CN104316394A - 用于材料双轴压缩试验的加载装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于材料双轴压缩试验的加载装置及方法，属复合材料复杂载荷测试领域。它由上下两个Y型压缩装置构成，两个Y型压缩装置开口对开口对称交错放置；上Y型压缩装置（1）包括第一加载臂（1-1）、第二加载臂（1-2）和顶部夹持端（1-3），下Y型压缩装置（2）包括第三加载臂（2-1）、第四加载臂（2-2）和底部夹持端（2-3）；其中第一加载臂（1-1）和第二加载臂（1-2）之间、第三加载臂（2-1）和第四加载臂（2-2）之间均成直角，顶部夹持端（1-3）和底部夹持端（2-3）分别位于该直角的平分线上。与现有技术相比，本发明构造简单，便于维护，能方便的配合万能试验机实现双轴压缩加载试验，降低试验成本。

Description

用于材料双轴压缩试验的加载装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于材料双轴压缩试验的加载装置及方法，属于复合材料复杂载荷测试领域。
背景技术
复合材料在承力结构中的应用比重越来越大，使得材料承受的应力状态也越来越复杂。因此，对复合材料的强度特性，特别是双轴应力或多轴应力状态下的破坏特性的研究也越发必要，以保证材料结构在使用中的安全。
目前复合材料单轴性能测试技术较为成熟，一般只需通过某一个加载方向进行加载，即可获得材料的单轴力学性能，常见的复合材料单轴测试标准可参见GB/T 1447-2005(静态拉伸性能测试)及GB/T 16779-2008(拉-拉疲劳性能测试)等。而复合材料双轴性能测试方法则无任何标准可以遵循。
目前，双轴加载设备一般分为两大类：(1)利用单轴加载系统构成的双轴加载设备；(2)利用两个或多个加载系统构成的双轴加载设备。第一类装置主要利用一定的机械结构实现双轴加载，如发明专利“一种用于材料双向加载试验的试验装置”(授权号CN102353578B)，但该装置只能实现双轴拉伸加载，且各类连接结构较多，实际实现较为复杂。第二类装置由两个或多个加载系统独立实现(参见文献“蔡登安,周光明,王新峰,等.纤维增强复合材料双轴强度研究进展.宇航材料工艺,2014,(4):11-18.”)，这种试验装置较容易实现任意比例双轴拉伸或压缩试验，但由于试验设备构造复杂，成本较高，而且对控制系统的要求较高，因而该方法的应用在一定程度上受到了限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种用于材料双轴压缩试验的加载装置及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于材料双轴压缩试验的加载装置，其特征在于：该装置由上Y型压缩装置和下Y型压缩装置构成。其中上Y型压缩装置由第一加载臂、第二加载臂和顶部夹持端组成，其中第一加载臂、第二加载臂之间成直角，顶部夹持端位于该直角的平分线上；上述第一加载臂由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第一加载臂分成若干加载臂分支；上述第二加载臂由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第二加载臂分成若干加载臂分支；其中下Y型压缩装置由第三加载臂、第四加载臂和底部夹持端组成，其中第三加载臂、第四加载臂之间成直角，底部夹持端位于该直角的平分线上；上述第三加载臂由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第三加载臂分成若干加载臂分支；上述第四加载臂由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第四加载臂分成若干加载臂分支；上述上Y型压缩装置的第一加载臂和下Y型压缩装置的第三加载臂通过导向槽、加载臂分支彼此交错配合；上述上Y型压缩装置的第二加载臂和下Y型压缩装置的第四加载臂通过导向槽、加载臂分支彼此交错配合。
用于材料双轴压缩试验的加载装置的双轴加载方法，其特征在于包括以下过程：步骤1、通过顶部夹持端和底部夹持端安装在万能试验机上，调节好对心位置；步骤2、将切割好的正方形板样试件放入上Y型压缩装置和下Y型压缩装置之间；步骤3、操作试验机调节上Y型压缩装置和下Y型压缩装置间隙，使正方形板样试件处于微压缩状态；利用等角度载荷分配原理，装置上下载荷为F，通过直角等腰三角形的压头结构，则正方形试样各边实际分配的压缩载荷为该装置可实现加载比例为1:1的等轴双向压缩加载试验，载荷分配均匀；步骤4、根据不同试样材料设置加载速率，进行双轴压缩测试，通过应变片及应变仪或光学测量系统测量应变或变形。
上述导向槽的根部具有半圆角过渡结构。该过渡结构加工方便，同时可减小加载时装置本身的应力集中。
上述第一加载臂、第二加载臂、第三加载臂、第四加载臂的最前侧和最后侧加载臂分支的高度高于内侧加载臂分支高度，即形成凸起挡板结构。该凸起挡板结构起到防止试样滑落或试样破坏时碎屑脱落的作用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、装置构造简单，便于加工及维护，能够方便的完成试验任务；
2、试样形状加工容易，不需要特殊的加工形状；
3、能够在万能试验机上实现双轴压缩加载试验，试验成本较低；
4、载荷分配均匀，具有足够的等双轴压缩加载精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的正视图和侧视图；
图3为本发明上压头的结构示意图；
图4为本发明下压头的结构示意图；
图5为本发明工作时试样的载荷分配示意图；
图中各标号名称：1、上Y型压缩装置，1-1、第一加载臂，1-2、第二加载臂，1-3、顶部夹持端，2、下Y型压缩装置，2-1、第三加载臂，2-2、第四加载臂，2-3、底部夹持端。具体实施方式
下面结合附图，通过实施例的方式，对本发明进行详细说明：
实施例
一种用于材料双轴压缩试验的加载装置，其结构如图1、图2所示，该装置由上Y型压缩装置1和下Y型压缩装置2构成。
如图3所示，上Y型压缩装置1由第一加载臂1-1、第二加载臂1-2和顶部夹持端1-3组成，其中第一加载臂1-1、第二加载臂1-2之间成直角，顶部夹持端1-3位于该直角的平分线上；上述第一加载臂1-1由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第一加载臂1-1分成若干加载臂分支；上述第二加载臂1-2由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第二加载臂1-2分成若干加载臂分支；
如图4所示，下Y型压缩装置2由第三加载臂2-1、第四加载臂2-2和底部夹持端2-3组成，其中第三加载臂2-1、第四加载臂2-2之间成直角，底部夹持端2-3位于该直角的平分线上；上述第三加载臂2-1由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第三加载臂2-1分成若干加载臂分支；上述第四加载臂2-2由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第四加载臂2-2分成若干加载臂分支；
上述上Y型压缩装置的第一加载臂1-1和下Y型压缩装置的第三加载臂2-1通过导向槽、加载臂分支彼此交错配合；
上述上Y型压缩装置的第二加载臂1-2和下Y型压缩装置的第四加载臂2-2通过导向槽、加载臂分支彼此交错配合。
上述导向槽的根部具有半圆角过渡结构。该过渡结构加工方便，同时可减小加载时装置本身的应力集中。
上述第一加载臂1-1、第二加载臂1-2、第三加载臂2-1、第四加载臂2-2的最前侧和最后侧加载臂分支的高度高于内侧加载臂分支高度，即形成凸起挡板结构。该凸起挡板结构起到防止试样滑落或试样破坏时碎屑脱落的作用。
用于材料双轴压缩试验的加载装置的双轴加载方法，其特征在于包括以下过程：
步骤1、通过顶部夹持端1-3和底部夹持端2-3安装在万能试验机上，调节好对心位置；
步骤2、将切割好的正方形板样试件放入上Y型压缩装置1和下Y型压缩装置2之间；
步骤3、操作试验机调节上Y型压缩装置1和下Y型压缩装置2间隙，使正方形板样试件处于微压缩状态；利用等角度载荷分配原理，装置上下载荷为F，通过直角等腰三角形的压头结构，则正方形试样各边实际分配的压缩载荷为该装置可实现加载比例为1:1的等轴双向压缩加载试验，载荷分配均匀，如图5所示；
步骤4、根据不同试样材料设置加载速率，进行双轴压缩测试，通过应变片及应变仪或光学测量系统测量应变或变形。

Claims (4)

1.一种用于材料双轴压缩试验的加载装置，其特征在于：该装置由上Y型压缩装置(1)和下Y型压缩装置(2)构成，
其中上Y型压缩装置(1)由第一加载臂(1-1)、第二加载臂(1-2)和顶部夹持端(1-3)组成，其中第一加载臂(1-1)、第二加载臂(1-2)之间成直角，顶部夹持端(1-3)位于该直角的平分线上；上述第一加载臂(1-1)由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第一加载臂(1-1)分成若干加载臂分支；上述第二加载臂(1-2)由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第二加载臂(1-2)分成若干加载臂分支；
其中下Y型压缩装置(2)由第三加载臂(2-1)、第四加载臂(2-2)和底部夹持端(2-3)组成，其中第三加载臂(2-1)、第四加载臂(2-2)之间成直角，底部夹持端(2-3)位于该直角的平分线上；上述第三加载臂(2-1)由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第三加载臂(2-1)分成若干加载臂分支；上述第四加载臂(2-2)由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第四加载臂(2-2)分成若干加载臂分支；
上述上Y型压缩装置的第一加载臂(1-1)和下Y型压缩装置的第三加载臂(2-1)通过导向槽、加载臂分支彼此交错配合；
上述上Y型压缩装置的第二加载臂(1-2)和下Y型压缩装置的第四加载臂(2-2)通过导向槽、加载臂分支彼此交错配合。
2.根据权利要求1所述的用于材料双轴压缩试验的加载装置，其特征在于：上述导向槽的根部具有半圆角过渡结构。
3.根据权利要求1所述的用于材料双轴压缩试验的加载装置，其特征在于：上述第一加载臂(1-1)、第二加载臂(1-2)、第三加载臂(2-1)、第四加载臂(2-2)的最前侧和最后侧加载臂分支的高度高于内侧加载臂分支高度，即形成凸起挡板结构。
4.根据权利要求1所述的用于材料双轴压缩试验的加载装置的双轴加载方法，其特征在于包括以下过程：
步骤1、通过顶部夹持端(1-3)和底部夹持端(2-3)安装在万能试验机上，调节好对心位置；
步骤2、将切割好的正方形板样试件放入上Y型压缩装置(1)和下Y型压缩装置(2)之间；
步骤3、操作试验机调节上Y型压缩装置(1)和下Y型压缩装置(2)间隙，使正方形板样试件处于微压缩状态；利用等角度载荷分配原理，装置上下载荷为F，通过直角等腰三角形的压头结构，则正方形试样各边实际分配的压缩载荷为该装置可实现加载比例为1:1的等轴双向压缩加载试验；
步骤4、根据不同试样材料设置加载速率，进行双轴压缩测试，通过应变片及应变仪或光学测量系统测量应变或变形。
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