CN105115884B

CN105115884B - 一种粘接接头耐候性实验的离线式加载装置

Info

Publication number: CN105115884B
Application number: CN201510598936.3A
Authority: CN
Inventors: 那景新; 范以撒; 慕文龙; 谭伟; 秦国峰; 贺午阳; 袁正; 刘玉; 蔡亮; 白霜
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2018-02-16
Anticipated expiration: 2035-09-18
Also published as: CN105115884A

Abstract

本发明公开了一种粘接接头耐候性实验的离线式加载装置，包括：主框架，其设置成中部镂空的框架式；上双U型连接件，其上部和下部设置成U型状，所述上双U型连接件下部与粘接接头的上部固定连接；下双U型连接件，其上部和下部设置成U型状，所述下双U型连接件的下部与主框架固定连接，上部与粘接接头固定连接；加载装置，其与所述上双U型连接件的上部和主框架的上部连接，所述加载装置能够对上双U型连接件施加向上的拉力载荷；引伸计，其与所述粘接接头连接，以检测粘接接头的形变。本发明可同时对多个粘接试件进行离线式加载，大大缩短了试验周期，提高了实验效率，降低了实验成本。

Description

一种粘接接头耐候性实验的离线式加载装置

技术领域

本发明涉及粘接剂强度实验测试与技术领域，具体涉及一种粘接接头耐候性实验的离线式加载装置。

背景技术

伴随着粘接剂和粘接技术的迅猛发展，粘接技术在车辆制造领域受到广泛关注。为了实现汽车轻量化目标，新材料在车身结构上获得大量使用，传统连接方式如焊接、铆接等受到很大挑战，已经无法满足新材料的连接要求，粘接技术作为一种先进的连接方式获得越来越多的重视。

由于，粘接结构使用过程中受到各种环境状况的影响，所以粘接结构需要进行耐候性实验，耐候性实验每个周期都需要经过高低温循环，一次实验需要约25～30天，实验周期长。虽然，现有的带环境箱试验机都可以对粘接接头进行加载耐候性实验，但是，使用带环境箱的试验机测试只能使用在线式加载方式，该方式一次只能加载一个试件，耐候性实验需要数十个试件，这样就大大延长实验周期增加实验成本。因此需要涉及一种粘接接头耐候性实验装置，实现多个试件同时进行加载，以降低实验成本。

发明内容

本发明的目的解决现有技术中粘接件耐候性实验中使用带环境箱的试验机测试只能使用在线式加载方式，且一次只能加载一个试件的缺陷，提供了一种粘接接头耐候性实验的离线式加载装置，实现离线对粘接件进行加载，大大降低了实验成本。

本发明的另一个目的是解决离线加载过程中因材料性能的变化引起的加载力的减小，提供了一种非线性弹性装置，以保证加载载荷的恒定。

本发明提供的技术方案为：

一种粘接接头耐候性实验的离线式加载装置，包括

主框架，其设置成中空的框架式；

上双U型连接件，其上部和下部设置成U型状，所述上双U型连接件下部与粘接接头的上部铰接,所述上双U型连接件的上部和下部两个U型状结构呈90°布置；

下双U型连接件，其上部和下部设置成U型状，所述下双U型连接件的下部与主框架固定连接，上部与粘接接头铰接，所述下双U型连接件的上部和下部两个U型状结构呈90°布置；

加载装置，其与所述上双U型连接件的上部和主框架的上部连接，所述加载装置能够对上双U型连接件施加向上的拉力载荷；

引伸计，其用以检测粘接接头的形变。

优选的是，所述加载装置包括：

加载螺栓，其上部设置成螺栓柱状，中部设置有方形导向块，下部设置有销轴孔，所述上双U型连接件的上部也设置有销轴孔，使用销轴穿过上双U型连接件的上部也设置有销轴孔和加载螺栓下部的销轴孔，使加载螺栓和上双U型连接件固定；所述主框架顶端开设有方形导向孔，所述导向孔与导向块相配合，以限制所述加载螺栓只能上下直线运动；

辅助框架，其设置于所述主框架上方，所述辅助框架上方开始有圆孔，所述加载螺栓上部的螺栓柱从圆孔中穿出；以及

加载螺母，其设置在所述辅助框架上方且与所述加载螺栓上部螺栓柱配合，旋转所述加载螺母能够使所述加载螺栓向上运动以实现对粘接接头加载。

优选的是，所述加载螺母和辅助框架之间设置有可更换弹簧机构，所述可更换弹簧机构包括可更换弹簧、上定位套和下定位套，所述可更换弹簧设置于上定位套和下定位套之间且套合在加载螺栓上，以对可更换弹簧进行定位。

优选的是，所述粘接接头上下两端均设置有销轴孔，所述上双U型连接件的下部和下双U型连接件的上部也设置有销轴孔，通过销轴穿过销轴孔将粘接接头的上下两端与上双U型连接件的下部和下双U型连接件的上部固定连接。

优选的是，所述主框架下部设置有至少两行竖直排列的销轴孔，所述下双U型连接件的下部也设置有销轴孔，销轴穿过销轴孔将下双U型连接件与主框架固定连接，并且可以改变所述下双U型连接件相对于主框架的上下位置。

优选的是，所述主框架下部的销轴孔设置有4行。

优选的是，所述主框架下部的相邻两个销轴孔的中心距小于所述加载装置可调整的位移。

优选的是，所述加载螺母与辅助框架之间还设有有垫圈。

优选的是，加载螺栓中部导向块的下端设置成圆角。

优选的是，所述加载螺母和辅助框架之间设置有可压缩弹性件，所述可压缩弹性件被加载螺母压缩后能够释放弹性力，且所述弹性力F为

k₂≤0.01N/m，l₂-l₁＝5mm

其中，k₁为第一刚度，k₂为第二刚度，l₁为第一压缩量，l₂为第二压缩量，s为可压缩弹性件实际被压缩量，F_i为实验载荷。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种粘接接头耐候性实验的离线式加载装置可以实现使用一台试验机同时对多个粘接试件进行离线式加载，可以实现使用一个环境箱同时对多个试件进行耐候性实验，大大缩短了试验周期，提高了实验效率，降低了实验成本。

附图说明

图1为本发明所述的粘接接头耐候性实验的离线式加载装置的总体结构示意图。

图2为本发明所述的粘接接头耐候性实验的离线式加载装置安装位置示意图。

图3为本发明所述的主框架结构示意图。

图4为本发明所述的粘接接头结构示意图。

图5为本发明所述的加载螺栓结构示意图。

图6为本发明所述的粘接接头耐候性实验的离线式加载装置另一实施例的总体结构示意图。

图7为本发明所述的粘接接头耐候性实验的离线式加载装置另一实施例安装位置示意图。

图8为本发明所述的可更换弹簧机构结构示意图。

图9为本发明所述的引伸计结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1、图2所示，本发明提供了一种粘接接头耐候性实验的离线式加载装置，包括主框架110、上双U型连接件120、下双U型连接件130、加载装置以及引伸计140。

如图3所示，所述主框架110设置成中空的框架式，即主框架110设置有上、下、左、右四个面，没有前后两个面，中部为空心。主框架110长334mm，宽65mm，高60mm，两侧的框架厚度为10mm，所述主框架110顶部设置有方形导向孔111，所述导向孔111边长为18.5mm，孔深为30mm。在主框架110下部设置有4行销轴孔112、113、114、115，该四行销轴孔112、113、114、115沿竖直方向布置且相邻两销轴孔之间的中心距为20mm。

上双U型连接件120的上部和下部均设置成U型状，下双U型连接件130的上部和下部也设置成U型状。其中上双U型连接件120上部和下部的U型状结构呈90°角，下双U型连接件130与上双U型连接件120的结构相同。上双U型连接件120的上部和下部分别设置有销轴孔，下双U型连接件130的上部和下部分别设置有销轴孔。一并参阅图4，粘接接头150包括第一接头151、第二接头152以及位于第一接头151和第二接头152之间，用于将第一接头151和第二接头152粘接到一起的胶层153。第一接头151一端设置有销轴孔154，第二接头152的一端设置有销轴孔155。上双U型连接件120下部的销轴孔与第一接头151上部的销轴孔154之间用销轴116穿过，使上双U型连接件120与粘接接头150固定。下双U型连接件130上部的销轴孔和第二接头152上的销轴孔155之间用销轴116穿过，使下双U型连接件130和粘接接头150固定到一起。下双U型连接件130下部的销轴孔和主框架110下部的四行销轴孔112、113、114、115其中一个用销轴116穿过，以将下双U型连接件130与主框架110固定。

加载装置包括辅助框架161、加载螺栓162、加载螺母163。

辅助框架161长45mm，宽65mm，高60mm，顶部中心开有直径5mm的圆孔，下部开有高22mm，宽45mm的方形槽，辅助框架161固定在主框架110上部。如图5所示，加载螺栓162上部设置有螺栓柱166，中部设置有方形导向块164，下部设置有销轴孔165，所述上双U型连接件120的上部的销轴孔和销轴孔165通过销轴116固定在一起，螺栓柱166从辅助框架161上的圆孔中穿过，并在辅助框架161上方通过加载螺母163进行固定。方形导向块164与主框架110上的导向孔111相配合，以限制所述的导向块164三个转动自由度和两个平动自由度，使导向块164只能沿着导向孔111方向上下移动。螺栓柱166通过其上加载螺母163实现对耐候性粘接试件150的施力及锁死。在旋转加载螺母163时，由于方形导向块164与导向孔111相配合，限制了导向块164的自由度，使其只能沿着导向孔111方向上下移动，从而导向块164不会向下传递扭矩，只能对连接于导向块164下方的部件施加向上的拉力，即粘接接头不会发生扭转，消除了扭矩对粘接接头的影响。

在另一实施例中，在螺母163下方还放置有垫片167。所述所述加载螺母163和辅助框架161之间设置有可压缩弹性件，所述可压缩弹性件被加载螺母163压缩后能够释放弹性力，且所述弹性力F为：

k₂≤0.01N/m，l₂-l₁＝5mm

可压缩弹性件为非线性的弹性件，l₁与l₂之间为可压缩弹性件的工作区间，在该工作区间内，可压缩弹性件的刚度很小，当旋紧加载螺母163为粘接接他150施加拉力载荷时，可压缩弹性件可会被压缩，当可压缩弹性件被压缩的量为时，即正好压缩到工作区间的一半时，此时的弹性力为实验载荷F_i。在离线实验过程中，由于材料性能的变化，材料的长度会发生变化，直接的影响就是载荷会减小，此时通过可压缩弹性的弹性力对减小的载荷进行补偿。由于在工作区间内，可压缩弹性件的刚度很小，因此弹性力不会发生很大的变化，可以保持粘接接头所受的载荷保持在相对稳定的状态下。

如图6、图7所示，在另一实施例中，所述螺母163与辅助框架161之间设置有可更换弹簧机构170。一并参阅图8，所述可更换弹簧机构包括上垫圈171、可更换弹簧172、上定位套173、下定位套174、下垫片175，通过调节加载螺母163对试件进行加载；可更换弹簧172安置在带导向块加载螺栓162上部的螺栓柱上，弹簧顶部和底部分别套有定位套，所述的上定位套173、下定位套174设有定位槽，可更换弹簧172压缩过程中，通过定位槽内定位面对可更换弹簧172进行定位。

所述的可更换弹簧172是一组不同刚度的弹簧，弹簧长度不小于30mm，其压缩量为10～20mm,即最大压缩量为20mm，最下压缩量为10mm。根据耐候性实验最大载荷F₀及最大压缩变形量20mm,使用公式确定弹簧最大刚度K_max。为了保证各等级弹簧刚度之间充分覆盖，建议刚度比β在之间选择，可以避免均分产生多余弹簧，造成浪费。将最大刚度K_max按刚度比β分成n个等级,K₁＝K_max、K₂＝βK_max、K₃＝β²K_max、…、K_n＝β^n-1K_max，级数n的确定根据上述公式，确保最小实验载荷不大于50N，即按各等级刚度值加工出一组弹簧。每次实验时，基于实验载荷F_i，选取一个刚度系数在与之间的弹簧进行实验。作为一种优选的，将最大刚度K_max按刚度比分成15个等级,K₁＝335(N/mm)、K₂＝225(N/mm)、K₃＝150(N/mm)、K₄＝100(N/mm)、K₅＝65(N/mm)、K₆＝44(N/mm)、K₇＝29.25(N/mm)、K₈＝19.5(N/mm)、K₉＝13(N/mm)、K₁₀＝8.5(N/mm)、K₁₁＝5.5(N/mm)、K₁₂＝3.9(N/mm)、K₁₃＝2.55(N/mm)、K₁₄＝1.7(N/mm)、K₁₅＝1.15(N/mm)，根据验证n＝12时满足要求，级数n取12。实验载荷F＝2000N时，刚度系数K在100(N/mm)与200(N/mm)之间，可以选择刚度K₃＝150(N/mm)或者K₄＝100(N/mm)，考虑到弹簧有一定的调节范围，选择弹簧刚度K₃进行实验。

如图9所示，所述引伸计140包括引伸计上刀口141、引伸计标距销142、引伸计上臂143、电子传感器144、数据线145、引伸计下臂146、引伸计下刀口147。通过引伸计140测量粘接接头150被施加载荷后的形变。

使用本发明提供的粘接接头耐候性实验的离线式加载装置对粘接接头进行耐候性实验的过程如下：

步骤一：确定实验时粘接接头的最大实验载荷F₀，并将最大实验载荷F₀分成n个等级，n大于等于2，其中第i个等级的载荷为i＝1，......，n作为一种优选的，将最大实验载荷F₀分成10个等级，即n＝10。

其中，确定最大实验载荷F₀时首先将粘接接头安装于拉伸试实验机上进行拉伸实验，分别将环境温度设置成高温、常温和低温，分别记录粘接接头的断裂载荷，并选择其中最小的断裂载荷作为材料断裂载荷，取断裂载荷的60％～80％作为耐候性实验的最大实验载荷F₀，作为一种优选的，选择断裂载荷的70％作为耐候性实验的最大实验载荷F₀。

在确定最大实验载荷F₀后还需确定在实验载荷F_i下粘接接头的形变，使用拉伸试实验机对粘接接头进行在线加载，同时使用引伸计测量粘接接头的形变，得到每个实验载荷载荷F_i，i＝1,......,n时的形变量。

步骤二：将粘接接头一端与离线加载装置底端相固定，另一端与离线加载装置的加载装置连接，通过调节加载螺母为粘接接头施加载荷，在进行步骤二的同时使用引伸计测量粘接接头的形变，间接得到粘接接头的载荷大小，当引伸计测量的形变与步骤一中实验载荷载荷F_i的形变量相等时，停止继续加载，此时可知粘接接头的载荷等于第i级的载荷为F_i。

步骤三：将粘接接头连同离线加载装置放置于环境箱内，环境箱中的温度从高温、常温至低温进行循环，每完成5～10个周期，取出粘接接头和离线加载装置，并重新进行离线加载至载荷F_i，再次放入环境箱内进行温度循环，以消除材料参数变化对实验载荷的影响，重复该步骤直至完成m次温度循环，其中m大于等于2。作为一种优选的，m＝60。

步骤四：取下粘接接头，对粘接接头进行拉伸实验，记录粘接接头断裂载荷及断裂应变；

步骤五：重复步骤二至四，记录i从1到n每个等级载荷下的粘接接头断裂载荷及断裂应变，并绘制成断裂参数关系曲线。根据拟关系曲即可线判断载荷对粘接试件耐候性的影响。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.一种粘接接头耐候性实验的离线式加载装置，其特征在于，包括

主框架，其设置成中空的框架式；

下双U型连接件，其上部和下部设置成U型状，所述下双U型连接件的下部与主框架固定连接，所述下双U型连接件的上部与粘接接头铰接，所述下双U型连接件的上部和下部两个U型状结构呈90°布置；

引伸计，其用以检测粘接接头的形变；

所述加载装置包括：

辅助框架，其设置于所述主框架上方，所述辅助框架上方开设有圆孔，所述加载螺栓上部的螺栓柱从圆孔中穿出；以及

2.根据权利要求1所述的粘接接头耐候性实验的离线式加载装置，其特征在于，所述加载螺母和辅助框架之间设置有可更换弹簧机构，所述可更换弹簧机构包括可更换弹簧、上定位套和下定位套，所述可更换弹簧设置于上定位套和下定位套之间且套合在加载螺栓上，以对可更换弹簧进行定位。

3.根据权利要求1所述的粘接接头耐候性实验的离线式加载装置，其特征在于，所述粘接接头上下两端均设置有销轴孔，所述上双U型连接件的下部和下双U型连接件的上部也设置有销轴孔，通过销轴穿过销轴孔将粘接接头的上下两端与上双U型连接件的下部和下双U型连接件的上部固定连接。

4.根据权利要求1所述的粘接接头耐候性实验的离线式加载装置，其特征在于，所述主框架下部设置有至少两行竖直排列的销轴孔，所述下双U型连接件的下部也设置有销轴孔，销轴穿过销轴孔将下双U型连接件与主框架固定连接，并且能够改变所述下双U型连接件相对于主框架的上下位置。

5.根据权利要求1所述的粘接接头耐候性实验的离线式加载装置，其特征在于，所述主框架下部的销轴孔设置有4行。

6.根据权利要求5所述的粘接接头耐候性实验的离线式加载装置，其特征在于，所述主框架下部的相邻两个销轴孔的中心距小于所述加载装置可调整的位移。

7.根据权利要求1所述的粘接接头耐候性实验的离线式加载装置，其特征在于，所述加载螺母与辅助框架之间还设有有垫圈。

8.根据权利要求1所述的粘接接头耐候性实验的离线式加载装置，其特征在于，加载螺栓中部导向块的下端设置成圆角。

9.根据权利要求1所述的粘接接头耐候性实验的离线式加载装置，其特征在于，所述加载螺母和辅助框架之间设置有可压缩弹性件，所述可压缩弹性件被加载螺母压缩后能够释放弹性力，且所述弹性力F为

k₂≤0.01N/m，l₂-l₁＝5mm