CN105319127A - 一种拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具及试验方法，其中试验卡具包括上卡具、下卡具，上卡具包括用于与拉伸试验机的上横梁连接的上拉杆、连接在上拉杆下部的承载部，承载部上设有加载压头，下卡具包括下拉杆、连接在下拉杆上部的用于支撑试样的支撑部，支撑部上设有用于将试样的一端固定在支撑部上的压紧结构，加载压头对试样的处于悬臂状态的一端由下至上施加载荷。本发明试验卡具在使用时，先将卡具连接在拉伸试验机上，将试样的一端安装在下卡具的支撑部上，并靠压紧结构固定。试样处于悬臂状态，利用加载压头对试样的悬臂的一端施加载荷，使试样弯曲变形。在试样的恒定变形量状态下，可以记录试样的应力随时间的变化关系。

Description

一种拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具及试验方法

技术领域

本发明涉及一种拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具及试验方法。

背景技术

起重机旋臂吊和触头开关等悬臂梁类构件在正常服役条件下，悬臂梁构件的自由端由于频繁或长时间承受一定的载荷作用而发生弯曲变形，其开始服役时的正常弹性变形（可恢复变形）会随着服役时间的延长而不断转化为塑性变形（不可恢复变形），构件内部应力随时间不断减少，即产生应力松弛现象。研究悬臂梁构件弯曲变形过程中的应力松弛行为，对了解和掌握悬臂梁构件在正常服役条件下的应力松弛稳定性及其使用寿命的预测，具有重要的现实意义。

目前，利用电子拉伸试验机所配套的卡具可以完成室温条件下金属及非金属的拉伸、压缩、弯曲等试验来测试材料的各项力学性能，也可以完成高温条件下金属及非金属的拉伸试验。但还没有一种与电子拉伸试验机配套的、可以对悬臂梁类材料做弯曲试验的卡具，不能在室温及高温下对金属和非金属材料悬臂梁做弯曲试验。

发明内容

本发明的目的是提供一种与电子拉伸试验机配套使用的对悬臂梁类试样做弯曲试验的拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具。同时本发明还提供一种利用该试验卡具做弯曲试验的试验方法。

为了实现以上目的，本发明中一种拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具的技术方案如下：拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具包括上卡具、下卡具，上卡具包括用于与拉伸试验机的上横梁连接的上拉杆、连接在上拉杆下部的承载部，所述承载部上设有加载压头，所述下卡具包括用于拉伸试验机的下横梁连接的下拉杆、连接在下拉杆上部的用于支撑试样的支撑部，所述支撑部上设有用于将试样的一端固定在支撑部上的压紧结构，所述压紧结构与支撑部配合使得试样的另一端处于悬臂状态，在试验时所述加载压头对试样的处于悬臂状态的一端由下至上施加载荷。

所述上拉杆与所述承载部铰接，上拉杆与承载部的铰接轴线与上拉杆的延伸方向垂直。

所述承载部包括承载框架及设于承载框架上的铰接部，所述上拉杆与铰接部铰接，所述承载框架呈C型，所述加载压头位于承载框架内。

所述下拉杆与所述支撑部铰接，下拉杆与支撑部的铰接轴线与下拉杆的延伸方向垂直。

所述支撑部包括U型支撑架，U型支撑架的下部设有用于与下拉杆铰接的铰接部，所述压紧结构位于U型支撑架的其中一个支撑臂的上端。

所述压紧结构包括压块和紧固螺钉。

U型支撑架的支撑臂上端设有两个螺纹孔，两个螺纹孔之间还设有用于对试样进行定位的定位销孔。

所述加载压头呈楔形，所述加载压头的施压端位于楔形的顶部。

本发明悬臂梁弯曲试验方法，包括以下步骤，1）安装卡具，卡具包括上卡具、下卡具，分别将上卡具、下卡具安装在电子拉伸试验机的上横梁、下横梁上，上卡具上装有对试样由下至上施加载荷的加载压头；2）将试样放置在下卡具的支撑部上，并通过压紧结构压紧固定；3）调节拉伸试验机的上横梁，使上卡具上的加载压头接触所述试样的下端面；4）通过调节拉伸试验机的上横梁、下横梁的相对距离，对试样施加载荷，使其承受的弯曲应力达到试验要求；5）达到试验要求的弯曲应力值后，停止加载，保持试样弯曲的恒定应变状态，记录在该状态下的试样应力随时间变化的数据。

在上述步骤4）之前，调整拉伸试验机的上横梁、下横梁的上下位移，以使得卡具的用于固定安装试样的部分能够放入加热炉中，移动加热炉并使得卡具的用于固定安装试样的部分放入加热炉中，然后对试样加热，加热到设定温度值。

本发明的有益效果：本发明悬臂梁弯曲试验卡具在使用的时候，先将卡具连接在拉伸试验机的对应的横梁上，将待试验的试样的一端安装在下卡具的支撑部上，并靠压紧结构固定。试样处于悬臂状态，利用加载压头对试样的悬臂的一端施加载荷，使试样弯曲变形。在试样的恒定变形量状态下，可以记录试样的应力随时间的变化关系，进而研究试样的应力松弛现象。

附图说明

图1是本发明拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具实施例的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是本发明拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具实施例的立体图；

图4是本发明悬臂梁弯曲试验方法所使用的加热炉的结构示意图。

具体实施方式

本发明一种拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具的实施例：如图1-4所示，试验卡具包括上卡具、下卡具，上卡具包括用于与拉伸试验机的上横梁连接的上拉杆7、连接在上拉杆7下部的承载部5，承载部5上设有加载压头4。上拉杆7与承载部5铰接，上拉杆7与承载部5的铰接轴线与上拉杆7的延伸方向垂直。承载部5包括承载框架及设于承载框架上的铰接部，上拉杆7与铰接部铰接，承载框架呈C型，加载压头位于承载框架内。上拉杆7的下部设有U型槽，通过上销6连接上拉杆7与铰接部。

下卡具包括用于拉伸试验机的下横梁连接的下拉杆1、连接在下拉杆1上部的用于支撑试样的支撑部3，支撑部3上设有用于将试样的一端固定在支撑部上的压紧结构，压紧结构与支撑部配合使得试样9的另一端处于悬臂状态，在试验时所述加载压头对试样9的处于悬臂状态的一端由下至上施加载荷。下拉杆1与支撑部3铰接，下拉杆1与支撑部3的铰接轴线与下拉杆1的延伸方向垂直。支撑部3包括U型支撑架，U型支撑架的下部设有用于与下拉杆1铰接的铰接部。下拉杆的上部设有U型槽，通过下销2连接下拉杆与U型支撑架的铰接部。压紧结构位于U型支撑架的其中一个支撑臂的上端。压紧结构包括压块11和紧固螺钉8。U型支撑架的支撑臂上端设有两个螺纹孔，两个螺纹孔之间还设有用于对试样9进行定位的定位销孔。在安装使用时，先通过定位销10对试样定位，然后通过螺钉固定。

本实施例中加载压头4呈楔形，加载压头4的施压端位于楔形的顶部，施压端处于试样的悬臂端的下方，正好可以对悬臂端由下至上施加载荷，使试样发生弯曲变形。

在其它实施例中，上卡具的承载部可以采用封闭的矩形框架结构，或者采用L型的结构。在其它实施例中，下卡具的支撑部可以采用一个支撑臂的结构形式，不局限于U型的。

在本实施例中，上拉杆与承载部，下拉杆与支撑部之间均采用铰接的连接关系，便于自动调整承载部、支撑部的位置，使得试样的受力方向不容易发生偏斜，自然测得的数据更为精确。在其它实施例中，上拉杆与承载部，下拉杆与支撑部之间也可采用固定连接的连接方式，或采用螺栓连接的可拆连接方式。

悬臂梁弯曲试验方法，包括以下步骤，1）安装卡具，卡具包括上卡具、下卡具，分别将上卡具、下卡具安装在电子拉伸试验机的上横梁、下横梁上，上卡具上装有对试样由下至上施加载荷的加载压头；2）将试样放置在下卡具的支撑部上，并通过压紧结构压紧固定；3）调节拉伸试验机的上横梁，使上卡具上的加载压头接触所述试样的下端面；4）通过调节拉伸试验机的上横梁、下横梁的相对距离，对试样施加载荷，使其承受的弯曲应力达到试验要求；5）达到试验要求的弯曲应力值后，停止加载，保持试样弯曲的恒定应变状态，记录在该状态下的试样应力随时间变化的数据。

上述步骤，可以完成在常温下对悬臂的试样进行弯曲试验。如果要在高温环境下做试验，在上述步骤4）之前，还要进行如下步骤，调整拉伸试验机的上横梁、下横梁的上下位移，以使得卡具的用于固定安装试样的部分能够放入加热炉12中，移动加热炉并使得卡具的用于固定安装试样的部分放入加热炉中，然后对试样加热，加热到设定温度值。加热完成保温一定时间，再进行下一步的施加载荷。

为了能够进行高温环境下的试验，加热炉12与卡具有一定的配合要求。加热炉12采用上下均具有开口的结构形式，如图4所示，使得卡具的用于安装固定试样的部分能够处于加热炉的内部，上、下拉杆可以在加热炉的对应的上开口13、下开口14处进行上下活动，以对试样加载。

下面以在SHIMADZU（岛津）AG-I250KN精密万能拉伸试验机做铍铜合金材料板状悬臂梁弯曲试验为例，本发明的卡具用于在SHIMADZU（岛津）AG-I250KN精密万能拉伸试验机上做悬臂梁弯曲试验。

具体试验操作步骤：（1）首先将上拉杆7带有螺纹的一端通过螺纹连接安装固定到电子拉伸试验机的上横梁上，然后下拉杆1带有螺纹的一端也通过螺纹连接安装固定到电子拉伸试验机的下横梁上；（2）将加工好的铍铜材料板状试样放到支撑部3的一个支撑臂上端，压块11放到板状试样9上面压紧试样，通过紧固螺钉8将压块11固定在支撑臂上，定位销10定位板状试样位置；（3）上卡具的加载部的一端插入上拉杆的U形槽并通过上销固定，U型支撑部的下部插入下拉杆的U形槽并通过下销固定；（4）调节电子拉伸试验机上横梁的上下位移，将C型的承载部的下边框上的楔形加载压头刚好接触固定在支撑臂上的板材试样下面；（5）通过调节上横梁的上下位移来调节卡具的位置以及承载部、支撑部之间的相对距离，保证卡具能安全平稳放入电阻丝加热炉中；（6）移动旋转安装在电子拉伸试验机一侧的电阻丝加热炉到合适位置，保证卡具能顺利放入电阻丝加热炉炉膛内，关闭炉膛，在电子拉伸试验机的控制柜输入面板上设定试验加热温度100℃，开始加热；（7）加热到设定温度100℃后，保温10min，开始通过电子拉伸试验机做板材高温状态下悬臂梁弯曲试验，实验过程中，观察铍铜合金板材试样受到的应力变化情况，待试样弯曲变形受到预定弯曲应力值540MPa时，停止悬臂梁弯曲试验程序，使板状试样在温度100℃和初始弯曲应力值540MPa条件下保持悬臂梁弯曲的恒定应变状态；（8）板材试样在高温状态下以恒定变形量保持悬臂梁弯曲状态，通过电子拉伸试验机示数显示屏观察并记录板材试样在高温悬臂梁弯曲状态下的应力随时间变化情况；（9）根据记录数据，绘制铍铜合金弯曲应力松弛曲线，分析铍铜合金板状试样在温度100℃和初始弯曲应力为540MPa时悬臂梁弯曲状态下的应力松弛行为。

在其它实施例中，加热温度可以为90或110℃；初始弯曲应力值也可采用530或550MPa；保温时间也可为8min或12min，根据试样材料的不同，选取符合试验要求的合理数值即可。

Claims (10)

1.一种拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具，其特征在于：包括上卡具、下卡具，上卡具包括用于与拉伸试验机的上横梁连接的上拉杆、连接在上拉杆下部的承载部，所述承载部上设有加载压头，所述下卡具包括用于拉伸试验机的下横梁连接的下拉杆、连接在下拉杆上部的用于支撑试样的支撑部，所述支撑部上设有用于将试样的一端固定在支撑部上的压紧结构，所述压紧结构与支撑部配合使得试样的另一端处于悬臂状态，在试验时所述加载压头对试样的处于悬臂状态的一端由下至上施加载荷。

2.根据权利要求1所述的拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具，其特征在于：所述上拉杆与所述承载部铰接，上拉杆与承载部的铰接轴线与上拉杆的延伸方向垂直。

3.根据权利要求2所述的拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具，其特征在于：所述承载部包括承载框架及设于承载框架上的铰接部，所述上拉杆与铰接部铰接，所述承载框架呈C型，所述加载压头位于承载框架内。

4.根据权利要求1所述的拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具，其特征在于：所述下拉杆与所述支撑部铰接，下拉杆与支撑部的铰接轴线与下拉杆的延伸方向垂直。

5.根据权利要求4所述的拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具，其特征在于：所述支撑部包括U型支撑架，U型支撑架的下部设有用于与下拉杆铰接的铰接部，所述压紧结构位于U型支撑架的其中一个支撑臂的上端。

6.根据权利要求5所述的拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具，其特征在于：所述压紧结构包括压块和紧固螺钉。

7.根据权利要求6所述的拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具，其特征在于：U型支撑架的支撑臂上端设有两个螺纹孔，两个螺纹孔之间还设有用于对试样进行定位的定位销孔。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具，其特征在于：所述加载压头呈楔形，所述加载压头的施压端位于楔形的顶部。

9.使用如权利要求1所述的拉伸试验机用悬臂梁弯曲试验卡具的悬臂梁弯曲试验方法，其特征在于：包括以下步骤，1）安装卡具，卡具包括上卡具、下卡具，分别将上卡具、下卡具安装在电子拉伸试验机的上横梁、下横梁上，上卡具上装有对试样由下至上施加载荷的加载压头；2）将试样放置在下卡具的支撑部上，并通过压紧结构压紧固定；3）调节拉伸试验机的上横梁，使上卡具上的加载压头接触所述试样的下端面；4）通过调节拉伸试验机的上横梁、下横梁的相对距离，对试样施加载荷，使其承受的弯曲应力达到试验要求；5）达到试验要求的弯曲应力值后，停止加载，保持试样弯曲的恒定应变状态，记录在该状态下的试样应力随时间变化的数据。

10.根据权利要求9所述的悬臂梁弯曲试验方法，其特征在于：在上述步骤4）之前，调整拉伸试验机的上横梁、下横梁的上下位移，以使得卡具的用于固定安装试样的部分能够放入加热炉中，移动加热炉并使得卡具的用于固定安装试样的部分放入加热炉中，然后对试样加热，加热到设定温度值。