CN105865920A - 用于多胞材料的四向等载加力装置 - Google Patents

用于多胞材料的四向等载加力装置 Download PDF

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李心耀
何良莉
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    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces

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Abstract

本发明公开了一种用于多胞材料的四向等载加力装置，包括四根加力杆、施力轴和受力轴，四根所述加力杆首尾相接并构成一个竖直方向上的菱形框体，所述菱形框体的左右两个角位于同一水平线上，所述菱形框体的上下两个角位于同一竖直线上，相邻两根所述加力杆之间铰接，所述施力轴与所述受力轴分别设置在所述菱形框体的上下角。本发明结构简单、可靠，一方面可以克服单轴拉压加载机效率低、试验材料浪费多的问题；另一方面可以解决多轴拉压加载机在多个方向上加载时的不同步和不一致问题。

Description

用于多胞材料的四向等载加力装置
技术领域
本发明涉及多胞材料的力学性能分析领域，具体涉及一种用于多胞材料的四向等载加力装置。
背景技术
多胞材料是一种内部存在微结构和胞元结构的材料。相对实体材料而言，它的质量较轻，并且可以通过塑性变形吸收冲击和振动，为能量吸收过程提供一个较长且不变的应力平台。因此，多胞材料被广泛用作汽车、轨道交通和航空航天等领域中的结构设计、能量吸收和空间填充材料。
由于多胞材料的可压缩性和非均质性，使得获得其力学性能参数的理论分析和试验研究都存在较大困难。工程应用中，通常借助单轴拉压加载机和多轴拉压加载机这两种试验装置对多胞材料进行测试，得到其应力应变关系，以近似获得多胞材料的本构模型。下面以六面体多胞材料为例，分别对单轴拉压加载机和多轴拉压加载机的缺陷进行说明：
1)由于单轴拉压加载机只含有一个轴，一次试验只能在一个方向上施加载荷，因此在进行试验时，单轴拉压加载机一次只能得到多胞材料在一个方向上的应力和应变情况。由于力学性能试验的破坏性，更换测试方向就需要更换试验用的多胞材料，因此采用单轴拉压加载机对多胞材料进行力学性能测试的效率较低，且成本较高。
2)多轴拉压加载机可以同时在多个方向上对多胞材料施加载荷，一次获得多胞材料在多个方向上的应力和变形情况，但是由于多轴拉压加载机的多个轴之间的同步性(同时加载)和一致性(载荷大小相同)很难精确控制，因此各个方向上的应力和应变情况通常存在一定的差异。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于多胞材料的四向等载加力装置。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种用于多胞材料的四向等载加力装置，包括四根加力杆、施力轴和受力轴，四根所述加力杆首尾相接并构成一个竖直方向上的菱形框体，所述菱形框体的左右两个角位于同一水平线上，所述菱形框体的上下两个角位于同一竖直线上，相邻两根所述加力杆之间铰接，所述施力轴与所述受力轴分别设置在所述菱形框体的上下角。
优选地，相邻两根所述加力杆之间通过销轴铰接。
优选地，四根所述加力杆的结构尺寸均一致。
优选地，每根所述加力杆的两端均设置有用于套入所述销轴的条形孔。
优选地，所述施力轴为和所述受力轴均为T型轴，且安装方向相反。
优选地，所述施力轴和所述受力轴结构尺寸一致，且均设置有凹槽，所述施力轴的凹槽竖直朝下且卡在所述菱形框体上角的销轴上，所述受力轴的凹槽竖直朝上且卡在所述菱形框体下角的销轴上。
本发明的有益效果在于：
本发明结构简单、可靠，一方面可以克服单轴拉压加载机效率低、试验材料浪费多的问题；另一方面可以解决多轴拉压加载机在多个方向上加载时的不同步和不一致问题。
附图说明
图1是本发明所述用于多胞材料的四向等载加力装置的结构示意图；
图2是本发明所述加力杆的结构示意图；
图3是本发明以六面体多胞材料为例时的受力分析示意图；
图中：1-施力轴，2、4、6、9-销轴，3、5、8、10-加力杆，7-受力轴，11-条形孔，12-多胞材料。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明包括四根加力杆(标号分别为3、5、8、10)、施力轴1和受力轴7，四根加力杆首尾相接并构成一个竖直方向上的菱形框体，菱形框体的左右两个角位于同一水平线上，菱形框体的上下两个角位于同一竖直线上，相邻两根加力杆之间铰接，施力轴与受力轴分别设置在菱形框体的上下角。
装置中各组成部分呈对称结构布局，各零部件之间借助销轴(标号分别为2、4、6、9)，通过铰接的方式相互联接。相邻两根加力杆之间通过销轴铰接。施力轴和受力轴结构尺寸一致，且均设置有凹槽，施力轴的凹槽竖直朝下且卡在菱形框体上角的销轴上，受力轴的凹槽竖直朝上且卡在菱形框体下角的销轴上。在本实施例中施力轴为和受力轴均为T型轴，且安装方向相反，凹槽设置在竖轴端。
四根加力杆的结构尺寸一致，并且每一根加力杆的两端都开有用于套入销轴的条形孔11，以满足对不同尺寸大小多胞材料进行试验的要求，如图2所示。
如图3所示，四根加力杆所包围的区域，即是放置多胞材料12的区域。采用该装置进行力学性能测试的多胞材料，要求其外形为六面体的形式，以保证试验时多胞材料的任意四个面与加力杆完全接触。
当在施力轴上加载大小为F的力时，力通过施力轴传递到四根加力杆上，并通过四根加力杆分别作用在多胞材料的四个面上。由加力装置的对称性可知，四根加力杆分别作用在多胞材料的四个面上的载荷大小是相等的。加力杆对多胞材料所施加力的大小，可以通过在加力杆与多胞材料接触面上放置的压力传感器测得。
根据试验过程中得到的应力，应变值，可以近似获得多胞材料的本构模型，为多胞材料的工程应用提供力学性能参数。
本发明所述用于多胞材料的四向等载加力装置，为一种四向等载加力装置，通过一根轴的施力，实现在四个方向上对多胞材料的同步和一致加载，同时得到多胞材料在四个方向上的应力和应变情况。采用本专利技术，一方面可以克服单轴拉压加载机效率低、试验材料浪费多的问题；另一方面可以解决多轴拉压加载机在多个方向上加载时的不同步和不一致问题。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于多胞材料的四向等载加力装置，其特征在于：包括四根加力杆、施力轴和受力轴，四根所述加力杆首尾相接并构成一个竖直方向上的菱形框体，所述菱形框体的左右两个角位于同一水平线上，所述菱形框体的上下两个角位于同一竖直线上，相邻两根所述加力杆之间铰接，所述施力轴与所述受力轴分别设置在所述菱形框体的上下角。
2.根据权利要求1所述的用于多胞材料的四向等载加力装置，其特征在于：相邻两根所述加力杆之间通过销轴铰接。
3.根据权利要求2所述的用于多胞材料的四向等载加力装置，其特征在于：四根所述加力杆的结构尺寸均一致。
4.根据权利要求3所述的用于多胞材料的四向等载加力装置，其特征在于：每根所述加力杆的两端均设置有用于套入所述销轴的条形孔。
5.根据权利要求1所述的用于多胞材料的四向等载加力装置，其特征在于：所述施力轴为和所述受力轴均为T型轴，且安装方向相反。
6.根据权利要求2所述的用于多胞材料的四向等载加力装置，其特征在于：所述施力轴和所述受力轴结构尺寸一致，且均设置有凹槽，所述施力轴的凹槽竖直朝下且卡在所述菱形框体上角的销轴上，所述受力轴的凹槽竖直朝上且卡在所述菱形框体下角的销轴上。
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