CN105651597A - 一种脆性材料拉伸试验夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脆性材料拉伸试验夹具，属于材料力学性能测试技术领域。本发明包含上连接件和下连接件，上万向节和下万向节，上C型槽和下C型槽以及上夹持端和下夹持端。上连接件和下连接件分别与试验机连接。上连接件依次连接上万向节、上C型槽；下连接件依次连接下万向节、下C型槽。上夹持端可嵌入上C型槽，下夹持端可嵌入下C型槽。上夹持端的上圆锥面与下夹持端中下圆锥面的锥面角度为15°，并满足ASME？BPV？VIII-1附录37中的要求。应用本发明，试验过程中试样可自动对中，自动消除加载过程中的弯矩；夹具系统内无不连续的相对滑动，保证载荷曲线的连续性；试样快速装卡，方便快捷；可进行室温至600℃不同温度环境下的拉伸试验。

Description

一种脆性材料拉伸试验夹具
技术领域
本发明涉及材料力学性能测试技术领域。具体是指一种脆性材料拉伸试验夹具。
背景技术
力学性能测试是评估材料承载能力的一系列指标，其中抗拉强度是系列指标中最为重要的一个。拉伸试样一般是形状为两端粗中部细的棒状狗骨试样，在拉伸加载过程中，试样断裂位置处于中部较细的区域时方可认为试验结果有效。韧性较好的材料对表面缺陷和小弯矩不敏感，一般都能满足断裂位置的有效性，但脆性材料对表面缺陷和小弯矩非常敏感，因此在加载过程中应尽最大可能降低引入试样的弯矩以保证试样所承受的载荷全部为单轴拉伸。不透性石墨材料是一种典型的脆性材料，而且其脆性特征基本不随温度的升高而发生明显的变化。美国机械工程师协会的锅炉压力容器相关标准第八卷(ASMEBPVVIII-1)的附录37针对这一类脆性材料的拉伸试样规格做出了强制性的要求，但目前针对此标准的拉伸夹具往往是依据ASTM(美国材料与试验协会)的脆性材料夹具标准设计或改造的，其典型结构之一为链式对中结构，该结构具有结构简单成本低廉的特点，但其在加载过程中，链环之间会发生明显的相对错动，从而导致试验曲线出现明显的下降拐点，不能真实反映材料性能；夹具典型结构之二为楔形夹持端机构，这种结构具有结构简单便于试样安装的特点，但缺点是楔形结构与试样两端表面为线接触，试样安装过程难以保证试样对中，从而引入弯矩。
发明内容
本发明涉及一种脆性材料拉伸试验夹具，可满足ASMEBPVVIII-1中的强制性附录37的要求。本发明解决了试样自动定位对中和夹具系统内相对滑动的问题，同时可进行室温至600℃的拉伸试验。该夹具具有可快速装卡、适应多种规格试样的特点。
本发明所述脆性材料拉伸试验夹具包含上连接件和下连接件，上万向节和下万向节，上C型槽和下C型槽以及上夹持端和下夹持端。
上连接件和下连接件分别与试验机通过销钉连接。上连接件通过外螺纹与上万向节的上端内螺纹相连接并紧固，上万向节的下端通过内螺纹与上C型槽的顶部的外螺纹相连接并紧固；下连接件通过外螺纹与下万向节的下端内螺纹相连接并紧固，下万向节的上端通过内螺纹与下C型槽的底部的外螺纹相连接并紧固。
上夹持端可嵌入上C型槽，下夹持端可嵌入下C型槽。
上夹持端由半环形柱状结构A和半环形柱状结构B组成，并通过凸台与凹槽限位扣合，上夹持端内表面为上粗下细的上圆锥面。
下夹持端由半环形柱状结构C和半环形柱状结构D组成，并通过凸台与凹槽限位扣合，环形结构内表面为下粗上细的下圆锥面。
上夹持端的上圆锥面与下夹持端中下圆锥面的锥面角度为15°，并满足ASMEBPVVIII-1附录37中的要求。
本发明具有以下优点：
1.试样可自动对中，自动消除加载过程中的弯矩。
2.夹具系统内无不连续的相对滑动，保证载荷曲线的连续性。
3.试样快速装卡，方便快捷。
4.可进行室温至600℃不同温度环境下的拉伸试验。
附图说明
图1是本发明的脆性材料拉伸试样夹具结构示意图。
图2是本发明中所述试样夹具的上夹持端的结构示意图。
图3是本发明中所述试样夹具的下夹持端的结构示意图。
图中：
1.上连接件；2.上万向节；3.上C型槽；4.上夹持端；5.下夹持端；6.下C型槽；
7.下万向节；8.下连接件；401.半环形柱状结构A；402.半环形柱状结构B；
501.半环形结构C；502.半环形柱状结构D。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种脆性材料拉伸试验夹具，该试验夹具包括与试验机连接的上连接件1和下连接件8，还包括上万向节2和下万向节7，上C型槽3和下C型槽6以及上夹持端4和下夹持端5。上夹持端4用于夹持拉伸试样的上端，下夹持端5用于夹持拉伸试样的下端。所述的上连接件1一端与试验机连接固定，另一端与上万向节2的顶端之间螺纹连接，所述的上万向节2的底端与上C型槽3的顶端螺纹连接，所述上C型槽3的开口向下。所述下连接件8的一端连接在试验机上，另一端与下万向节7的底端螺纹连接，所述下万向节7的顶端螺纹连接下C型槽6的底端，所述下C型槽6的开口向上。所述的上夹持端4嵌入上C型槽3的开口内，所述的下夹持端5嵌入下C型槽6的开口内。
如图2为上夹持端4的结构示意图，上夹持端4为一个可对开的环型机构，由可相互扣合的半环形柱状结构A401和半环形柱状结构B402构成，所述的半环形柱状结构A401和半环形柱状结构B402相互扣合后，内表面为圆锥面，外表面为矩形结构，刚好可以嵌入上C型槽3内，并且嵌入后与上C型槽3内壁的间隙不高于0.5mm，嵌入后依靠摩擦力限制位移。半环形柱状结构A401和半环形柱状结构B402的环形内表面均为锥面角度15°的半圆锥面。半环形柱状结构A401的半圆锥面两侧设有凸台，半环形柱状结构B402的半圆锥面两侧设有凹槽，所述凸台与凹槽起到限位的作用，可保证半环形柱状结构A401与半环形柱状结构B402扣合后两部分的半圆锥表面的平滑连接，从而构成一个完整的上圆锥面。
如图3为下夹持端5的结构示意图，下夹持端5为一个可对开的环形机构，由可相互扣合的半环形结构C501和半环形柱状结构D502构成。半环形柱状结构C501和半环形柱状结构D502扣合后形成的环形内表面为锥面角度15°的半圆锥面，外表面为矩形结构，刚好可以嵌入下C型槽6内，并且嵌入后与下C型槽6内壁的间隙不高于0.5mm，嵌入后依靠摩擦力限制位移。半环形柱状结构C501的半圆锥面两侧设有凸台结构，半环形柱状结构D502的半圆锥面两侧设有凹槽结构，所述的凸台与凹槽结构起到限位的作用，可保证半环形柱状结构C501与半环形柱状结构D502扣合后半圆锥表面的平滑连接，从而构成一个完整的下圆锥面。
依据ASMEBPVVIII-1附录37规定，脆性材料拉伸试样的上下夹持端均为角度为15°的圆锥体，分别可与本发明的上夹持端4和下夹持端5的上圆锥面和下圆锥面相贴合。
本发明的工作原理如下：
首先将上连接件1的外螺纹旋入上万向节2上端的内螺纹并紧固，再将上C型槽3顶端的外螺纹旋入上万向节2下端的内螺纹并紧固。然后将下连接件8的外螺纹旋入下万向节7下端的内螺纹并紧固，再将下C型槽6底端的外螺纹旋入下万向节7上端的内螺纹并紧固。把上连接件1通过销钉与试验机的上固定端连接，把下连接件8通过销钉与试验机的下固定端连接。打开上夹持端4的半环形柱状结构A401和半环形柱状结构B402，将拉伸试样的上端圆锥体嵌入上圆锥面，然后扣合半环形柱状结构A401和半环形柱状结构B402；打开下夹持端5的半环形柱状结构C501和半环形柱状结构D502，将拉伸试样的下端圆锥体嵌入下圆锥面，然后扣合半环形柱状结构C501和半环形柱状结构D502。将上夹持端4嵌入上C型槽3中，将下夹持端5嵌入下C型槽6。开启试验机，调整夹具系统的张紧程度，使载荷刚好处于零牛顿左右之后，即可正式开始拉伸试验。
上述的半环形柱状结构(包括半环形柱状结构A401和半环形柱状结构B402、半环形柱状结构C501和半环形柱状结构D502)扣合形成的上圆锥面和下圆锥面可与拉伸试样夹持端的圆锥表面紧密贴合，保证稳定的轴对称夹持加载，随拉伸加载，万向节2和万向节7在拉伸过程中可自动调整试样轴与拉伸轴的同轴度，从而不引入弯矩，避免脆性试样的早期断裂。本发明提供的一种脆性材料拉伸试验夹具，尤其适用于不透性石墨材料等脆性材料的拉伸试验。

Claims (5)

1.一种脆性材料拉伸试验夹具，其特征在于：包含上连接件和下连接件，上万向节和下万向节，上C型槽和下C型槽以及上夹持端和下夹持端；
上连接件和下连接件分别与试验机通过销钉连接；上连接件通过外螺纹与上万向节的上端内螺纹相连接并紧固，上万向节的下端通过内螺纹与上C型槽的顶部的外螺纹相连接并紧固；下连接件通过外螺纹与下万向节的下端内螺纹相连接并紧固，下万向节的上端通过内螺纹与下C型槽的底部的外螺纹相连接并紧固；
上夹持端嵌入上C型槽，下夹持端嵌入下C型槽。
2.根据权利要求1所述的一种脆性材料拉伸试验夹具，其特征在于：上夹持端由半环形柱状结构A和半环形柱状结构B组成，并通过凸台与凹槽限位扣合，上夹持端内表面为上粗下细的上圆锥面；
下夹持端由半环形柱状结构C和半环形柱状结构D组成，并通过凸台与凹槽限位扣合，环形结构内表面为下粗上细的下圆锥面。
3.根据权利要求1所述的一种脆性材料拉伸试验夹具，其特征在于：上夹持端的上圆锥面与下夹持端中下圆锥面的锥面角度均为15°，并满足ASMEBPVVIII-1附录37中的要求。
4.根据权利要求1所述的一种脆性材料拉伸试验夹具，其特征在于：上夹持端嵌入上C型槽内，与上C型槽内壁的间隙不高于0.5mm；下夹持端嵌入下C型槽内，与下C型槽内壁的间隙不高于0.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种脆性材料拉伸试验夹具，其特征在于：所述的脆性材料拉伸试验夹具适用于不透性石墨材料的拉伸试验。
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