CN105737790B - 一种用于测量孔挤压变形的装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料性能测试的试验技术，具体涉及一种用于测量机械连接试验孔挤压变形的装置。复合材料结构连接部位的设计是飞机结构设计的关键，而机械连接挤压设计值又以典型铺层单钉‑单剪连接试样的挤压许用值为基础，这是因为飞机复合材料结构普遍采用单搭接的机械连接形式。本发明的目的是提供了一种用于测量机械连接试验孔挤压变形的装置，该装置与现有的测量装置相比，使用方便，测量准确度高，同时安全环保，可提高工效。

Description

一种用于测量孔挤压变形的装置

技术领域

本发明属于材料性能测试的试验技术，具体涉及一种用于测量机械连接试验孔挤压变形的装置，使用方便，测量精度高，与现有的胶粘引伸计支座方法相比，大幅简化了操作过程，减少了测量误差，同时安全环保，提高工效。

背景技术

复合材料结构连接部位的设计是飞机结构设计的关键，而机械连接挤压设计值又以典型铺层单钉-单剪连接试样的挤压许用值为基础，这是因为飞机复合材料结构普遍采用单搭接的机械连接形式。目前国内外普遍采用ASTM D 5961标准来确定复合材料连接许用值，其中方法B(单剪形式)试样示意图如图1所示，两个层合板搭接在一起，并使用单钉紧固。试验中靠装卡引伸计的方法来测量孔的挤压变形，而挤压变形是确定试验件偏移挤压强度和偏移挤压应变的关键数据，可见挤压应变测量的关键性。试验中，引伸计的两个引伸计臂在搭接区域分别与两个层合板连接以测量孔的挤压变形。

现有的引伸计连接方式为胶粘引伸计支座，试验件搭接区域的两个层合板上分别胶粘有一个固定引伸计支座和一个可调节引伸计支座。固定支座上有用于和引伸计一个刀口连接的卡槽和皮筋孔。可调节支座的引伸计连接块上也有用于和引伸计另一个刀口连接的卡槽和皮筋孔。引伸计连接块通过螺钉、螺钉和调节框与底座相连。松开螺钉，引伸计连接块可以随着调节框上下移动以调节引伸计连接块的高度，适用不同厚度的试验件。松开螺钉，引伸计连接块可以在调节框中前后移动。

对于这种胶粘支座的引伸计连接方式，当试验件厚度不同时，需要调整支座以使引伸计的测量平面与试验件受力轴线平行。现有的这种引伸计连接方式的缺点包括：1、需要胶粘四个支座并使用两个引伸计才可能消除试验件面外旋转对测量的影响；2、试验件厚度不同时，需要对支座进行调节；3安装过程使用胶黏剂，需对试验件表面和引伸计支座进行处理，安装效率低且不环保；4、高温环境下，胶黏剂失效，因此无法在高温下进行测试；5、两个引伸计支座之间的跨距较大，引伸计显示的孔变形包含了这段较大跨距之间的试验件变形，测量误差大。

发明内容

本发明的目的是提供了一种用于测量机械连接试验孔挤压变形的装置，该装置与现有的测量装置相比，使用方便，测量准确度高，同时安全环保，可提高工效。

本发明提供了一种满足ASTM D 5961要求的从试验件侧面测量孔变形的装置。

一种用于测量孔挤压变形的装置，所述装置包括试验件、引伸计、两个非对称引伸计刀口、两个引伸计固定装置；所述引伸计固定装置包括螺钉和带有螺纹孔的a型引伸计箍子，螺钉与a型引伸计箍子通过螺纹连接；a型引伸计箍子套在试验件上，其一端的挂钩与非对称引伸计连接，扭紧螺钉时a型引伸计箍子将所述引伸计的所述两个非对称刀口固定在试验件的孔的两侧。

一种用于测量孔挤压变形的装置，所述装置包括试验件、引伸计、两个非对称引伸计刀口、两个引伸计固定装置，所述引伸计固定装置包括：带有螺纹孔和腔体的b型引伸计箍子、顶针、压缩弹簧、弹簧帽和拉环；弹簧帽通过螺纹固定在b性引伸计箍子上；顶针穿过压缩弹簧和弹簧帽，拉环穿过顶针上面的孔，从而将顶针、压缩弹簧和弹簧帽连接在一起；b型引伸计箍子套在试验件上，其一端的挂钩与非对称引伸计刀口连接，顶针在压缩弹簧的作用下顶紧试验件，从而使引伸计的所述两个非对称引伸计刀口固定在试验件的孔的两侧。

与现有的技术相比，本发明具有以下优点或积极效果：

a)适用于各种厚度的试验件，厚度不同时不需要做任何调整；

b)安装过程简单方便，可提高试验的工效；

c)安装过程不使用胶黏剂，无所对试验件表面作处理，环保高效；

d)可适用于高温试验；

e)两个引伸计刀口之间的跨距小，且可安装于搭接区域螺钉的同一侧，提

高了测量的准确性，减少了测量误差。

附图说明

图1为机械连接试验件的示意图；

图2为机械连接试验孔挤压变形测量系统的平面三视图；

图3为非对称引伸计刀口平面三视图；

图4和图5分别为引伸计固定装置a和装备b的平面三视图及等轴测视图；

图6和图7分别为使用装置a和装置b固定引伸计时的立体分解图。

1-试验件，2-引伸计，3-非对称引伸计刀口，4-引伸计固定装置，5-刀口安装螺钉，6-螺钉，7-a型引伸计箍子，8-b型引伸计箍子，9-顶针，10-压缩弹簧，11-弹簧帽，12-拉环

具体实施方式

如图2所示，孔挤压变形测量系统包括试验件1、引伸计2、两个相同的非对称引伸计刀口3和和两个引伸计固定装置4。由于需要通过测量两个搭接层合板的相对变形以确定孔的挤压变形，而两个搭接层合板的侧面共面而不同轴，因此本发明设计了一种非对称的引伸计刀口。图2为非对称引伸计刀口的三视图，其中正视图上的轴线与引伸计臂的中线重合，当使用该刀口测量机械连接试验孔的变形时，该轴线也与试验件搭接面共面。该非对称引伸计实际上是将对称的引伸计刀口的刀刃沿中线削去一半，然后沿刀脊方向继续打磨掉0.1mm左右后得到的，为了更好地与本发明的引伸计固定装置连接，本发明将非对称引伸计刀口的左右两个挂钩槽设计成多形，这与传统引伸计的圆形挂钩槽也有所不同。

为了能够将引伸计刀口固定在试验件侧面，本发明共包含了两种引伸计固定装置，如图3和图4所示。两种引伸计固定装置的连接原理相同，均是通过一侧的挂钩连接引伸计刀口的挂钩槽而在另一侧顶紧试验件侧面的方式将引伸计刀口固定在试验件的侧面。不同之处在于：引伸计固定装置a是通过螺钉顶紧试验件侧面，而装置b是通过压缩弹簧将一根顶针顶紧在试验件侧面。通常而言，由于机械连接试验用的复合材料多向铺层层合板泊松比非常小，且试验件的净截面应力通常比较低，这就使得试验件沿垂直于受力方向的变形非常小。大多数情况下，采用装置a时，不会随着载荷的增大而使引伸计连接出现松动。极少数情况下，随着载荷的增大，试验件沿垂直于受力方向的变形可能变得不能忽略。这时如果采用装置a，随着试验的进行，引伸计的连接可能出现松动，这种情况下可以改用本发明的装置b，装置b由于内置压缩弹簧，顶针会和试验件的侧面一起运动，保证顶紧力不变，这就使得试验过程中引伸计连接不会出现松动。但装置b结构较复杂，一般情况下采用装置a即可。

本发明提供了测量机械连接试验孔挤压变形的方法和装置。图6给出了使用装置a将引伸计固定在试验件上时的立体分解图，如果第一次使用装置a固定引伸计并测量孔变形，需要按以下的步骤进行：

a)安装非对称引伸计刀口——如图6所示，将非对称引伸计刀口3固定在一个引伸计2上，并使用螺钉5固定，安装时注意非对称引伸计刀口的方向。

b)组装引伸计固定装置——如图6所示，将螺钉6旋进引伸计箍子7即可，同理可组装另一个引伸计估计装置；

c)安装引伸计——按照ASTM D5961的要求，将引伸计的两个刀口顶在正确的位置，将b)条中组装好的两个引伸计固定装置穿过试验件，使固定装置上的钩子与引伸计的挂钩槽相连。慢慢地分步扭紧两个固定装置上的螺钉6，使螺钉6与试验件1侧面顶紧。此时固定装置的钩子将引伸计刀口3紧紧反拉在试验件的另一侧面，引伸计在试验件上完全固定。

d)进行试验，试验结束后松开螺钉6将固定装置从试验件上卸下。

第一个试验结束后，剩余的其他试验则不必重复上面的步骤a)和步骤b)，只需进行步骤c)和步骤d)即可。

图7给出了使用装置b将引伸计固定在试验件上时的立体分解图，如果第一次使用装置b固定引伸计并测量孔变形，需要按以下的步骤进行：

a)安装非对称引伸计刀口3,同前面；

b)组装引伸计固定装置——如图7所示，将顶针9穿进引伸计箍子8的凸台上的螺纹孔，将压缩弹簧10套在顶针9上也穿进该螺纹孔内，将弹簧帽11也旋进该螺纹孔，以使压缩弹簧10限定在螺纹孔内。安装过程中顶针9的上下两端应穿过引伸计箍子和弹簧帽上的小孔，露在外面，最后将拉环12穿过顶针上的小孔，方便使用时拉动顶针。同理可组装另一个引伸计估计装置；

c)安装引伸计——按照ASTM D5961的要求，将引伸计的两个刀口顶在正确的位置，将b)条中组装好的两个引伸计固定装置穿过试验件，使固定装置上的钩子与引伸计的挂钩槽相连。松开拉环，在压缩弹簧的作用下顶针紧紧顶在试验机侧面上，此时固定装置的钩子将引伸计刀口紧紧拉在试验件的另一侧面上，引伸计在试验件上完全固定。

d)进行试验，试验结束后拉动拉环使顶针与试验件分离即可，即可将固定装置从试验件上卸下。

同前面，第一个试验结束后，剩余的其他试验则不必重复上面的步骤a)和步骤b)，只需进行步骤c)和步骤d)即可。

Claims (2)

1.一种用于测量孔挤压变形的装置，其特征在于：所述装置用于测量具有机械连接孔的试验件(1)，包括引伸计(2)、两个非对称引伸计刀口(3)、两个引伸计固定装置(4)；所述引伸计固定装置(4)包括螺钉(6)和带有螺纹孔的a型引伸计箍子(7)，螺钉(6)与a型引伸计箍子(7)通过螺纹连接；a型引伸计箍子套在试验件(1)上，其一端的挂钩与非对称引伸计刀口(3)连接，扭紧螺钉(6)时a型引伸计箍子(7)将所述引伸计(2)的所述两个非对称引伸计刀口(3)固定在试验件(1)的孔的两侧。

2.一种用于测量孔挤压变形的装置，其特征在于：所述装置用于测量具有机械连接孔的试验件(1)，包括引伸计(2)、两个非对称引伸计刀口(3)、两个引伸计固定装置(4)，所述引伸计固定装置(4)包括：带有螺纹孔和腔体的b型引伸计箍子(8)、顶针(9)、压缩弹簧(10)、弹簧帽(11)和拉环(12)；弹簧帽(11)通过螺纹固定在b型引伸计箍子(8)上；顶针(9)穿过压缩弹簧(10)和弹簧帽(11)，拉环(12)穿过顶针(9)上面的孔，从而将顶针(9)、压缩弹簧(10)和弹簧帽(11)连接在一起；b型引伸计箍子套在试验件(1)上，其一端的挂钩与非对称引伸计刀口(3)连接，顶针(9)在压缩弹簧(10)的作用下顶紧试验件(1)，从而使引伸计(2)的所述两个非对称引伸计刀口(3)固定在试验件(1)的孔的两侧。