CN102645371B - 双轴材料拉伸试验装置及应用该装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双轴材料拉伸试验装置及双轴材料拉伸试验方法，能够有效的实现对试件不同比例的双向拉伸，尤其是由于在每一组拉伸方向上采用了两侧不同旋向的同一根滚珠丝杠，可以准确的实现对十字形试件的同步拉伸，提高了测试结果的精度。

Description

双轴材料拉伸试验装置及应用该装置的方法

技术领域

本发明属于材料力学测试技术领域，具体涉及一种双轴材料拉伸试验装置及应用该装置的方法。

背景技术

自板壳理论建立以来，越来越多的领域应用到了板壳结构，例如航空航天方面、工业方面等。

在板壳结构研究中，双向受力结构的研究也为一个热点，例如：在航空航天方面，由于太空环境的特殊性，许多太空容器都是双向受力结构；在工业板料加工方面，由于工业板料成形和变形过程的复杂性，许多板材在加工过程中也是双向受力。因此，研究材料的双向受力结构有着非常重要的现实意义。

从上世纪四十年代开始，越来越多的人开始致力于研究双向拉伸试验。但是，由于双向拉伸机构设计的复杂性，双向拉伸试验在世界上仍是一个尚未解决的课题。

学者们在不同时期研究了不同类型的双向拉伸试验方法，例如：单向拉伸下的双拉试验、薄膜凸胀双拉试验、压力容器双拉试验以及十字形试件双拉试验等。由于十字形试件双拉试验能够最直观且最直接的反映试件的双向受力状态，所以也是当前许多研究人员最侧重的试验研究方法。

目前，十字形试件双向拉伸试验所使用的试验仪器主要包括两类：即机械式双向拉伸试验机和液压式双向拉伸试验机。其中，液压式双向拉伸试验机使用局限性较大，而现有的机械式双向拉伸试验机对十字形试件双向的拉伸比例相同，由此也限制了机械式双向拉伸试验机的应用。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种双轴材料拉伸试验机，该双轴材料拉伸试验机能够对试件进行不同比例的双向拉伸，从而扩大了双轴材料拉伸试验机的应用范围。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种双轴材料拉伸试验装置，包括：机架、第一丝杆、第二丝杆、第一驱动机构和第二驱动机构；所述机架包括横向对称设置的第一外壁和第二外壁，以及纵向对称设置的第三外壁和第四外壁；所述第一丝杆的一端与第一轴承座转动连接，所述第一轴承座固定安装于所述第一外壁处，所述第一丝杆的另一端与第二轴承座转动连接，所述第二轴承座固定安装于所述第二外壁处，并且，所述第一丝杆的另一端还连接所述第一驱动机构；所述第二丝杆的一端与第三轴承座转动连接，所述第三轴承座固定安装于所述第三外壁处，所述第二丝杆的另一端与第四轴承座转动连接，所述第四轴承座固定安装于所述第四外壁处，并且，所述第二丝杆的另一端还连接所述第二驱动机构；所述第一丝杆与所述第二丝杆呈十字形设置；在所述第一丝杆的两侧还对称设置第一螺纹和与所述第一螺纹旋向相反的第二螺纹，在所述第一螺纹处安装与所述第一螺纹相配合的第一螺母，在所述第二螺纹处安装与所述第二螺纹相配合的第二螺母，所述第一螺母表面固定安装第一夹具，所述第二螺母表面固定安装第二夹具；在所述第二丝杆的两侧还对称设置第三螺纹和与所述第三螺纹旋向相反的第四螺纹，在所述第三螺纹处安装与所述第三螺纹相配合的第三螺母，在所述第四螺纹处安装与所述第四螺纹相配合的第四螺母，所述第三螺母表面固定安装第三夹具，所述第四螺母表面固定安装第四夹具。

优选的，所述第一驱动机构包括：第一减速器和与所述第一减速器一端相联动的第一电机；所述第一减速器的另一端通过第一联轴器与所述第一丝杆的另一端相连接；所述第二驱动机构包括：第二减速器和与所述第二减速器一端相联动的第二电机；所述第二减速器的另一端通过第二联轴器与所述第二丝杆的另一端相连接。

优选的，所述第一丝杆和所述第二丝杆均为滚珠丝杆。

优选的，所述第一夹具包括：底座、压盖及紧固部件；所述底座的下表面与所述第一螺母固定连接，所述底座的上表面通过所述紧固部件与所述压盖可拆卸连接。

优选的，所述紧固部件为螺栓。

优选的，在所述底座的上表面还安装有凸台；并且，所述凸台的表面以及所述压盖的下表面均安装有防滑纹理。

优选的，所述第二夹具、所述第三夹具和所述第四夹具均与所述第一夹具的结构相同。

优选的，还包括：第一滑动装置、第二滑动装置、第三滑动装置和第四滑动装置；所述第一夹具与所述第一外壁通过所述第一滑动装置滑动连接；所述第二夹具与所述第二外壁通过所述第二滑动装置滑动连接；所述第三夹具与所述第三外壁通过所述第三滑动装置滑动连接；所述第四夹具与所述第四外壁通过所述第四滑动装置滑动连接。

优选的，所述第一滑动装置包括：第一导轨、第二导轨、第一滑块和第二滑块；所述第一导轨与所述第一滑块相适配，所述第二导轨与所述第二滑块相适配；所述第一导轨和所述第二导轨分别安装在所述第一螺纹两侧所在的所述第一外壁处，所述第一滑块和所述第二滑块分别固定安装在所述第一夹具的两侧。

优选的，所述第二滑动装置、所述第三滑动装置和所述第四滑动装置均与所述第一滑动装置的结构相同。

本发明还提供一种双轴材料拉伸试验装置的双轴材料拉伸试验方法，包括以下步骤：

将十字形试件的横向两个端部分别通过所述第一夹具和所述第二夹具进行固定，将十字形试件的纵向两个端部分别通过所述第三夹具和所述第四夹具进行固定；

开启所述第一驱动机构和所述第二驱动机构，在所述第一驱动机构的带动下，所述第一丝杆旋转，从而使所述第一螺母和所述第二螺母进行同步的反向运动，从而拉伸所述十字形试件的横向长度；

在所述第二驱动机构的带动下，所述第二丝杆旋转，从而使所述第三螺母和所述第四螺母进行同步的反向运动，从而拉伸所述十字形试件的纵向长度。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的双轴材料拉伸试验装置及双轴材料拉伸试验方法，能够有效的实现对试件不同比例的双向拉伸，尤其是由于在每一组拉伸方向上采用了两侧不同旋向的同一根滚珠丝杠，可以准确的实现对十字形试件的同步拉伸，提高了测试结果的精度。

附图说明

图1是本发明提供的双轴材料拉伸试验装置的主视图；

图2是本发明提供的双轴材料拉伸试验装置的左视图；

图3是本发明提供的双轴材料拉伸试验装置中夹具的主视图；

图4是本发明提供的双轴材料拉伸试验装置中夹具的左视图；

图5是本发明试验用试件的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的双轴材料拉伸试验装置及方法进行详细介绍：

如图1所示，本发明提供一种双轴材料拉伸试验装置，包括：机架1、第一丝杆2、第二丝杆3、第一驱动机构和第二驱动机构；机架1包括横向对称设置的第一外壁4和第二外壁5，以及纵向对称设置的第三外壁6和第四外壁7；第一丝杆2的一端通过轴承座固定安装于第一外壁4处，第一丝杆2的另一端通过轴承座固定安装于第二外壁5处，并且，第一丝杆2的另一端还连接所述第一驱动机构；第二丝杆3的一端通过轴承座固定安装于第三外壁6处，第二丝杆3的另一端通过轴承座固定安装于第四外壁7处，并且，第二丝杆3的另一端还连接所述第二驱动机构；第一丝杆2与第二丝杆3呈十字形设置；在第一丝杆2的两侧还对称设置第一螺纹和与所述第一螺纹旋向相反的第二螺纹，第一丝杆的其他位置为光滑丝杆，在所述第一螺纹处安装与所述第一螺纹相配合的第一螺母8，在所述第二螺纹处安装与所述第二螺纹相配合的第二螺母9，所述第一螺母8表面固定安装第一夹具10，第一夹具10与所述第一外壁通过第一滑动装置11滑动连接，所述第二螺母表面固定安装第二夹具，所述第二夹具与所述第二外壁通过第二滑动装置滑动连接；在所述第二丝杆的两侧还对称设置第三螺纹和与所述第三螺纹旋向相反的第四螺纹，第二杆的其他位置为光滑丝杆，在所述第三螺纹处安装与所述第三螺纹相配合的第三螺母，在所述第四螺纹处安装与所述第四螺纹相配合的第四螺母，所述第三螺母表面固定安装第三夹具，所述第三夹具与所述第三外壁通过第三滑动装置滑动连接，所述第四螺母表面固定安装第四夹具，所述第四夹具与所述第四外壁通过第四滑动装置滑动连接。其中，第一驱动机构包括：第一减速器12和与所述第一减速器12一端相联动的第一电机13；所述第一减速器的另一端通过第一联轴器14与第一丝杆2的另一端相连接；所述第二驱动机构包括：第二减速器15和与所述第二减速器15一端相联动的第二电机16；所述第二减速器15的另一端通过第二联轴器17与所述第二丝杆3的另一端相连接。所述第一丝杆2和所述第二丝杆3均可以为滚珠丝杆。

另外，本发明中，第一夹具、第二夹具、第三夹具和第四夹具结构相同，需要安装在同一水平面上。为描述方便，下面仅以第一夹具的结构为例进行介绍：第一夹具包括：底座18、压盖19及紧固部件20；所述底座的下表面与所述第一螺母固定连接，所述底座的上表面通过所述紧固部件与所述压盖可拆卸连接。其中，所述紧固部件可以为螺栓。在所述底座的上表面还安装有凸台；并且，所述凸台的表面以及所述压盖的下表面均安装有防滑纹理，通过增加防滑纹理，可以加强夹具对试件的压紧效果，减小试件对夹具的相对滑动。

如图3和图4所示，底座18、试件与压盖19由夹具左右两侧的压紧螺栓以及中间的五个紧固螺栓压紧固定。当安装试件时，首先应将十字形试件摆放在对应位置，即将试件的夹持孔与夹具底座9的螺纹孔对齐，再将夹具压盖对应放齐。利用压紧螺栓上方的扳手进行装配，将底座、试件及压盖压紧，再将五个紧固螺栓穿过夹具的五个孔对应安装，对试件进行进一步夹持固定。

试验所用的十字形试件示意图如图5。试件为十字形对称结构，每一端夹持部都有五个夹持孔，用来夹持固定试件。

本发明中，第一滑动装置、第二滑动装置、第三滑动装置和第四滑动装置结构相同，为描述方便，下面仅以第一滑动装置的结构为例进行介绍：第一滑动装置包括：第一导轨21、第二导轨22、第一滑块23和第二滑块24；所述第一导轨与所述第一滑块相适配，所述第二导轨与所述第二滑块相适配；所述第一导轨和所述第二导轨分别安装在所述第一螺纹两侧所在的所述第一外壁处，所述第一滑块和所述第二滑块分别固定安装在所述第一夹具的两侧。

本发明提供的双轴材料拉伸试验方法，包括以下步骤：

将十字形试件的横向两个端部分别通过所述第一夹具和所述第二夹具进行固定，将十字形试件的纵向两个端部分别通过所述第三夹具和所述第四夹具进行固定；

开启所述第一驱动机构和所述第二驱动机构，在所述第一驱动机构的带动下，所述第一丝杆旋转，从而使所述第一螺母和所述第二螺母进行同步的反向运动，从而拉伸所述十字形试件的横向长度；

在所述第二驱动机构的带动下，所述第二丝杆旋转，从而使所述第三螺母和所述第四螺母进行同步的反向运动，从而拉伸所述十字形试件的纵向长度。

另外，第一驱动机构和第二驱动机构可以由计算机进行控制，在计算机控制下，第一驱动机构和第二驱动机构可以同步运行，并且，第一驱动机构和第二驱动机构可以输出不同的转速，第一丝杆和第二丝杆相应的也可获得不同的转速，当第一丝杆和第二丝杆转速发生变化时，丝杆上安装的螺母的运动状态也发生变化，通过夹具的传递，可改变十字形试件在横、纵两个方向的拉伸状态，即：实现了控制十字形试件在横、纵两个方向上不同比例的拉伸。

因此，本发明提供的双轴材料拉伸试验装置及双轴材料拉伸试验方法，能够有效的实现对试件不同比例的双向拉伸，尤其是由于在每一组拉伸方向上采用了两侧不同旋向的同一根滚珠丝杠，可以准确的实现对十字形试件的同步拉伸，提高了测试结果的精度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种双轴材料拉伸试验装置，其特征在于，包括：机架、第一丝杆、第二丝杆、第一驱动机构和第二驱动机构；所述机架包括横向对称设置的第一外壁和第二外壁，以及纵向对称设置的第三外壁和第四外壁；所述第一丝杆的一端与第一轴承座转动连接，所述第一轴承座固定安装于所述第一外壁处，所述第一丝杆的另一端与第二轴承座转动连接，所述第二轴承座固定安装于所述第二外壁处，并且，所述第一丝杆的另一端还连接所述第一驱动机构；所述第二丝杆的一端与第三轴承座转动连接，所述第三轴承座固定安装于所述第三外壁处，所述第二丝杆的另一端与第四轴承座转动连接，所述第四轴承座固定安装于所述第四外壁处，并且，所述第二丝杆的另一端还连接所述第二驱动机构；所述第一丝杆与所述第二丝杆呈十字形设置；在所述第一丝杆的两侧还对称设置第一螺纹和与所述第一螺纹旋向相反的第二螺纹，在所述第一螺纹处安装与所述第一螺纹相配合的第一螺母，在所述第二螺纹处安装与所述第二螺纹相配合的第二螺母，所述第一螺母表面固定安装第一夹具，所述第二螺母表面固定安装第二夹具；在所述第二丝杆的两侧还对称设置第三螺纹和与所述第三螺纹旋向相反的第四螺纹，在所述第三螺纹处安装与所述第三螺纹相配合的第三螺母，在所述第四螺纹处安装与所述第四螺纹相配合的第四螺母，所述第三螺母表面固定安装第三夹具，所述第四螺母表面固定安装第四夹具；所述第一夹具包括：底座、压盖及紧固部件；所述底座的下表面与所述第一螺母固定连接，所述底座的上表面通过所述紧固部件与所述压盖可拆卸连接；所述紧固部件为螺栓；在所述底座的上表面还安装有凸台；并且，所述凸台的表面以及所述压盖的下表面均安装有防滑纹理；

应用所述双轴材料拉伸试验装置的双轴材料拉伸试验方法，包括以下步骤：

将十字形试件的横向两个端部分别通过所述第一夹具和所述第二夹具进行固定，将十字形试件的纵向两个端部分别通过所述第三夹具和所述第四夹具进行固定；

开启所述第一驱动机构和所述第二驱动机构，在所述第一驱动机构的带动下，所述第一丝杆旋转，从而使所述第一螺母和所述第二螺母进行同步的反向运动，从而拉伸所述十字形试件的横向长度；

在所述第二驱动机构的带动下，所述第二丝杆旋转，从而使所述第三螺母和所述第四螺母进行同步的反向运动，从而拉伸所述十字形试件的纵向长度；

第一驱动机构和第二驱动机构由计算机进行控制，在计算机控制下，第一驱动机构和第二驱动机构同步运行，并且，第一驱动机构和第二驱动机构输出不同的转速，第一丝杆和第二丝杆相应的也获得不同的转速，当第一丝杆和第二丝杆转速发生变化时，丝杆上安装的螺母的运动状态也发生变化，通过夹具的传递，改变十字形试件在横、纵两个方向的拉伸状态，即：实现了控制十字形试件在横、纵两个方向上不同比例的拉伸；

其中，所述第一驱动机构包括：第一减速器和与所述第一减速器一端相联动的第一电机；所述第一减速器的另一端通过第一联轴器与所述第一丝杆的另一端相连接；所述第二驱动机构包括：第二减速器和与所述第二减速器一端相联动的第二电机；所述第二减速器的另一端通过第二联轴器与所述第二丝杆的另一端相连接，所述第一丝杆和所述第二丝杆均为滚珠丝杆；

其中，所述第二夹具、所述第三夹具和所述第四夹具均与所述第一夹具的结构相同；

其中，还包括：第一滑动装置、第二滑动装置、第三滑动装置和第四滑动装置；所述第一夹具与所述第一外壁通过所述第一滑动装置滑动连接；所述第二夹具与所述第二外壁通过所述第二滑动装置滑动连接；所述第三夹具与所述第三外壁通过所述第三滑动装置滑动连接；所述第四夹具与所述第四外壁通过所述第四滑动装置滑动连接；

其中，所述第一滑动装置包括：第一导轨、第二导轨、第一滑块和第二滑块；所述第一导轨与所述第一滑块相适配，所述第二导轨与所述第二滑块相适配；所述第一导轨和所述第二导轨分别安装在所述第一螺纹两侧所在的所述第一外壁处，所述第一滑块和所述第二滑块分别固定安装在所述第一夹具的两侧；

其中，所述第二滑动装置、所述第三滑动装置和所述第四滑动装置均与所述第一滑动装置的结构相同。