CN104483187A - 可实现不同比例拉伸、弯曲组合加载的力学性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了可实现不同比例拉伸、弯曲组合加载的力学性能试验装置，包括：横向拉伸机构和纵向弯曲机构；横向拉伸机构，包括：固定端夹具和横向伸缩杆；试件横向夹持固定于固定端夹具和横向伸缩杆之间；纵向弯曲机构的加载方向与横向拉伸机构垂直，位于试件下方设置固定支座，试件上方设置有下压伸缩杆；固定支座上端设置有滑道以及与滑道配合间距可调节的滑块，滑块上端设置圆柱形压辊顶于试件下端面形成支点；下压伸缩杆端部设置有滑道、滑块配合结构相同结构，且此处滑块下端设置圆柱形压辊顶于试件下端面形成压点；采用上述技术方案的本发明，能够提供横向、纵向的加载，且根据试件上下表面应变数值可调节对应滑块间距，以达到预定的载荷比例。

Description

可实现不同比例拉伸、弯曲组合加载的力学性能试验装置

技术领域

本发明涉及材料性能试验领域，特别涉及一种能够实现拉伸、弯曲组合加载的力学性能试验装置，尤其是能够以简单的加载装置取得不同比例的拉伸、弯曲载荷的可采用平板试件的力学性能试验装置。

背景技术

针对拉伸、弯曲工况共同作用下的力学性能(下简称拉弯性能)，传统的解决方法是采用纯拉伸、纯弯曲两次试验分别获得试件的拉伸性能和弯曲性能，然后对试件的拉弯性能进行预测。

但是由于复合材料存在拉弯耦合、拉剪耦合等耦合效应，因此使得单独测试特定载荷比例下的试件拉弯性能十分必要。已有技术需要两次试验，难以在同一个试件上进行，而复合材料试件制造分散性较大，已有技术难保证精度；同时如果需要测试不同载荷比例下的试件拉弯性能时，传统方法需要多套夹具，成本较高。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出一种能够实现拉伸、弯曲组合加载的力学性能试验装置，尤其是能够以简单的加载装置取得不同比例的拉伸、弯曲载荷的力学性能试验装置。

为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：

可实现不同比例拉伸、弯曲组合加载的力学性能试验装置，包括：横向拉伸机构和纵向弯曲机构；

纵向弯曲机构包括：固定支座和设置于固定支座正上方的下压伸缩杆；

固定支座上端面设置有滑动轨道Ⅰ，且滑动轨道上设置有大于等于两个滑块Ⅰ；滑块Ⅰ上端面设置有定位凹槽，且定位凹槽内放置有圆柱形压辊；

下压伸缩杆伸缩端部设置有下压座；下压座下端面设置有滑动轨道Ⅱ，且滑动轨道Ⅱ与滑动轨道Ⅰ平行；

滑动轨道Ⅱ上设置有大于等于两个滑块Ⅱ；

滑块Ⅱ上端面设置有与滑块Ⅰ上端面相同的定位凹槽，且滑块Ⅱ的定位凹槽内同样放置有圆柱形压辊；

横向拉伸机构包括：设置于固定支座一侧的固定柱和设置于固定支座与固定柱相对一侧的横向拉伸杆；

固定柱上设置有固定端试件夹具；

横向拉伸杆伸缩端部设置有拉伸试件夹具；

横向拉伸杆的伸缩方向与下压伸缩杆的伸缩方向垂直。

其中，滑块Ⅰ优选数量为两个，滑块Ⅱ优选数量为两个；

下压伸缩杆、横向拉伸杆和固定端试件夹具的中心轴线位于同一平面内。

采用上述技术方案的本发明，首先将试件加工为平板装，然后两端分别与固定端试件夹具和拉伸试件夹具紧固，此时调整滑块Ⅰ位置，以试件中心轴线为参照对称设置于滑动轨道Ⅰ的两侧，且在滑块Ⅰ的定位凹槽内安装合适直径大小的圆柱形压辊，带有圆柱形压辊的滑块Ⅰ顶于试件下端面或者分别顶于拉伸试件夹具下端面和夹头下端面，且实现等高支撑(保证试件为水平状态)；然后调整滑块Ⅱ位置，同样以试件中心轴线为参照对称设置于滑动轨道Ⅱ的两侧，滑块Ⅱ与试件上端表面的间隙通过选用合适直径的圆柱形压辊填充压紧；且两个滑块Ⅱ上的圆柱形压辊与两个滑块Ⅰ的圆柱形压辊形成支点不重合(此处最优选择为，两个滑块Ⅱ上的圆柱形压辊与两个滑块Ⅰ的圆柱形压辊形成支点等分试件。)，最后通过下压伸缩杆实现下压弯曲加载，通过横向拉伸杆实现横向拉伸加载。

作为优选结构，拉伸试件夹具选用可拆卸夹具，夹头与支杆为可拆卸固定连接；

作为优选结构，固定端试件夹具包括：支杆和夹头；支杆与固定柱外壁铰接固定；夹头固定于支杆的非铰接端部；

作为优选结构，滑动轨道Ⅰ和滑动轨道Ⅱ采用燕尾滑道；滑块Ⅰ和滑块Ⅱ采用燕尾滑块。

综上，本发明的目的是提供一种能够实现拉伸、弯曲组合加载的力学性能试验装置，其采用拉伸与四点弯曲共同作用的方式，采用横向拉伸机构和纵向弯曲机构，使试件同时受到拉伸载荷和弯曲载荷的共同作用，形成一个拉弯加载系统。通过应变反馈，调节滑块间距可以实现不同比例的拉弯载荷。根据试验和有限元分析结果，该试验装置能够简单方便的再现工程结构中的拉弯载荷，由于采用了四点弯曲加载弯矩，使得试件中段处于比较均匀的应力状态，减小了由于压辊附近应力集中带来的试验误差。而且，由于试验装置借鉴了四点弯曲试验和拉伸试验，故整套试验装置可以由已有的夹具进行改装，同时，试件形状简单，方便制造；试件具有较长的平行段，方便电测或光测，并可以根据实时的测量结果进行调节，满足加载需求。由于采用了两个作动器分别加载，因此可以分别控制拉伸、弯曲载荷加载的历程，可以实现分步加载、同步加载等不同的工况。

本发明的有益效果是：

1、与传统分别测试拉伸、弯曲性能的试验相比，本发明使材料的拉弯性能可以通过一次试验得到，而且解决了传统方法对所测材料包含焊缝、缺陷等的情况不准确的问题，本发明的弯曲载荷通过短梁压辊加载，降低了加载点的应力集中，使得试件中段应力分布均匀，减小了加载点局部破坏发生的可能性，从而使得测试结果更为精确，有助于获得有效的实验数据。

2、本发明所述的试验装置简单、易于操作，与传统拉伸试验和四点弯曲试验的夹具有相似之处，易于制造或通过改造已有夹具得到。本发明可以实现不同比例的拉弯载荷工况，分别控制拉伸、弯曲载荷加载的历程，可以实现同时加载或分步加载。

3、本发明的适用范围较广，适合各种矩形截面的板材。对于铺设、缠绕、RTM等工艺制造的复合材料制件均可适用，通过选择压辊的间距和两个作动器的加载顺序、载荷大小，可针对压力容器、火箭整流罩、飞机蒙皮等不同曲率的结构模拟特定需求的拉弯载荷，亦可用于某些金属试件。

4、本发明所述的试件形状简单，方便制造；具有较长的平行段，方便电测和光测，能保证结果的有效性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

本发明共1幅附图,其中：

图1为本发明的侧视结构示意图。

图中：1、固定支座，2、下压伸缩杆，3、滑动轨道Ⅰ，4、滑块Ⅰ，5、圆柱形压辊，6、下压座，7、滑动轨道Ⅱ，8、滑块Ⅱ，9、固定柱，10、横向拉伸杆，11、固定端试件夹具，11.1、支杆，11.2、夹头，12、拉伸试件夹具。

具体实施方式

如图1所示的可实现不同比例拉伸、弯曲组合加载的力学性能试验装置，包括：横向拉伸机构和纵向弯曲机构；

纵向弯曲机构包括：固定支座1和设置于固定支座1正上方的下压伸缩杆2；

固定支座1上端面设置有滑动轨道Ⅰ3，且滑动轨道3上设置有大于等于两个滑块Ⅰ4；滑块Ⅰ4上端面设置有定位凹槽，且定位凹槽内放置有圆柱形压辊5；

下压伸缩杆2伸缩端部设置有下压座6；下压座6下端面设置有滑动轨道Ⅱ7，且滑动轨道Ⅱ7与滑动轨道Ⅰ3平行；

滑动轨道Ⅱ7上设置有大于等于两个滑块Ⅱ8；

滑块Ⅱ8上端面设置有与滑块Ⅰ4上端面相同的定位凹槽，且滑块Ⅱ8的定位凹槽内同样放置有圆柱形压辊5；

横向拉伸机构包括：设置于固定支座1一侧的固定柱9和设置于固定支座1与固定柱9相对一侧的横向拉伸杆10；

固定柱9上设置有固定端试件夹具11；

横向拉伸杆10伸缩端部设置有拉伸试件夹具12；

横向拉伸杆10的伸缩方向与下压伸缩杆2的伸缩方向垂直。

其中，滑块Ⅰ4优选数量为两个，滑块Ⅱ8优选数量为两个；

试件横截面为矩形，试件夹持端与平行长度的尺寸如不相同，可采用圆弧过渡，夹持端形状应适合拉伸夹具，试件的轴线应与力的作用线重合；在试件中段上下表面分别粘贴应变片，试件铺层应采用对称铺层；

滑块Ⅱ8和滑块Ⅰ4的位置可通过现有的滑动锁紧装置进行锁紧定位；

下压伸缩杆2、横向拉伸杆10和固定端试件夹具11的中心轴线位于同一平面内。

采用上述技术方案的本发明，首先将试件加工为平板装，然后两端分别与固定端试件夹具11和拉伸试件夹具12紧固，此时调整滑块Ⅰ4位置，以试件中心轴线为参照对称设置于滑动轨道Ⅰ3的两侧，且在滑块Ⅰ4的定位凹槽内安装合适直径大小的圆柱形压辊5，带有圆柱形压辊5的滑块Ⅰ4顶于试件下端面或者分别顶于拉伸试件夹具12下端面和夹头11.2下端面，且实现等高支撑(保证试件为水平状态)；然后调整滑块Ⅱ8位置，同样以试件中心轴线为参照对称设置于滑动轨道Ⅱ7的两侧，滑块Ⅱ8与试件上端表面的间隙通过选用合适直径的圆柱形压辊5填充压紧；且两个滑块Ⅱ8上的圆柱形压辊5与两个滑块Ⅰ4的圆柱形压辊5形成支点不重合(此处最优选择为，两个滑块Ⅱ8上的圆柱形压辊5与两个滑块Ⅰ4的圆柱形压辊5形成支点4等分试件。)，最后通过下压伸缩杆2实现下压弯曲加载，通过横向拉伸杆10实现横向拉伸加载。

加载过程中，根据试件上下表面应变数值调节滑块Ⅱ的间距和滑块Ⅰ的间距，以达到预定的载荷比例。

作为优选结构，拉伸试件夹具12选用可拆卸夹具，夹头11.2与支杆11.1为可拆卸固定连接；

作为优选结构，固定端试件夹具11包括：支杆11.1和夹头11.2；支杆11.1与固定柱9外壁铰接固定；夹头11.2固定于支杆11.1的非铰接端部；

作为优选结构，滑动轨道Ⅰ3和滑动轨道Ⅱ7采用燕尾滑道；滑块Ⅰ4和滑块Ⅱ8采用燕尾滑块。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上诉揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.可实现不同比例拉伸、弯曲组合加载的力学性能试验装置，其特征在于：包括，横向拉伸机构和纵向弯曲机构；

所述纵向弯曲机构包括：固定支座(1)和设置于固定支座(1)正上方的下压伸缩杆(2)；

所述固定支座(1)上端面设置有滑动轨道Ⅰ(3)，且滑动轨道(3)上设置有大于等于两个滑块Ⅰ(4)；所述滑块Ⅰ(4)上端面设置有定位凹槽，且定位凹槽内放置有圆柱形压辊(5)；

所述下压伸缩杆(2)伸缩端部设置有下压座(6)；所述下压座(6)下端面设置有滑动轨道Ⅱ(7)，且滑动轨道Ⅱ(7)与滑动轨道Ⅰ(3)平行；

所述滑动轨道Ⅱ(7)上设置有大于等于两个滑块Ⅱ(8)；

所述滑块Ⅱ(8)上端面设置有与滑块Ⅰ(4)上端面相同的定位凹槽，且滑块Ⅱ(8)的定位凹槽内同样放置有圆柱形压辊(5)；

所述横向拉伸机构包括：设置于固定支座(1)一侧的固定柱(9)和设置于固定支座(1)与固定柱(9)相对一侧的横向拉伸杆(10)；

所述固定柱(9)上设置有固定端试件夹具(11)；

所述横向拉伸杆(10)伸缩端部设置有拉伸试件夹具(12)；

所述横向拉伸杆(10)的伸缩方向与下压伸缩杆(2)的伸缩方向垂直。

2.根据权利要求1所述的可实现不同比例拉伸、弯曲组合加载的力学性能试验装置，其特征在于：所述固定端试件夹具(11)包括：支杆(11.1)和夹头(11.2)；

所述支杆(11.1)与固定柱(9)外壁铰接固定；

所述夹头(11.2)固定于支杆(11.1)的非铰接端部。

3.根据权利要求1所述的可实现不同比例拉伸、弯曲组合加载的力学性能试验装置，其特征在于：所述滑动轨道Ⅰ(3)和滑动轨道Ⅱ(7)采用燕尾滑道；所述滑块Ⅰ(4)和滑块Ⅱ(8)采用燕尾滑块。

4.根据权利要求1所述的可实现不同比例拉伸、弯曲组合加载的力学性能试验装置，其特征在于：所述下压伸缩杆(2)、横向拉伸杆(10)和固定端试件夹具(11)的中心轴线位于同一平面内。