專利名稱：一種動態(tài)摩擦系數(shù)測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測試材料間動態(tài)摩擦系數(shù)的裝置，尤其是測試低強(qiáng) 度材料間的動態(tài)摩擦系數(shù)的儀器。
背景技術(shù)：
隨著航天、軍事工業(yè)等的快速發(fā)展，固體材料間的摩擦效應(yīng)受到重視 與研究。沖擊加載下材料的摩擦效應(yīng)更是研究的重要方向。然而沖擊加載 下材料間摩擦性能研究缺乏有效的實驗手段?，F(xiàn)有動態(tài)摩擦測量實驗裝置
主要包括兩類第一類是如文獻(xiàn)[Rajagopalan, V. Prakash. A Modified Torsional Kolsky Bar for Investigating Dynamic Friction. Experimental Mechanics. 39(4):295-303(1999).以及H.D. Espinosa, A. Patanella and M. Fischer. A Novel Dynamic Friction Experiment Using a Modified Kolsky Bar Apparatus. Experimental Mechanics. 40(2):138-153(2000).]中涉及的通過改進(jìn) 霍普金森扭桿建立的動態(tài)摩擦實驗裝置。利用該裝置進(jìn)行測試時，要求試 樣形狀為薄管狀，試樣的加工存在一定的難度，尤其是對于強(qiáng)度較低的材 料，很難加工成薄管狀試樣進(jìn)行材料間的動態(tài)摩擦系數(shù)的測試。同時，由 于利用該裝置進(jìn)行測試時，試樣中壓縮波傳播速度快于扭轉(zhuǎn)波，因此在實 驗有效加載之前，壓縮加載已經(jīng)作用于試樣，對于脆性材料試樣可能己經(jīng) 發(fā)生表面破壞，這樣獲得的摩擦性能并非原始材料表面摩擦工況，實驗結(jié) 果的有效性受到破壞；第二類是如文獻(xiàn)[V. Prakash， R. Clifton. Time Resolved Dynamic Friction Measurement in Pressure-shear. Experimental Mechanics. 35:329-336(1995).與H.D. Espinosa, M. Mello， Y. Xu. A Variable Sensitivity Displacement Interferometer with Application to >^ave Propagation Experiments. J. Appl. Mech. 64: 123-131(1997).]中所涉及的建立基于斜碰撞實驗的動態(tài)摩 擦系數(shù)測量裝置，該裝置利用彈性平面波簡化分析并解釋實驗結(jié)果。但是， 利用這類裝置的實驗測試過程繁瑣并且復(fù)雜。同時，由于對試樣的壓縮加 載強(qiáng)度非常高，低強(qiáng)度材料和脆性材料不適用于此種裝置。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種可以有效測試動態(tài)加載下材 料間摩擦系數(shù)的測試裝置。該裝置操作簡單，具有有效加載時間長并且不 破壞試樣表面工況的特點，測試結(jié)果能實時反映加載條件下摩擦系數(shù)的變 化情況。
本實用新型的動態(tài)摩擦系數(shù)測試儀由撞擊桿，加載入射桿，兩個加載 透射桿，兩個剪應(yīng)力計，兩片電阻應(yīng)變片，兩片金屬墊片組成。撞擊桿是 一端為光滑平面的圓柱桿，該光滑平面端作為撞擊端撞擊加載入射桿。加 載入射桿是直徑與撞擊桿相同的圓柱桿，與撞擊桿對應(yīng)的撞擊面為光滑平 面，另一端為突出楔形，突出楔形的兩個平面分別與加載入射桿軸向成45° 角。兩個完全相同的加載透射桿均為圓柱桿，直徑小于加載入射桿楔形平 面的直徑；加載透射桿的一端為光滑平面，該光滑平面上粘貼有剪應(yīng)力計， 剪應(yīng)力計上面粘貼有金屬墊片。加載透射桿中段的表面粘貼有電阻應(yīng)變片。
測試時，待測試樣組件由兩個大試樣和兩個小試樣組成，大、小試樣 的形狀均為圓柱形，大試樣直徑小于加載入射桿楔形平面直徑，小試樣直 徑小于大試樣直徑，兩個大試樣與加載入射桿楔形的兩個平面分別粘接，兩個小試樣分別粘貼在兩片金屬墊片上，大小試樣之間的接觸面按照摩擦 測試要求進(jìn)行不同粗糙度處理后，自然緊密接觸。 本實用新型可以取得以下有益效果-
本裝置結(jié)構(gòu)簡單。通過粘貼不同材料試樣，以及進(jìn)行相應(yīng)的試樣組合 變化，即可實現(xiàn)不同材料間的動態(tài)摩擦系數(shù)測試。直接通過對壓力和摩擦 力的測試獲取摩擦系數(shù)，可靠性比較好。對待測材料無特殊限制，只要能 加工成大小試樣組件即可進(jìn)行測試。尤其本裝置可以通過調(diào)整撞擊桿的速 度實現(xiàn)比較低的加載強(qiáng)度，不至于使待測材料造成破壞，因此可廣泛應(yīng)用 于各種強(qiáng)度材料間的動態(tài)摩擦系數(shù)測試。


圖1是使用本實用新型時的結(jié)構(gòu)狀態(tài)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行具體說明。
如圖1所示，本實用新型由撞擊桿l,加載入射桿2，第一加載透射桿 3和第二加載透射桿4，剪應(yīng)力計5，電阻應(yīng)變片6，金屬墊片7組成。撞 擊桿1是圓柱桿， 一端為光滑平面作為撞擊面。加載入射桿2是與撞擊桿1 直徑相同的圓柱桿， 一端為光滑平面作為撞擊面，另一端為突出楔形面， 組成楔形的兩個平面分別與加載入射桿2的軸向成45°角。第一加載透射桿 3和第二加載透射桿4為完全相同的圓柱桿，圓柱的直徑小于加載入射桿2 的楔形平面直徑，第一加載透射桿3和第二加載透射桿4的一端均為光滑 平面，上面分別粘貼有剪應(yīng)力計5。剪應(yīng)力計5上面粘貼有金屬墊片7。在 第一加載透射桿3和第二加載透射桿4的中部分別粘貼有電阻應(yīng)變片6。待測試樣組件10由兩個大試樣8和兩個小試樣9組成。大、小試樣的形狀均 為圓柱形，大試樣8的直徑小于加載入射桿2楔形平面直徑，小試樣9的 直徑小于大試樣8的直徑。兩個大試樣8與加載入射桿2楔形的兩個平面 分別粘接，兩個小試樣9分別與第一加載透射桿3和第二加載透射桿4上 的金屬墊片7分別粘接，大試樣8和小試樣9之間按摩擦測試要求連接。
剪應(yīng)力計與加載透射桿和金屬墊片粘結(jié)的粘結(jié)劑為導(dǎo)電膠。電阻應(yīng)變 片與加載透射桿表面的粘接劑為環(huán)氧膠。
大試樣使用耐沖擊膠粘貼于加載入射桿楔形面，小試樣也使用耐沖擊 膠粘貼于金屬墊片。
使用本實用新型時，將加載入射桿2和第一加載透射桿3和第二加載 透射桿4固定于同一水平面，大小試樣按摩擦測試要求連接。撞擊桿1同 軸撞擊加載入射桿2產(chǎn)生加載脈沖。到達(dá)試樣組件10界面時加載脈沖發(fā)生 分解，對試樣組件10進(jìn)行壓縮和剪切后，向第一加載透射桿3和第二加載 透射桿4分別傳入一個壓縮脈沖和一個剪切脈沖。
因為兩個加載透射桿相同，傳入的壓縮脈沖和剪切脈沖作用也相同， 因此只分析第一加載透射桿3上的作用力即可。
作用在試樣組件10界面上的壓力iV通過粘貼在第一加載透射桿3上的電
阻應(yīng)變片6得到，結(jié)果為
A^jaZ (公式一) 其中，％為電阻應(yīng)變片6得到的透射壓縮應(yīng)變信號，4為第一加載透射 桿3的橫截面積，￡為第一加載透射桿3的彈性模量。 試樣組件10界面上的剪切力廠由剪應(yīng)力計5得到
廠=", (公式二)T為剪切應(yīng)力計5測試得到的剪切應(yīng)力，而剪切力r是靠試樣材料之間的
摩擦產(chǎn)生的，根據(jù)庫侖摩擦理論
尸=^# (公式三)
公式三中，^為摩擦系數(shù)。由上述公式可得
/^/7A^"Z4 (公式四)
于是，禾U用第一加載透射桿3上的剪應(yīng)力計5得到的剪切應(yīng)力T的動態(tài)變 化歷史，利用第一加載透射桿3上所貼電阻應(yīng)變片6獲得透射壓縮應(yīng)變 隨
時間的變化歷史，利用公式四，最終獲得兩試樣間動態(tài)摩擦系數(shù)/z的變化歷史。
將本實用新型與測試采集系統(tǒng)相連，即可獲得動態(tài)摩擦系數(shù)//曲線。
權(quán)利要求1.一種動態(tài)摩擦系數(shù)測試儀，其特征在于，由撞擊桿(1)，加載入射桿(2)，兩個加載透射桿，兩個剪應(yīng)力計(5)，兩片電阻應(yīng)變片(6)，兩片金屬墊片(7)組成；撞擊桿(1)是一端為光滑平面的圓柱桿，該光滑平面端作為撞擊端撞擊加載入射桿(2)；加載入射桿(2)是直徑與撞擊桿(1)相同的圓柱桿，與撞擊桿(1)對應(yīng)的撞擊面為光滑平面，另一端為突出楔形，突出楔形的兩個平面分別與加載入射桿(2)軸向成45°角；兩個完全相同的加載透射桿均為圓柱桿，直徑小于加載入射桿(2)楔形平面的直徑；加載透射桿的一端為光滑平面，該光滑平面上粘貼有剪應(yīng)力計(5)，剪應(yīng)力計(5)上面粘貼有金屬墊片(7)；加載透射桿中段的表面粘貼有電阻應(yīng)變片(6)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)摩擦系數(shù)測試儀，其特征在于使用的待測試 樣組件(10)由兩個大試樣(8)和兩個小試樣(9)組成，大試樣(8)和小試 樣(9)的形狀均為圓柱形，大試樣(8)直徑小于加載入射桿(2)楔形平面直 徑，小試樣(9)直徑小于大試樣(8)直徑，兩個大試樣(8)與加載入射桿(2) 一端楔形的兩個平面分別粘接，兩個小試樣(9)分別粘貼在兩片金屬墊片(7) 上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的動態(tài)摩擦系數(shù)測試儀，其特征在于剪應(yīng)力計 (5)與加載透射桿和金屬墊片(7)粘結(jié)的粘結(jié)劑為導(dǎo)電膠；電阻應(yīng)變片(6)與加載透射桿表面的粘接劑為環(huán)氧膠。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的動態(tài)摩擦系數(shù)測試儀，其特征在于大試樣 (8)使用耐沖擊膠粘貼于加載入射桿(2)楔形的平面，小試樣(9)使用耐沖擊膠粘貼于金屬墊片(7)。
專利摘要本實用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單的動態(tài)摩擦系數(shù)測試儀，由撞擊桿，加載入射桿，兩個加載透射桿，兩個剪應(yīng)力計，兩片電阻應(yīng)變片，兩片金屬墊片組成。撞擊桿是一端為光滑平面的圓柱桿，加載入射桿是直徑與撞擊桿相同的圓柱桿，與撞擊桿對應(yīng)的撞擊面為光滑平面，另一端為突出楔形。兩個完全相同的加載透射桿均為圓柱桿，加載透射桿的一端為光滑平面，該光滑平面上粘貼有剪應(yīng)力計，剪應(yīng)力計上面粘貼有金屬墊片。加載透射桿中段的表面粘貼有電阻應(yīng)變片。通過粘貼不同材料試樣，以及進(jìn)行相應(yīng)的試樣組合變化，利用本實用新型即可實現(xiàn)不同材料間的動態(tài)摩擦系數(shù)測試。
文檔編號G01N3/34GK201340368SQ20092006306
公開日2009年11月4日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者力 盧, 盧芳云, 崔云霄, 林玉亮, 趙鵬鐸, 榮 陳 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)