适合于脆性材料受拉性能试验的试验机辅助吸能装置

　　材料试验机是一种最常用的材料性能试验设备,在普通材料试验机上对通常的金属和非金属材料试件包括构件等进行拉、压、弯、剪等的一般性实验,不但较为简便,而且也很容易实现。但是对于一些典型的脆性材料,如混凝土、石料等,除了要测定其材料的抗压、抗剪强度等特性外,还要进一步测取其抗拉、抗压应力应变全过程曲线。单轴受压应力应变全曲线是最基本的特征曲线,也是研究钢筋混凝土结构非线性设计方法、结构的抗震性能等的重要依据,其地位勿庸置疑;而抗拉性能随着对钢筋混凝土结构的深入研究和材料科学的发展,也越来越受到重视。一方面抗拉强度是确定材料抗裂度的重要指标,也是间接地衡量其它力学性能,诸如混凝土的冲切强度、混凝土与钢筋的粘接强度等的指标;另一方面,通过对全曲线的分析,对构件性能,如开裂荷载、使用阶段的裂缝宽度、变形(刚度)、耐久性、渗水性、以及抵抗收缩和温度变化的能力等都有着重大的影响。轴心受压全过程曲线的测定,在国内外已有不少成功的经验;而轴心受拉全过程曲线的测定,则因试验装置复杂及难以保证拉力对试件的对中等问题的影响,已成为一个长期以来始终没有得到很好解决的难题。就混凝土而言,当试件在普通材料试验机上进行轴心受拉试验时,一旦超过最大应力,试件立即被拉断,呈脆性破坏特征,因此采用常规手段无法测得包括下降段在内的应力应变曲线的全过程。

　　Whitney[1]早就指出:试件的突然破坏是由于试验机本身刚度不足所造成的,即试验机在加载过程中因变形而储存了很大的弹性变形能,当试件达到最大承载力之后,试验机因荷载减少而很快释放能量,对试件施加较大的附加应变而引起急骤破坏。因此必须通过增加试验机刚度或控制力或位移的输出来获得全曲线的下降段。

　　采用MTS闭环电液伺服试验机并通过力或位移控制的方式可以进行全过程曲线的测定,但价格昂贵,不具有普遍适用性,且操作也需一定技巧;刚性试验机在一定程度上克服了普通材料试验机刚度不足的缺点,但无论是其制造还是配置都很困难;因此,在普通材料试验机上研究和利用各种辅助吸能装置就成为解决问题的重要途径之一。国外有尝试利用在下部活动横梁加刚性块以增加试验机刚度的方法来测定受拉应力应变全过程曲线[2],但要求试件的材料强度不高,且专门的配合调节装置构造较为复杂,试验结果也不很理想;国内也有采用附加刚性框架所组成的辅助吸能装置[3],但轴心受拉过程易发生偏心,辅助装置不易均匀受力,对试验结果影响较大。本文从简单适用的角度出发,针对WE-60型600kN液压万能试验机,研制了一种利用薄壁金属套筒吸能和球铰对中方式调整偏心的受拉辅助吸能装置,获得了较为满意的结果。