CN104535416B - 局部升温薄板屈曲试验夹具及实验方法 - Google Patents

局部升温薄板屈曲试验夹具及实验方法 Download PDF

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Abstract

局部升温薄板屈曲试验夹具及实验方法，该夹具可与实验加载机与预加载车配合使用，能够针对不同厚度薄板进行局部升温试验或者常温屈曲实验，并且，通过调节螺栓与可以保证试件中心线与加载中心位于同一直线；夹具可以对试件下端实现完全固定，同时，可以约束试件上端除轴向加载方向之外其他方向自由度。为了解决局部升温试验中预加载试样夹持问题以及进行薄板试件屈曲试验时的装夹问题，使试验结果更准确，减小试验偏差，本发明提出了局部升温薄板屈曲试验夹具及其相关试验方法。

Description

局部升温薄板屈曲试验夹具及实验方法
技术领域
本发明涉及一种试样夹具及实验方法，属于宏观力学性能测试技术领域。
技术背景
薄板结构局部升温屈曲试验是一种测定该种材料结构在机械载荷及局部升温联合作用破坏时间的试验，也是机械性能测试的一个重要方面，对于结构的抗激光设计具有参考价值，且对激光防护材料的研究和防护结构的设计有重要工程应用价值。目前常用的力学试验机能够实现加载的功用，但是对于预加载局部升温试验而言无法进行载荷保持，且现有夹具及设备在进行薄板试验时容易出现试件偏心受压、轴压施加不均匀等问题。本发明的技术背景如下：
第一、由于强激光从开始作用到结构失效经过的时间非常短，不利于常规试验机所施加的变化机械载荷进行实验研究，故只能采用预加载的方式进行试验。
第二、常规夹具很难实现变厚度板的夹持，并且使试件中心轴线位于同一直线。
第三、在以往试验中并没有一种明确的方法来调整试件的中心线与载荷施加轴线对齐，偏心受压影响试验结果。由于试件为铝合金薄板结构，偏心受压会导致预加载后试件偏斜，造成试件在局部升温过程中提早坍塌，对试验结果影响为明显。
发明内容
本发明的目的在于进行局部升温薄板试验或者常温薄板屈曲试验时提供一个可调节变厚度薄板夹具，可与实验加载机与预加载车配合使用，能够针对不同厚度薄板进行局部升温试验或者常温屈曲实验，并且，通过调节螺栓可以保证试件中心线与加载中心位于同一直线；夹具可以对试件下端实现完全固定，同时，可以约束试件上端除轴向加载方向之外其他方向自由度。为了解决局部升温试验中预加载试样夹持问题以及进行薄板试件屈曲试验时的装夹问题，使试验结果更准确，减小试验偏差，本发明提出了局部升温薄板试验夹持装置及其相关试验方法。
一种局部升温薄板试验的夹具，该装置包括结构相同的两部分，其中每一部分包括夹具主体(1)、垫板(3)两个、滑槽(4)、连接轴(5)、M10六角螺栓(6)八个、M6六角螺栓(7)八个；
所述夹具主体(1)上设有八个螺纹通孔a(2.1)，M10六角螺栓(6)通过各螺纹通孔a(2.1)后固定垫板(3)，通过两个垫板(3)之间的夹紧力夹持试件一端，所述各螺纹通孔a(2.1)均匀对称分布在夹具主体(1)外表面上。
所述滑槽(4)侧边设置有四个螺纹通孔b(2.2)，各螺纹通孔b(2.2)通过M6六角螺栓(7)与滑槽(4)配合，所述螺纹通孔b(2.2)采用均匀对称方式布置在滑槽(4)的侧边；另外夹具主体(1)中间底部设有一个螺纹盲孔 c(2.3)，螺纹盲孔c(2.3)通过螺纹配合与连接轴(5)连接。
垫板(3)导轨与滑槽(4)导槽尺寸相匹配；
所述滑槽(4)两端标有刻度线；
所述连接轴(5)与力学试验机压头相匹配；
所述垫板(3)与夹具主体(1)相匹配，长度与高度相同；
所述滑槽(4)长度与夹具主体(1)宽度相同。
所述夹具试验方法具体步骤如下，
S1将局部升温薄板试验的加载装置的上夹具通过连接轴(5)与力学试验机或者可移动加载车连接；
S2将薄板试件的顶端卡在两个垫板(3)之间，将夹具主体(1)与滑槽 (4)固定连接，调整两边M10六角螺栓(6)，通过对准刻在滑槽(4)两边的刻度线调整试件，使试件位于夹具中心线上，分别调整M6六角螺栓(7)，调整力学试验机的压头上下高度，使试件下端缓慢放入下夹具卡槽中间，通过调整M6六角螺栓(7)，使试件位于夹具中心线上，并且使上下夹具以及试件中心位于同一平面，上紧螺栓，通过力学试验机进行加载，得到位移-载荷曲线；
S3重复S2，重新装入薄板试件操作，将该装置接入计算机系统测定试件破坏时间并配合高速摄像仪进行记录跟踪，采用上述加载系统对试件进行加载至一定载荷后停止；
S4在S3的基础上，配合激光器对薄板试件的中心局部区域进行局部升温，测定在该预加载荷下从开始辐照直至试件破坏的时间；
S5重复S3及S4操作，改变预加载的载荷大小，计入各预加载大小下试件的破坏时间，得到载荷-破坏时间曲线。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
由于强激光从开始作用到结构失效经过的时间非常短，不利于常规试验机所施加的变化机械载荷进行实验研究，故只能采用预加载的方式进行试验；常规夹具很难实现变厚度板的夹持，并且使试件中心轴线位于同一直线；在以往试验中并没有一种明确的方法来调整试件的中心线与载荷施加轴线对齐，偏心受压影响试验结果。由于试件为铝合金薄板结构，偏心受压会导致预加载后试件偏斜，造成试件在局部升温过程中提早坍塌，对试验结果影响为明显。
附图说明
图1根据本发明的局部升温薄板试验夹具装置的装配示意图。
图2根据本发明的局部升温薄板试验夹具装置的夹具主体示意图。
图3根据本发明的局部升温薄板试验夹具装置的夹具主体示意图。
图4根据本发明的局部升温薄板试验夹具装置的垫板示意图。
图5根据本发明的局部升温薄板试验夹具装置的导槽示意图。
图6根据本发明的局部升温薄板试验夹具装置的连接轴示意图。
图7薄板常温屈曲性能测试试验结果。
图中：1、夹具主体，2.1、螺纹通孔a，2.2、螺纹通孔b，2.3、螺纹盲孔 c，3、垫板，4、滑槽，5、连接轴，6、M10六角螺栓，7、M6六角螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的局部升温薄板试验夹具及利用该夹具进行常温屈曲试验试验方法进行介绍。
如图1-6所示，一种局部升温薄板试验的夹具，该装置包括结构相同的两部分，其中每一部分包括夹具主体1、垫板3两个、滑槽4、连接轴5、M10六角螺栓6八个、M6六角螺栓7八个；
所述夹具主体1上设有八个螺纹通孔a2.1，M10六角螺栓6通过各螺纹通孔a2.1后固定垫板3，通过两个垫板3之间的夹紧力夹持试件一端，所述各螺纹通孔a2.1均匀对称分布在夹具主体1外表面上。
所述滑槽4侧边设置有四个螺纹通孔b2.2，各螺纹通孔b2.2通过M6六角螺栓7与滑槽4配合，所述螺纹通孔b2.2采用均匀对称方式布置在滑槽4的侧边；另外夹具主体1中间底部设有一个螺纹盲孔 c2.3，螺纹盲孔c2.3通过螺纹配合与连接轴5连接。
垫板3导轨与滑槽4导槽尺寸相匹配；
所述滑槽4两端标有刻度线；
所述连接轴5与力学试验机压头相匹配；
所述垫板3与夹具主体1相匹配，长度与高度相同；
所述滑槽4长度与夹具主体1宽度相同。
利用该加载装置进行薄板局部升温破坏试验的方法，其具体步骤如下，
S1将局部升温薄板试验的加载装置的上夹具通过连接轴与力学试验机或者可移动加载车连接；
S2将薄板试件的顶端卡在两个垫板之间，将夹具主体与滑槽固定连接，调整两边螺栓，通过对准刻在滑槽两边的刻度线调整试件，使试件位于夹具中心线上，分别调整螺栓，调整力学试验机的压头上下高度，使试件下端缓慢放入下夹具卡槽中间，通过调整螺栓，使试件位于夹具中心线上，并且使上下夹具以及试件中心位于同一平面，上紧螺栓，通过力学试验机进行加载，得到位移-载荷曲线；
S3重复S2，重新装入薄板试件操作，将该装置接入计算机系统测定试件破坏时间并配合高速摄像仪进行记录跟踪，采用上述加载系统对试件进行加载至一定载荷后停止；
S4在S3的基础上，配合激光器对薄板试件的中心局部区域进行局部升温，测定在该预加载荷下从开始辐照直至试件破坏的时间；
S5重复S3及S4操作，改变预加载的载荷大小，计入各预加载大小下试件的破坏时间，得到载荷-破坏时间曲线。
实施例
利用力学试验机配合局部升温薄板试验夹具进行常温屈曲试验：
第一步、组装上夹头，通过螺栓连接分别将上夹头两个导槽与夹具主体固定连接，将20cmx20cmx0.15cm薄板放入夹槽中，通过调整六角螺栓，并且对应导槽刻度，使试件中心位于夹具中心，连接轴一端通过螺纹与夹具连接，一端与试验机加载端连接。
第二步、调整试验机压头高度，将夹具下夹头放在试件正下方位置，缓慢降低下调压头，控制试验机压头以50毫米/分钟的速度下降到距离压杆的平面端上方大约5毫米位置，然后以5毫米/分钟的速度继续缓慢下降直至接触压杆平面端，并观察载荷值，载荷值一上升就停止下降，调整下夹头在平台位置，使试件位于夹槽中心，利用螺栓将下夹头在平台固定，调整六角螺栓，夹紧试件。
第三步、开始加载至试件破坏，得到载荷-破坏时间曲线如图7所示。
上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所做出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.局部升温薄板屈曲试验夹具的实验方法，该方法利用的试验夹具包括结构相同的两部分，其中每一部分包括夹具主体(1)、两个垫板(3)、滑槽(4)、连接轴(5)、八个M10六角螺栓(6)、八个M6六角螺栓(7)；
所述夹具主体(1)上设有八个螺纹通孔a(2.1)，M10六角螺栓(6)通过各螺纹通孔a(2.1)后固定垫板(3)，通过两个垫板(3)之间的夹紧力夹持试件一端，所述各螺纹通孔a(2.1)均匀对称分布在夹具主体(1)外表面上；
所述滑槽(4)侧边设置有四个螺纹通孔b(2.2)，各螺纹通孔b(2.2)通过M6六角螺栓(7)与滑槽(4)配合，所述螺纹通孔b(2.2)采用均匀对称方式布置在滑槽(4)的侧边；另外夹具主体(1)中间底部设有一个螺纹盲孔c(2.3)，螺纹盲孔c(2.3)通过螺纹配合与连接轴(5)连接；
垫板(3)导轨与滑槽(4)导槽尺寸相匹配；
所述连接轴(5)与力学试验机压头相匹配；
所述垫板(3)与夹具主体(1)相匹配，垫板(3)与夹具主体(1)的长度与高度相同；
所述滑槽(4)长度与夹具主体(1)宽度相同；
所述滑槽(4)两端标有刻度线；
其特征在于：该方法的具体步骤如下，
S1将局部升温薄板试验的加载装置的上夹具通过连接轴与力学试验机或者可移动加载车连接；
S2将薄板试件的顶端卡在两个垫板之间，将夹具主体与滑槽固定连接，调整两边M10六角螺栓(6)，通过对准刻在滑槽两边的刻度线调整试件，使试件位于夹具中心线上，分别调整M10六角螺栓(6)，调整力学试验机的压头上下高度，使试件下端缓慢放入下夹具卡槽中间，通过调整M10六角螺栓(6)，使试件位于夹具中心线上，并且使上下夹具以及试件中心位于同一平面，上紧M10六角螺栓(6)，通过力学试验机进行加载，得到位移-载荷曲线；
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