本发明专利技术公开了一种测试约束条件下陶瓷材料力学性能的装置及方法，属于材料力学性能测试领域。所述装置包括施力装置、约束装置和数据采集处理系统；其中施力装置包括交流电机、减速器、第一支撑架、第二支撑架、支撑板、轴承、联轴器、滚珠丝杠、移动螺母、传动平台、施力压头、工作平台、第一底座和第一压力传感器；约束装置包括第二底座、第一支撑板、第二支撑板、挡板B、加载组件一、加载组件二和第二压力传感器；约束装置的第二底座固定在施力装置的工作平台上，数据采集处理系统分别与第一压力传感器、第二压力传感器连接；所述装置利用刚性材料对陶瓷材料施加压应力，结构简单、灵活轻便，实现了陶瓷材料的力学性能测试。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于材料力学性能测试领域
技术介绍
陶瓷材料的致命弱点是脆性、低可靠性和低重复性，这些不足严重影响了陶瓷材料的广泛应用，材料的脆性主要表现为断裂韧性低。目前，陶瓷材料的增韧主要是从材料本身的角度出发，通过改变成分，组织，结构等提高韧性，比如纤维/晶须增韧、相变增韧、纳米增韧等，这些增韧措施虽然取得了一定的成就，但效果仍不显著。另外，先进陶瓷材料因具有高抗压强度、高硬度、低密度等突出特性而越来越广泛地应用于抗弹防护领域，但纯陶瓷靶板在弹体的冲击作用下会发生破碎和飞溅，这将大幅度降低靶板的抗弹性能。现有的陶瓷力学性能(抗弯强度、断裂韧性)测试主要在万能材料试验机上进行。以抗弯强度测试为例，如图I所示，常规的三点弯曲试验是将标准试样放在有一定跨距的两个支撑点上，在两个支撑点中点上方向试样施加向下的载荷，试样的3个接触点形成相等的两个力矩时即发生三点弯曲，试样将于中点处发生断裂，记录试样断裂时的最大载荷，根据公式即可计算出抗弯强度。对于在预应力约束条件下，陶瓷材料的力学性能将发生什么样的变化，有关的研究较少，相应的测试预应力约束条件下陶瓷材料的力学性能(抗弯强度、断裂韧性)的变化情况的装置还未见报道。同时，现有的万能材料试验机结构复杂、设备庞大，因此需要一种结构简单、灵活轻便的测试陶瓷材料力学性能的装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了，所述装置及方法实现了陶瓷材料在约束条件下的力学性能测试。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下一种测试约束条件下陶瓷材料力学性能的装置，所述装置包括施力装置、约束装置和数据采集处理系统；其中，施力装置包括交流电机、减速器、第一支撑架、第二支撑架、支撑板、轴承、联轴器、滚珠丝杠、移动螺母、传动平台、施力压头、工作平台、第一底座和第一压力传感器；其中，第一底座为矩形平台，支撑板通过第一支撑架和第二支撑架与第一底座固定连接，其中第一支撑架对称支持支撑板的两端，第二支撑架支持支撑板的中部；工作平台两端开有通孔，第一支撑架穿过工作平台两端的通孔，将工作平台限位在第一底座和支撑板之间，工作平台可在垂直方向上运动；在工作平台和第一底座之间设有第一压力传感器；第一压力传感器上的弹性体与施力压头的中轴线重合；交流电机和减速器固定在支撑板顶部，交流电机和减速器之间通过转轴转动连接；减速器输出轴上套有轴承，通过轴承支座将轴承固定在第二支撑架上；轴承的作用为，防止减速器输出轴在工作过程中发生偏移，起限位作用；通过联轴器，将减速器输出轴的下端和滚珠丝杠连接；在滚珠丝杠上套有移动螺母，移动螺母与滚珠丝杠通过螺纹配合，在第二支撑架上开有沿竖直方向的滑道，移动螺母一侧与滑道滑动配合，另一侧与转动平台固连，通过移动螺母带动传动平台沿垂直方向上下移动；传动平台底部与施力压头固定连接；其中，减速器输出轴和滚珠丝杠的中轴线在同一条直线上；约束装置包括第二底座、第一支撑板、第二支撑板、挡板B、加载组件一、加载组件二和第二压力传感器；其中加载组件一包括把手A、中空螺栓A、固定板A、弹簧A、金属杆A、挡板A ;加载组件二包括把手A’、中空螺栓A’、固定板A’、弹簧A’、金属杆A’、挡板A’ ；其中第二底座为长方体结构，在第二底座上表面沿中轴线方向开有燕尾槽；在第二底座中心位置两侧对称固定有第一支撑板和第二支撑板，第一支撑板和第二支撑板高度相等；在第一支撑板左侧设有加载组件一，其中挡板A位于第一支撑板左侧，金属杆A —端与挡板A抵触连接，另一端套装在中空螺栓A内部；弹簧A套装在金属杆A上，弹簧A位于中空螺栓A和挡板A之间；第二支撑板右侧设有加载组件二，以第二底座中心为对称点，加载组件二与加载组件一对称位于第二底座的左右两侧；在第一支撑板和挡板A之间设有挡板B，其中挡板A、挡板A’、挡板B的下部为燕尾形，与第二底座上表面的燕尾槽配合；挡板A、挡板A’、挡板B可沿第二底座中轴线滑动；第二压力传感器位于挡板A和挡板B之间；其中，约束装置的第二底座固定在施力装置的工作平台上，施力装置的施力压头位于约束装置的第一支撑板和第二支撑板之间；数据采集处理系统分别与第一压力传感器、第二压力传感器连接；其中，施力装置的作用为，通过施力压头，以设定的加载速度在陶瓷试样上表面施加压力；约束装置的作用为，对陶瓷试样在水平方向上施加预应力，同时提供陶瓷抗弯强度和断裂韧性测试(三点或四点弯曲法)所需的支撑作用；数据采集处理系统的作用为，显示第一压力传感器、第二压力传感器所受压力并加以处理，得出在约束条件下陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性。一种测试约束条件下陶瓷材料力学性能的方法，所述方法步骤如下步骤一、将约束装置的第二底座固定在施力装置的第一底座上，将第二压力传感器置于挡板A和挡板B之间；步骤二、将陶瓷试样置于第一支撑板和第二支撑板上方，通过旋转把手A、把手A’，分别带动中空螺栓A、A’对弹簧A、A’进行压缩，使挡板A’和挡板B对陶瓷试样的两端面施加约束力，同时挡板A和挡板B挤压第二压力传感器，通过数据采集处理系统读出约束力的大小； 步骤三、开启交流电机，交流电机的输出转矩经减速器减速后，通过联轴器、滚珠丝杠、传动平台传给施力压头，施力压头以设定速度向下运动，对试样施加作用力至试样断裂；通过第一压力传感器记录试样断裂时的最大压力，并将数据传到数据采集与处理系统，计算得到试样的断裂韧性；通过对陶瓷试样两端施加大小不同的约束力，重复步骤二和步骤三，测定不同约束力下试样的断裂韧性和抗弯强度。其中，在步骤二中，保证陶瓷试样的中心和施力压头中轴线在同一直线上；在步骤三中，优选所述施力压头的设定速度为0. 5mm/min。有益效果I.本专利技术所述测试约束条件下陶瓷材料力学性能的装置中，约束装置利用刚性材料对陶瓷材料施加压应力，压应力的施加方式多样且大小可变；通过施加的压应力可以抵消或减轻裂纹尖端的张应力，从而阻止陶瓷材料内部裂纹扩展，起到改善陶瓷脆性的作用；2.本专利技术所述测试约束条件下陶瓷材料力学性能的装置中，施力装置结构简单、灵活轻便，实现了陶瓷材料的力学性能测试。附图说明图I为常规三点弯曲试验示意图；图2为本专利技术所述的施力装置的正视图；图3为本专利技术所述的施力装置的侧视图；图4为本专利技术所述的施力装置的俯视图；图5为本专利技术所述的约束装置的正视图；图6为本专利技术所述的约束装置的俯视图；图7为本专利技术所述的约束装置的侧视图；图8为本专利技术所述的测试约束条件下陶瓷材料力学性能的装置的结构示意图；其中，I-交流电机、2-减速器、3-支撑板、4-减速器输出轴、5-轴承、6_联轴器、7-滚珠丝杠、8-移动螺母、9-滑道、10-传动平台、11-施力压头、12-工作平台、13-第一底座、14-第一压力传感器、15-第一支撑架、16-第二支撑架、17-第二底座、18-把手A、19-中空螺栓A、20-固定板A、21-弹簧A、22-金属杆A、23_挡板A、24_挡板B、25-第一支撑板、26-第二支撑板、27-挡板A，、28_弹簧A，、29_金属杆A，、30_固定板A，、31_中空螺栓A，、32-把手A’。具体实施例方式下面通过具体实施例来详细描述本专利技术。实施例一种测试约束条件下陶瓷材料力学性能的装置，所述装置包括施力装置、约束装置和数据采集处理系统；其中，施力装置包括本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李云凯，万明明，李树奎，孙川，姜全振，王云飞，朱灵波，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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