，可采用不变形的刚性材料， 使下端帽6与支撑垫14充分接触；
2)上述的下链条9外部有一个外表面光滑的圆筒套，支撑板12上有孔，圆筒套恰好 穿过这个孔，使支撑板12在该圆筒套外壁上做上下滑动，孔的内壁也是光滑的，并紧贴 圆筒套表面，在滑动时可防止液体17漏出。实施例
在拉伸试验中，用上端帽3及下端帽6固定试样5并拉紧，调节液压缸内液面高度 (可从测量筒16注入或抽出液体来实现)，使支撑垫14与下端帽6接触，并采用比支撑 垫14材料密度大的测重板13，或在测重板13上叠加其它重物，使液压缸内浮力平衡， 支撑筒18及测量筒16中液面高度相同，否则两个筒初始液面高度不同，影响后续试验。 在测重板13上方用软绳悬挂重物15，使重物15与测重板13接触，但测重板13不承受重 物15的重量。安装完装置，在试验开始前，记录如下数据
1)支撑板12接触液体17的有效面积；
2)测重板13接触液体17的有效面积；
3)液体17的密度；
4)测量筒16中液面高度值，即测重板13底部的高度；
5)重物15重量；6)下端帽6重量。试验开始后，试样发生变形，在峰值前上下链条也随之发生一定的伸长，支撑 板12及支撑垫14也随之向上移动，支撑筒18液面上升，测量筒16液面下降；峰值后下 链条的伸长变形产生一定的收缩，支撑板12及支撑垫14也随之向下移动，支撑筒18液 面下降，测量筒16液面上升。在整个试验过程中，记录轴向拉力的同时，用传感器来记 录支撑筒18及测量筒16的液面高度的变化数据。在试验结束后处理数据时，通过液面 高度差、支撑板12及测重板13接触液体表面积、重物15的重量，就可计算出液压提供 浮力的数值，并将其从拉伸数据中除去，减小系统误差。为了进一步提高上述拉伸试验中数据采集的智能化及自动化程度，减轻试验中 的人工劳动强度，可对测量筒16进行如下改进
改进方案1
测量筒16上有轴向刻度线，测量筒16可采用透明材料，刻度线刻在筒壁上，类似普 通的液体量筒，可直接可观测该筒内液面高度的变化。改进方案2
上述的刻度线可设计成一活动刻度器，如套在测量筒壁的一把活动直尺，在拉伸试 验开始时可进行零刻度值的校正，通过上下滑动调节刻度器位置，使零刻度标记与测量 筒16内液面高度相同，这样可适用于任意高度液面时的测量，液面到达的刻度器上的刻 度就是实际的液面变化高度，不必计算，直接读取数据。改进方案3
上述的活动刻度器可设计为带有零刻度自校正装置(见图8)，该活动刻度器有一个 浮盘19浸没于测重板13下方的液体17中，测重板13上有孔，连接浮盘19的把柄20恰 好穿过测重板13上的孔可上下滑动，圆筒套恰好穿过这个孔，使支撑板12在该圆筒套外 壁上做上下滑动，孔的内壁及把柄20的外表面均是光滑的，并相互紧贴，在滑动时可防 止液体17漏出。把柄20上有刻度线，把柄20与浮盘19的接触处为零刻度标记点，测量筒16内 还有一活动刻度尺锁定夹21，可锁住把柄20防止其滑动；拉伸试验开始时，支撑筒18 及测量筒16中液面高度相同，锁定夹21松开，浮盘19紧贴测重板13底部，零刻度标记 点正好位于测量筒16的液面上，此时将锁定夹21扣紧，活动刻度器被固定不再滑动。在 试验拉伸中，在峰值荷载前，测量筒16内液面下降，通过把柄20上的刻度线，就可以确 定液面下降到的刻度值，即测重板13下降到某一点时其底部对应的把柄20上的刻度；在 峰值荷载后，由于下链条伸长变形的减小，测量筒16内液面上升，通过把柄20上的刻度 线，就可以确定液面上升到的刻度值，即测重板13上升到某一点时其底部对应的把柄20 上的刻度。这样可以通过活动刻度器的变化显示了液面的变化情况。此改进方案中，重物15也是带孔的，可套在把柄20上，孔的内径须大于把柄20 的横截面直径，以保证在滑动时重物15与把柄20间不能有摩擦。改进方案4
上述的有活动刻度线的把柄20上有活动游标，试验过程中可以自由移动。拉伸试验 开始时游标位于把柄20的零刻度处；试验开始后，活动游标与测重板13相固定，则测重 板13可拉动游标沿把柄20移动，显示出液面变化的高度。
改进方案5
上述的技术方案中，重物15可设计为一弹簧，该弹簧上端固定，下端与测重板(13) 接触并压缩。测重板13移动时引起弹簧长度变化，根据弹簧长度变化的尺寸，就可以计 算出测重板13的受力变化，即相当于放置了不同重量的重物15，使用弹簧比较灵活，适 应面广。改进方案6:
在拉伸试验中，有时因操作不当或者因为试件本身的原因，可能导致其突然断裂。 若断裂时的冲力过大超出本试验装置承受的设计范围时，下端帽6会推动支撑板12猛烈 冲击下接头10，造成有关部件的损坏；另外还可能会造成测量筒16液面超过筒壁高度， 将测重板13冲出测量筒16，并使液体17溅出液压缸外，因此要有必要的缓冲措施。为解决上述问题，液压缸内设计有2个缓冲装置，包括
1)下链条9底部的缓冲垫，缓冲垫可减轻对下接头10的冲击，防止相关受力部件损
坏，
2)测量筒16上部的溢液管，当测量筒16内液面高度超过测量范围时，液体17可通 过溢液管流到液压缸外，防止测重板13被冲出测量筒16。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认 定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于 本发明的保护范围。
8
权利要求
1.一种直接拉伸试验装置的液压支撑体，其包括固定试样(5)的上端帽(3)及下 端帽(6)，分别连接上下两个端帽的上链条(2)及下链条(9)，与上下链条另一端分别相 连的上接头(1)及下接头(10)，下接头固定在试验机底座(11)上；上端帽(3)及下端帽 (6)、上链条(2)及下链条(9)、上接头(1)及下接头(10)具有共同的竖直轴线呈层叠状 排列，其特征在于下端帽及试验机底座之间设有试样支撑装置，所述的试样支撑装置 由一液压缸组件组成，该液压缸组件包括一个支撑筒(18)、一个测量液压缸浮力的测量 筒(16)、该支撑筒(18)与测量筒(16)内有液体(17)，支撑筒(18)与测量筒(16)底部 之间有空心导管连通、支撑筒(18)内有支撑板(12)、测量筒(16)内有可测量液压浮力的 测重板(13)、测重板(13)上部有绳悬的用于测量液压浮力的重物(15)；在拉伸试验进行 时，下端帽(6)及其上方的试样(5)通过支撑板(12)受到来自支撑筒(18)内的液体浮力 保持平衡，其中支撑板(12)紧贴支撑筒(18)筒壁，密封支撑筒(18)内液体(17)将浮力 加载到上方的支撑板(12)上。
2.根据权利要求1所述的直接拉伸试验装置的液压支撑体，其特征在于所述的测量筒 (16)上有轴线刻度线，可测量该筒内液面高度的变化，所述刻度线为活动刻度器，活动刻度器把柄(20)上有活动游标，在试验过程中可自由移动，这样可精确读取测量筒 (16)中液面的高度值，拉伸试验开始时游标位于把柄(20)的零刻度处，可随测重板 (13)沿把柄(20)上下移动。
全文摘要
本发明涉及一种直接拉伸试验装置的液压支撑体，其中的拉伸装置由一组有共同中心轴线的圆柱状构件层叠而成，包括固定试样的上端帽及下端帽，分别连接上下两个端帽的上链条及下链条，与上下链条另一端分别相连的上接头及下接头，下接头固定在试验机底座上；支撑体由一装有液体的液压缸组成，分为支撑筒及测量筒，这两个筒底部之间有空心导管连通。在试验过程中，通过测量筒内液面变化的高度差，就可计算出液压提供浮力的数值，并将其从拉伸数据中除去，减小系统误差。而且本发明中用液压代替传统的弹簧，扩大了试验数据的测量范围，操作更加方便，并提高了测量精度，还可以有效地防止拉伸试验发生意外时及时保护试验装置不受损坏。
文档编号G01N3/02GK102012343SQ201010593848
公开日2011年4月13日 申请日期2009年3月6日 优先权日2009年3月6日
发明者谌文武, 赵忠虎 申请人:兰州大学