CN105651590A - 一种防翘曲装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种紧凑拉伸试样防翘曲装置，可以在测定薄板材料K-R曲线时实现对试样的防翘曲变形约束，但不改变试样的应力分布情况，也不会影响试验中的裂纹观测。本发明用紧凑拉伸试样测定薄板材料K-R曲线的一种防翘曲装置，包括矩形防翘板3、阶梯垫圈5、连接螺栓6、水平垫板7、垂直垫板8和装置扣重绳索9。其中，矩形防翘板3为两块形状完全一样的钢板；水平垫板7为两块，垂直垫板8为一块，均为钢板，厚度比试样略厚0.2mm～0.3mm。

Description

一种防翘曲装置

技术领域

本发明属于材料性能测试技术，涉及用紧凑拉伸试样测定薄板材料K-R曲线的一种防翘曲装置。

背景技术

K-R曲线表征裂纹在平面应力状态下缓慢、稳定扩展中材料抗断裂的阻力，常称为裂纹扩展阻力曲线。K-R曲线是进行飞机结构损伤容限分析必需的参数。由于K-R曲线与试样厚度有关，而飞机结构机身、机翼等主要是薄壁加筋结构，所以经常需要测定金属薄板的K-R曲线。

用薄板进行K-R曲线测试时，由于试样局部处于压应力场，会产生翘曲变形，从而影响试验数据的有效性。目前，涉及用紧凑拉伸试样测定薄板材料K-R曲线防翘曲装置的文献很少。工程技术人员通常依据试件的几何尺寸设计各种各样的防翘曲装置。但这些装置均没能实现在不改变试样的应力分布的情况下，既对试样进行有效防翘曲约束，也不影响试验中的裂纹观测。这些防翘曲装置时常导致试验数据失效。

发明内容

本发明的目的：本发明提供了一种紧凑拉伸试样防翘曲装置，可以在测定薄板材料K-R曲线时实现对试样的防翘曲变形约束，但不改变试样的应力分布情况，也不会影响试验中的裂纹观测。

本发明的技术方案：用紧凑拉伸试样测定薄板材料K-R曲线的一种防翘曲装置，包括矩形防翘板3、阶梯垫圈5、连接螺栓6、水平垫板7、垂直垫板8和装置扣重绳索9。其中，矩形防翘板3为两块形状完全一样的钢板；水平垫板7为两块，垂直垫板8为一块，均为钢板，厚度比试样略厚0.2mm～0.3mm。

两块矩形防翘板3分别夹持在试样2前、后两侧，矩形防翘板3的加载孔和定位孔与试样2的加载孔同心；两块水平垫板7分别垫在试样2上、下两头，垂直垫板8垫在试样2左侧，通过连接螺栓6将水平垫板7和垂直垫板8夹持在两块矩形防翘板3之间；四个阶梯垫圈5较细端插入矩形防翘板3连接孔和定位孔中；两个加载双耳1通过销轴4与防翘装置和试样2加载孔相连，而两个加载双耳1的加载轴直接夹持在试验机上，进行加载。装置扣重绳索9一端固定在防翘装置左上角的连接螺栓6上，另一端固定在试验机加载横梁上，调节装置扣重绳索9长度，使矩形防翘板3保持与加载轴线垂直。

本发明的有益效果：

a.该专利装置通过在试样2两侧夹持矩形防翘板3有效防止试样2发生翘曲变形；

b.该专利装置通过在试样2的三面垫上比试样2略厚的垫板，防止矩形防翘板3对试样2夹持过紧，从而防止防翘装置影响试样2上的应力分步；

c.该专利装置中矩形防翘板3加载孔比试样2加载孔大，且下端加载孔为半圆孔，加载孔上、下均开槽，避免了防翘装置参与试样2受力；矩形防翘板3中间开槽，不影响试验中对裂纹的观测；

d.该专利装置结构简单，安装、拆卸方便，制造成本低，具有较佳的实际应用价值；

e.一套防翘曲装置在完成多件试验后，未发生试样翘曲失效现象，试验曲线光滑连续。该装置已应用于飞机结构材料的K-R曲线测试。

附图说明

图1a为本发明的试验加载结构图主视图；

图1b为本发明的试验加载结构图侧视图；

图2为本发明防翘曲装置与试样的装配图；

图3a为紧凑拉伸试样主视图；

图3b为紧凑拉伸试样侧视图；

图4a为本发明的防翘板结构图主视图；

图4b为本发明的防翘板结构图侧视图；

图5a为本发明的阶梯垫圈结构图主视图；

图5b为本发明的阶梯垫圈结构图侧视图；

图6为本发明的水平垫板结构图；

图7为本发明的垂直垫板结构图。

其中，1-试验机加载双耳；2-试样；3-矩形防翘板；4-连接销轴；5-阶梯垫圈；6-连接螺栓；7-水平垫板；8-垂直垫板；9-装置扣重绳索。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本专利作进一步的详细说明：

请参阅图1和图2，其分别是采用本专利装置的紧凑拉伸试样测定薄板K-R曲线试验加载结构图，和本专利装置与试样的装配图。本专利装置包括矩形防翘板3、阶梯垫圈5、连接螺栓6、水平垫板7、垂直垫板8和装置扣重绳索9。该装置各部分特征如下：

矩形防翘板3为该专利的主要构件，共两件，结构形式见图4。矩形防翘板3为钢板机械加工而成的两块形状相同的平板，厚度为试样厚度的5倍左右，表面光滑平整。矩形防翘板3上部连接孔和下部定位孔与试样2上加载孔同心，且直径为试样2上加载孔直径的1.5倍左右。矩形防翘板3开槽边与试样2预制裂纹边保持平齐，其余3边均比试样2长约40mm。矩形防翘板3加载孔上、下形状如图4所示，可避免矩形防翘板3与加载双耳1干涉。

阶梯垫圈5共4件，见图5，由钢材加工而成。阶梯垫圈5内径与加载销轴4配合加工；较细端外径与矩形防翘板3连接孔配合加工，较细段长度小于矩形防翘板3厚度1mm；较粗端外径大于矩形防翘板3加载孔直径10mm左右；所有棱边倒圆。

连接螺栓6为螺栓，其直径约为矩形防翘板厚度的1/2。矩形防翘板3、水平垫板7和垂直垫板8上的紧固孔直径比连接螺栓6直径大0.5mm左右。

水平垫板7见图6，为钢板机械加工而成的2块平板。经过多次试验验证，确定水平垫板比试样2厚0.2mm～0.3mm防翘曲效果最好。水平垫板7宽度为连接螺栓直径的3倍，表面光滑平整。水平垫板7上紧固孔与矩形防翘板上、下两排紧固孔配钻，保证同心。

垂直垫板8见图5，为钢板机械加工而成的平板。经过多次试验验证，确定垂直垫板8比试样2厚0.2mm～0.3mm防翘曲效果最好。垂直垫板8宽度为连接螺栓直径的3倍，表面光滑平整。垂直垫板8上紧固孔与矩形防翘板3竖排紧固孔配钻，保证同心。

装置扣重绳索9可为细钢丝绳、布带等软性绳，能承受矩形防翘板3和垫板的重量。

本防翘装置的装配实施方式如下：

a.将两块矩形防翘板3与试样2相对的两个面、垫板的上、下两面、试样2上、下两面被矩形防翘板覆盖部分均匀涂抹润滑油；

b.将两块矩形防翘板3分别夹持在试样2两面，调整矩形防翘板3使其连接孔和定位孔与试样2上两个加载孔同心；

c.将水平垫板7和垂直垫板8放置在两块矩形防翘板之间，调整垫板使其上紧固孔分别与矩形防翘板3上的紧固孔同心后，安装连接螺栓6；

d.将四个阶梯垫圈5较细段分别插入矩形防翘板3上部连接孔和下部定位孔中；

e.用连接销轴4将阶梯垫圈、矩形防翘板3和试样2夹持在上、下两个加载双耳1中，加载双耳1的加载销轴夹持在试验机上；

f.将装置扣重绳索9一端固定在矩形防翘板3左上角的紧固件上，调整装置扣重绳索9使防翘装置与试验加载轴线保持垂直，将装置扣重绳索9另一端固定在试验机加载横梁上。

Claims (10)

1.一种防翘曲装置，其特征在于：包括防翘板(3)、阶梯垫圈(5)、连接螺栓(6)、垫板(7、8)和装置扣重绳索(9)；其中，两块防翘板(3)夹持在试样(2)两侧，防翘板(3)的连接孔和试样(2)加载孔同心；垫板(7、8)通过多个连接螺栓(6)连接在两防翘板(3)之间；四个阶梯垫圈(5)的较细端插入防翘板(3)的连接孔和定位端中；装置扣重绳索(9)一端固定在矩形防翘板(3)的紧固件上，另一端固定在试验机加载横梁上，使得防翘曲装置保持水平；从所述的防翘板(3)的一端向所述的防翘板(3)的中央开槽，以便观测裂纹。

2.根据权利要求1所述的防翘曲装置，其特征在于：该防翘曲装置适用于紧凑拉伸试样测定薄板材料K‐R曲线试验。

3.根据权利要求1或2所述的防翘曲装置，其特征在于：所述的垫板(7、8)包括水平垫板(7)和垂直垫板(8)。

4.根据前述任一权利要求所述的防翘曲装置，其特征在于：所述的防翘板(3)为矩形或圆形，所述的防翘板(3)的几何尺寸比试样(2)大。

5.根据前述任一权利要求所述的防翘曲装置，其特征在于：所述的防翘板(3)的连接孔比试样(2)的加载孔略大；所述的防翘板(3)的定位端为半圆孔，且比试样(2)的加载孔略大；且定位端由形状切割形成。

6.根据前述任一权利要求所述的防翘曲装置，其特征在于：阶梯垫圈(5)的内径与加载销轴(4)相匹配；阶梯垫圈(5)的所有棱边倒圆角。

7.根据前述任一权利要求所述的防翘曲装置，其特征在于：阶梯垫圈(5)的较细端外径与所述的防翘板(3)的加载孔和定位端相匹配，较细端长度比所述防翘板(3)的厚度小。

8.根据前述任一权利要求所述的防翘曲装置，其特征在于：阶梯垫圈(5)的较粗端外径比所述的加载孔直径大。

9.根据权利要求3所述的防翘曲装置，其特征在于：水平垫板(7)和垂直垫板(8)均比试样(2)厚0.2mm～0.3mm，且都通过连接螺栓(6)连接在两块防翘板(3)之间，使得安装后，所述水平垫板(7)和垂直垫板(8)不对试样(2)产生干涉。

10.根据前述任一权利要求所述的防翘曲装置，其特征在于：装置扣重绳索(9)一端固定在防翘板(3)的左上角紧固件上，另一端固定在试验机横梁上，通过调整扣重绳索(9)使防翘板(3)垂直于试验加载轴线。