CN105738206A - 一种微型二向应力加载装置 - Google Patents

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李晓阳
张伟
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Abstract

一种微型二向应力加载装置，该装置主要包括底座、拉伸夹头、压缩夹头、拉伸加载螺杆组件、压缩加载螺钉、盖板、力传感器等。通过选择不同夹头组合，可实现单向拉伸、单向压缩、双向拉伸、双向压缩、一拉一压五种二向应力加载模式。加载时可通过力传感器控制加载载荷大小，实现不同载荷比例的二向应力加载。通过外接电阻应变仪，可以实现测量区域的应变监测，根据实际研究需要创造二向应力场。该装置体积小，重量轻，便于实现与其他测试设备的结合使用，如纳米压痕仪、显微镜等，为实现在已知二向应力场下进行试样其他性能参数的测量提供了一种选择。

Description

一种微型二向应力加载装置
技术领域
本发明涉及一种微型二向应力加载装置，属于工程结构力学检测技术领域。
背景技术
由于工程结构载荷状态日趋复杂，材料多处于复杂应力状态下，针对复杂应力状态下材料性能的研究提出了需求。对于小试样预设已知二向应力场，并在此二向应力场下进行材料其他性能的测试研究已经引起越来越多的关注。目前商业化的双向应力加载装置较少，公开发表的装置较多是针对大尺寸试件配合材料试验机使用，体积较大；另外就加载模式而言，一般为双向拉伸，或双向压缩，显然无法满足研究需求。
发明内容
本发明针对现有研究需求提供了一种微型二向应力加载装置。装置通过加载螺杆实现二向应力加载；通过力传感器控制加载载荷的大小；通过选择不同的夹头组合可实现单向拉伸、单向压缩、双向拉伸、双向压缩或一拉一压五种不同加载模式。
解决其技术问题采取的技术方案是：
一种微型二向应力加载装置，该装置包括底座(1)、拉伸夹头(2)、压缩夹头(5)、拉伸加载螺杆组件(9)、压缩加载螺钉(8)、盖板(4)、力传感器(7)、侧板(6)；试件(3)的表面分别为加载面、检测面、固定面，试件(3)的固定面设置在底座(1)上的紧固腔内；拉伸加载螺杆组件(9)的一端与拉伸夹头(2)通过螺纹连接，另一端穿过侧板(6)与加载螺母连接后固定；压缩加载螺钉(8)穿过与侧板(6)的螺纹孔与压缩夹头(5)的背面直接接触；拉伸加载螺杆组件(9)与侧板(6)之间以及压缩加载螺钉(8)与侧板(6)之间设有力传感器(7)；通过力传感器(7)控制加载载荷的大小；所述拉伸加载螺杆组件(9)与试件(3)的一侧面相对应，压缩加载螺钉(8)与试件(3)的另一侧面相对应。
所述底座(1)上设有与试件(3)形状对应的工作腔，各工作腔分别与试件(3)的各加载面相对应。
试件(3)的检测面设置在其顶部中心位置处。
盖板(4)安装在底座(1)的顶部。
所述底座(1)的主体采用整体式结构，能够保证较高的刚度，根据试件(3)和夹头尺寸需求直接在底座(1)的基体上加工沉降槽，实现试件(3)和夹头的定位与约束。
所述拉伸夹头(2)和压缩夹头(5)尺寸相同，拉伸夹头(2)上加工螺纹孔，压缩夹头(5)无螺纹孔，拉伸夹头(2)和压缩夹头(5)的上表面与底座(1)的基体上表面平齐。为提高装置的通用性，夹头内部形状根据试件形状加工。
侧板(6)的螺纹孔为加载螺钉和加载螺杆共用，拉伸加载螺杆螺纹公称直径小于压缩加载螺钉小径，保证可穿过侧板上的螺纹孔。
盖板(4)上设有外接电阻应变计的开窗口。
本发明体积小，加载模式多样，可以放置在其他材料性能测试仪器的测量平台上，实现复杂应力加载状态下的其他材料性能测试，如在纳米压痕仪上进行有应力状态的压痕实验研究，配合显微镜进行材料微观性能研究等。
附图说明
图1为本发明装置正等轴测图；
图2为本发明底座轴测图；
图3为本发明夹头轴测图。
图中，1、底座，2、拉伸夹头，3、试件，4、盖板，5、压缩夹头，6、侧板，7、力传感器，8、压缩加载螺钉，9、拉伸加载螺杆组件。
具体实施方式
如图1-图3所示，一种微型二向应力加载装置，底座和两侧板采用螺纹紧固连接。拉伸夹头与压缩夹头外形尺寸相同，使用时可根据加载需求选择不同的夹头组合，可实现单向拉伸、单向压缩、双向拉伸、双向压缩或一拉一压五种不同加载模式，通过传感器控制双向加载载荷大小可实现应力比范围-1～1。操作过程如下：
S1试件安装板状试件定位和固定方式为：一端靠底座上的凹槽定位固定，另一端通过夹头定位固定。拉伸加载时，试件需要将夹头及螺杆拉到最外侧，是与夹头相对的另一端内侧紧靠底座凹槽侧壁；压缩加载时相反，需要将夹头向里推，使试件与夹头相对的另一端外侧紧靠底座凹槽侧壁。双向加载时，需同时调整试件两个方向的位置，使各自满足上述安装条件。
S2加载载荷控制力传感器可直接测量螺钉上的加载载荷，进而控制加载载荷的大小，实现预定应力比。
S3盖板的使用由于加载螺钉中心线不在试件中心对称面内，导致夹头收到弯矩作用，会发成旋转。盖板的作用为制造垂直方向的约束，限制夹头发生旋转，保证试件上收到平行载荷作用，减小试件弯曲变形，在试件厚度方向上制造均匀应力场。
S4中心区域应力场大小的测量试件中心区域的实际应力场数值可以电测法测得。

Claims (6)

1.一种微型二向应力加载装置，其特征在于：该装置包括底座(1)、拉伸夹头(2)、压缩夹头(5)、拉伸加载螺杆组件(9)、压缩加载螺钉(8)、盖板(4)、力传感器(7)、侧板(6)；试件(3)的表面分别为加载面、检测面、固定面，试件(3)的固定面设置在底座(1)上的紧固腔内；拉伸加载螺杆组件(9)的一端与拉伸夹头(2)通过螺纹连接，另一端穿过侧板(6)与加载螺母连接后固定；压缩加载螺钉(8)穿过与侧板(6)的螺纹孔与压缩夹头(5)的背面直接接触；拉伸加载螺杆组件(9)与侧板(6)之间以及压缩加载螺钉(8)与侧板(6)之间设有力传感器(7)；通过力传感器(7)控制加载载荷的大小；所述拉伸加载螺杆组件(9)与试件(3)的一侧面相对应，压缩加载螺钉(8)与试件(3)的另一侧面相对应；
所述底座(1)上设有与试件(3)形状对应的工作腔，各工作腔分别与试件(3)的各加载面相对应；
试件(3)的检测面设置在其顶部中心位置处；
盖板(4)安装在底座(1)的顶部。
2.根据权利要求1所述的一种微型二向应力加载装置，其特征在于：所述底座(1)的主体采用整体式结构，能够保证较高的刚度，根据试件(3)和夹头尺寸需求直接在底座(1)的基体上加工沉降槽，实现试件(3)和夹头的定位与约束。
3.根据权利要求1所述的一种微型二向应力加载装置，其特征在于：所述拉伸夹头(2)和压缩夹头(5)尺寸相同，拉伸夹头(2)上加工螺纹孔，压缩夹头(5)无螺纹孔，拉伸夹头(2)和压缩夹头(5)的上表面与底座(1)的基体上表面平齐；为提高装置的通用性，夹头内部形状能根据试件形状加工。
4.根据权利要求1所述的一种微型二向应力加载装置，其特征在于：侧板(6)的螺纹孔为加载螺钉和加载螺杆共用，拉伸加载螺杆螺纹公称直径小于压缩加载螺钉小径，保证可穿过侧板上的螺纹孔。
5.根据权利要求1所述的一种微型二向应力加载装置，其特征在于：盖板(4)上设有外接电阻应变计的开窗口。
6.根据权利要求1所述的一种微型二向应力加载装置，其特征在于：该装置的实施过程如下，
S1试件安装板状试件定位和固定方式为：一端靠底座上的凹槽定位固定，另一端通过夹头定位固定；拉伸加载时，试件需要将夹头及螺杆拉到最外侧，是与夹头相对的另一端内侧紧靠底座凹槽侧壁；压缩加载时相反，需要将夹头向里推，使试件与夹头相对的另一端外侧紧靠底座凹槽侧壁；双向加载时，需同时调整试件两个方向的位置，使各自满足上述安装条件；
S2加载载荷控制力传感器可直接测量螺钉上的加载载荷，进而控制加载载荷的大小，实现预定应力比；
S3盖板的使用由于加载螺钉中心线不在试件中心对称面内，导致夹头收到弯矩作用，会发成旋转；盖板的作用为制造垂直方向的约束，限制夹头发生旋转，保证试件上收到平行载荷作用，减小试件弯曲变形，在试件厚度方向上制造均匀应力场；
S4中心区域应力场大小的测量试件中心区域的实际应力场数值可以电测法测得。
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