一种陶瓷四点抗弯强度测试装置的制作方法

本发明涉及脆性材料的强度测试，尤其是一种陶瓷四点抗弯强度测试装置。

背景技术：

1、陶瓷材料是现代经济建设和国防建设中一类重要的材料，相比其他固体材料，陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高硬度等优点，但是由于它的脆性，陶瓷材料也是最容易发生突发事故，最不安全的材料，所以研究陶瓷材料的力学性能，测试陶瓷的强度有非常重要的意义。

2、虽然零部件的设计一般需要以材料的抗拉强度为依据，但是陶瓷类脆性材料的断裂强度通常采用弯曲法测定。这是因为脆性大的材料在进行拉伸试验时，试样容易在夹持部位发生断裂，加之夹具与试验轴心的不一致所产生的附加弯矩的影响，实际拉伸试验中往往难以测得可靠的抗拉强度值。因此，一般用三点，或者四点抗弯法作为研究陶瓷材料强度的试验方法。

3、然而，三点抗弯试验存在两大缺陷：1.三点抗弯试验只是测得试样很小一部分的局部应力，有效体积非常小；2.三点抗弯法的试件不仅受到弯矩，还受到剪力，但三点抗弯强度的计算公式是基于材料力学导出的，推导中只考虑了弯曲正应力，忽略了剪应力，即公式计算出的三点抗弯强度失真。所以，三点抗弯强度不足以代表陶瓷材料的真实抗弯强度，工程上也面临诸多陶瓷实际破坏应力，远远小于陶瓷三点抗弯强度的情况。故三点抗弯法虽然试验简单，但无法满足对陶瓷材料试验研究的要求。因此，在实际的对陶瓷材料的强度测试中，常采用四点抗弯法。

4、四点抗弯法因试件承受弯矩区长，有效体积大，包含的陶瓷材料缺陷多，能更真实地反映陶瓷的真实抗弯强度。并且，四点抗弯法的试件仅受到纯弯矩，不受剪力，根据材料力学导出抗弯强度的计算公式，可以准确的计算出陶瓷的四点抗弯强度。四点抗弯法的理论基础虽好，但也会由于测试装置不良等因素导致测试数据失真。如试验中出现的试件与压点、支撑点的接触处存在摩擦约束和应力集中，试件两侧受力非对称，试件倾斜等不良状况。

5、针对上述问题，本发明提出了一种陶瓷四点抗弯强度测试装置，可克服四点抗弯强度测试中测试装置不良的问题，得到有效的四点抗弯强度测试数据。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种陶瓷四点抗弯强度测试装置，通过对称设置下压机构内的上压头组件和支撑机构内的下压头组件，使得陶瓷试件受力平衡及跨距可调；同时，通过在上压轴和下压轴上设置缓冲软套，保证了陶瓷试件的受压点无集中应力和额外摩擦力；此外，通过限位销钉使得试件在测试中不发生侧向倾斜，很好地保证了测试结果的准确和可靠。

2、为达到上述目的，本发明提供了一种陶瓷四点抗弯强度测试装置，设置于试验机压杆和试验机支撑杆之间，对陶瓷试件进行抗弯强度测试，该测试装置包含：

3、下压机构，位于陶瓷试件与试验机压杆之间，并固定于试验机压杆靠近陶瓷试件的一端，可承载来自试验机的测试压力；

4、支撑机构，位于陶瓷试件与试验机支撑杆之间，并固定于试验机支撑杆靠近陶瓷试件的一端，可提供支撑；

5、其中，所述下压机构包含：平衡梁，与所述试验机压杆固定连接；上压头组件，作为对陶瓷试件进行向下压紧的接触组件，对称设置于所述平衡梁靠近陶瓷试件一侧的两端；

6、所述撑机构包含：支撑平台，与所述试验机支撑杆固定连接；下压头组件，作为对陶瓷试件进行向上支撑的接触组件，对称设置于所述支撑平台靠近陶瓷试件一侧的两端；

7、进一步，所述平衡梁和支撑平台平行设置。

8、可选的，所述平衡梁为槽型梁，包含底部横梁面和在底部横梁面上垂直向上延伸的两个平行的第三侧壁；

9、在该平行设置的两第三侧壁上分别设有凸出部，在每个凸出部上均设有一转轴安装孔，所述试验机压杆靠近陶瓷试件的一端与平衡梁在所述的转轴安装孔内通过压杆转动轴、压杆转动轴承进行安装以实现固定连接。

10、可选的，所述上压头组件包含：

11、上压头外框，包含第一底壁和设置于第一底壁两端的垂直向下延伸的两个平行的第一侧壁，形成半工字型结构，且该两平行的第一侧壁上相对开设有第一安装孔；

12、上压轴，其两端分别插入设置在两个第一侧壁的第一安装孔上，用于压紧所述的陶瓷试件；其中，上压轴上套有缓冲软套；

13、上压头转动轴承，分别设置于上压头外框的每个第一侧壁与上压轴的接触处。

14、可选的，所述平衡梁的底部横梁面上，对称地开设有多组沿着横梁面的轴向方向间隔排布的平衡梁孔系；

15、其中，每一组平衡梁孔系均包含：

16、平衡梁安装孔，开设于所述平衡梁孔系的中心位置，用于安装上压头组件；

17、若干平衡梁定位孔，对称开设于所述平衡梁安装孔的两侧，用于安装前的定位。

18、可选的，所述上压头外框上设有：

19、上压头外框安装孔，设置于所述第一底壁的中心位置，用于匹配平衡梁安装孔；

20、若干上压头外框定位孔，对称设置于所述上压头外框安装孔的两侧，用于一一对应匹配同一组平衡梁孔系内的各个平衡梁定位孔；

21、其中，通过定位销钉穿插入上压头外框定位孔和平衡梁定位孔内，以实现定位；并通过安装螺钉钉紧上压头外框安装孔和平衡梁安装孔，以实现固定。

22、可选的，所述下压头组件包含：

23、下压头外框，包含第二底壁和设置于第二底壁两端的垂直向上延伸的两个平行的第二侧壁，形成半工字型结构，且该两平行的第二侧壁上相对开设有第二安装孔；

24、下压轴，其两端分别插入设置在两个第二侧壁的第二安装孔上，用于架设所述的陶瓷试件；其中，下压轴上套有缓冲软套；

25、下压头转动轴承，分别设置于下压头外框的每个第二侧壁与下压轴的接触处。

26、可选的，在所述支撑平台上，对称地开设有多组沿着平台面的轴向方向间隔排布的支撑平台孔系；

27、其中，每一组支撑平台孔系均包含：

28、支撑平台安装孔，开设于所述支撑平台孔系的中心位置，用于安装下压头组件；

29、若干支撑平台定位孔，对称开设于所述支撑平台安装孔的两侧，用于安装前的定位。

30、可选的，所述下压头外框上设有：

31、下压头外框安装孔，设置于所述第二底壁的中心位置，用于匹配支撑平台安装孔；

32、若干下压头外框定位孔，对称设置于所述下压头外框安装孔的两侧，用于一一对应匹配同一组支撑平台孔系内的各个支撑平台定位孔；

33、其中，通过定位销钉穿插入下压头外框定位孔和支撑平台定位孔内，以实现定位；并通过安装螺钉钉紧下压头外框安装孔和支撑平台安装孔，以实现固定。

34、可选的，所述的下压头外框的第二底壁上还开设了若干限位销钉孔，该些限位销钉孔对称于所述下压头外框安装孔设置，且成排分布在靠近陶瓷试件端部的一侧，用于对称安插限位销钉；其中，所述限位销钉用于定位陶瓷试件，使其不发生侧向倾斜。

35、可选的，所述陶瓷试件的抗弯强度的计算公式如下：

36、

37、式中，σ是陶瓷试件的抗弯强度，f是试验机压杆施加的试验压力，l是下压头跨距，s是上压头跨距，b是陶瓷试件的厚度，h是陶瓷试件的高度；其中，下压头跨距指两对称安装的下压头组件之间的距离，上压头跨距是指两对称安装的上压头组件之间的距离。

38、综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

39、1、本发明提供的一种陶瓷四点抗弯强度测试装置，保证了两压头轴作用在陶瓷试件上的压力相等，且陶瓷试件受到的应力集中小。

40、2、本发明提供的一种陶瓷四点抗弯强度测试装置，避免了陶瓷试件倾斜，和受到额外的摩擦力，进而保证了测试结果的准确、可靠。

41、3、本发明提供的一种陶瓷四点抗弯强度测试装置，通过对压头跨距的精准调节，可用于陶瓷材料抗弯性能的试验研究。