CN105928782B - 一种薄壁结构件原位拉伸夹具 - Google Patents

一种薄壁结构件原位拉伸夹具 Download PDF

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Abstract

一种薄壁结构件原位拉伸夹具，为解决现有技术无法对T型薄壁结构件进行固定，进而无法对T型薄壁结构件横截面进行打磨抛光以观察焊缝内部裂纹扩展的问题。两个片状夹持体对称设置在T型薄壁结构件的两端，每个片状夹持体的里侧沿纵向中心线设有开口，开口的两侧壁对称设有矩形凸缘，开口的宽度为B1，两个矩形凸缘之间的间距为B2，矩形凸缘的长度为A1，矩形凸缘至开口底部的间距为A2，矩形凸缘至开口外部边缘的间距为A3，矩形凸缘的高度h为(B1‑B2)/2，A2＝A3＝A1/4，每个片状夹持体上设有两个圆形通孔，两个圆形通孔相对开口的纵向中心线对称设置。本发明用于薄壁件原位拉伸测试。

Description

一种薄壁结构件原位拉伸夹具
技术领域
本发明涉及一种原位拉伸辅助夹具，特别涉及一种薄壁结构件原位拉伸夹具。
背景技术
原位微纳米力学测试技术是指在微纳米尺度下对试件材料进行力学性能测试过程中，通过电子显微镜、原子力显微镜或光学显微镜等成像仪器对载荷作用下材料发生的微观变形、损伤直至失效破坏的过程进行全程动态监测的一种力学测试技术。扫描电镜下的原位拉伸测试技术作为原位微纳米力学测试的重要手段，是指在对试件材料进行拉伸测试过程中，通过引入光学显微镜、电子显微镜等仪器对拉伸过程中材料组织及结构发生的微观变形、损伤失效的过程进行在线观测的一种技术，能够更深入地揭示各类材料及其制品的微观力学行为、损伤机理及其材料性能与所受载荷间的相关性规律。原位拉伸测试设备与普通拉伸设备相比较结构更为复杂，因此对原位拉伸试件的外形尺寸具有严格的要求。与普通拉伸试件相似，原位拉伸试件同样为哑铃型，但特别的是，在试件两侧加工有通孔用来穿过螺栓进行装卡且对试件厚度有严格要求。
薄壁结构在工业生产中应用广泛，特别是飞机制造业中，组成机身壁板的长桁-蒙皮T型结构即属于典型薄壁结构，传统上采用铆接技术实现长桁和蒙皮的连接。而为了克服铆接存在的机身重量增加和生产效率较低的局限性，德国空中客车有限公司率先开展了双侧激光同步焊接技术的研究来代替传统的铆接技术，以实现机身壁板轻质、高效、低成本的加工制造。目前，这一技术已经成功应用在空客A318、A340、A350、A380等型号客机的机身生产过程中。采用双侧激光同步焊接得到的双侧激光焊缝对机身壁板上长桁-蒙皮T型薄壁结构的连接起到重要作用，为了研究T型薄壁结构件在拉伸载荷过程中双侧激光焊缝内裂纹的启裂位置及扩展路径，需要对长桁-蒙皮T型薄壁结构件进行原位拉伸试验，将双侧激光焊缝横截面做打磨抛光处理并采用扫描电镜观察焊缝横截面上微裂纹的衍变特征。既然需要对“长桁-蒙皮T型薄壁结构件”进行原位拉伸试验，就需要有相应的夹具将其固定，本发明就是为固定“长桁-蒙皮T型薄壁结构件”而设计的专用夹具。
发明内容
本发明为解决现有技术无法对T型薄壁结构件进行固定，也就无法进行原位拉伸试验，进而无法对T型薄壁结构件横截面进行打磨抛光以观察焊缝内部裂纹扩展的问题，提出一种薄壁结构件原位拉伸夹具。
一种薄壁结构件原位拉伸夹具包括两个片状夹持体，两个片状夹持体对称设置在T型薄壁结构件的两端，每个片状夹持体的里侧沿纵向中心线设有开口，开口的两侧壁对称设有矩形凸缘，开口的宽度为B1，两个矩形凸缘之间的间距为B2，矩形凸缘的长度为A1，矩形凸缘至开口底部的间距为A2，矩形凸缘至开口外部边缘的间距为A3，矩形凸缘的高度h为(B1-B2)/2，A2＝A3＝A1/4，每个片状夹持体上设有两个圆形通孔，两个圆形通孔相对开口的纵向中心线对称设置，每个片状夹持体里侧的两端均设有圆弧R1。
本发明与现有方法相比具有以下有益效果：
一、本发明的夹具能够将T型薄壁结构件的两端牢固地夹持，组成完整的原位拉伸测试件，将该拉伸测试件安装在原位拉伸测试设备上进行拉伸载荷试验，从而实现了对T型薄壁结构件横截面进行打磨抛光以观察焊缝内部裂纹扩展，在原位拉伸过程中不会发生夹持松动或者紧固不牢的情况。
二、本发明的夹具装夹试件过程简单高效，无需对T型薄壁结构件采取紧固措施。
三、本发明的夹具适用范围广泛，适用于采用多种接头形式(对接接头、搭接接头、T型接头等)以及多种连接工艺(铆接工艺、激光焊接工艺和搅拌摩擦焊接工艺等)的薄壁结构件的原位拉伸测试。
四、本发明的夹具结构简单，易于加工，制造成本低廉。
附图说明
图1是本发明一种薄壁结构件原位拉伸夹具的整体结构俯视图；
图2是单个片状夹持体1的结构立体图；
图3是T型薄壁结构件2的立体图；
图4是薄壁结构件原位拉伸夹具与T型薄壁结构件2的使用状态图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式包括两个片状夹持体1，两个片状夹持体1对称设置在T型薄壁结构件2的两端，每个片状夹持体1的里侧沿纵向中心线N-N设有开口1-1，开口1-1的两侧壁对称设有矩形凸缘1-2，开口1-1的宽度为B1，两个矩形凸缘1-2之间的间距为B2，矩形凸缘1-2的长度为A1，矩形凸缘1-2至开口1-1底部的间距为A2，矩形凸缘1-2至开口1-1外部边缘的间距为A3，矩形凸缘1-2的高度h为(B1-B2)/2，A2＝A3＝A1/4，每个片状夹持体1上设有两个圆形通孔1-3，两个圆形通孔1-3相对开口1-1的纵向中心线N-N对称设置，圆形通孔1-3用以安装螺栓，每个片状夹持体1里侧的两端均设有圆弧R1，圆弧R1用以减小应力集中。
使用时，薄壁结构件原位拉伸夹具与T型薄壁结构件2配合，T型薄壁结构件2由蒙皮2-1和长桁2-2组成，测试前，对蒙皮2-1的厚度进行切削减薄，蒙皮厚度d等于片状夹持体1厚度D(d＝D)，在蒙皮2-1的两端各加工两个矩形凹槽2-1-1，每个矩形凹槽2-1-1的尺寸由a1、a2、b1、b2共同确定，其中a1＝A1，a2＝A2，b2＝B2，b1＝B1，矩形凹槽2-1的深度t为(b1-b2)/2。
装配过程如下：将T型薄壁结构件加工成特殊设计的T型薄壁结构件2，对蒙皮2-1的上端面进行精密抛光，为随后的原位拉伸观察微观裂纹扩展准备金相表面。将两个片状夹持体1对称装卡在蒙皮2-1的两端，使蒙皮2上的矩形凹槽2-1-1与矩形凸缘1-2精确配合，安装后的薄壁T型结构测试件2与片状夹持体1组合结构的总长L符合标准试件尺寸要求。进行原位拉伸测试前及测试中保持片状夹持体1的上端面与蒙皮2-1的上端面共面。
夹持体1与其装卡的T型薄壁结构件2能够共同利用原位拉伸测试平台夹持端进行紧固，因此，薄壁结构件原位拉伸夹具无需额外设计或添加紧固装置。
具体实施方式二：结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式的片状夹持体1的材料强度和刚度高于所夹持的T型薄壁结构件2的材料强度和刚度。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的片状夹持体1的材质为45#调质钢。T型薄壁结构件2的材料为铝合金、铝锂合金或钛合金。45#调质钢的强度和刚度级别高于铝合金、铝锂合金或钛合金的强度和刚度，防止在原位拉伸测试中发生变形失效。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
本发明所夹持的T型薄壁结构件2采用双侧激光焊接技术进行连接，然而，本领域的技术人员应当可以理解，本发明同样适用于采用铆接工艺、电弧焊接工艺和搅拌摩擦焊接工艺等多种焊接工艺的薄壁结构件。
虽然在上述实施方式中以蒙皮2-1为水平焊接件，长桁3为竖直焊接件的薄壁T型结构为例进行了描述，然而本领域的技术人员应当可以了解，本发明同样适用于对接接头、搭接接头、T型接头等多种接头形式薄壁结构的原位拉伸测试中。

Claims (3)

1.一种薄壁结构件原位拉伸夹具，其特征在于：所述薄壁结构件原位拉伸夹具包括两个片状夹持体(1)，两个片状夹持体(1)对称设置在T型薄壁结构件(2)的两端，每个片状夹持体(1)的里侧沿纵向中心线(N-N)设有开口(1-1)，开口(1-1)的两侧壁对称设有矩形凸缘(1-2)，开口(1-1)的宽度为B1，两个矩形凸缘(1-2)之间的间距为B2，矩形凸缘(1-2)的长度为A1，矩形凸缘(1-2)至开口(1-1)底部的间距为A2，矩形凸缘(1-2)至开口(1-1)外部边缘的间距为A3，矩形凸缘(1-2)的高度h为(B1-B2)/2，A2＝A3＝A1/4，每个片状夹持体(1)上设有两个圆形通孔(1-3)，两个圆形通孔(1-3)相对开口(1-1)的纵向中心线(N-N)对称设置，每个片状夹持体(1)里侧的两端均设有圆弧R1；片状夹持体1的厚度D与薄壁结构件的厚度d相同；所述的薄壁结构件为长桁-蒙皮T型薄壁结构件。
2.根据权利要求1所述的一种薄壁结构件原位拉伸夹具，其特征在于：所述片状夹持体(1)的材料强度和刚度高于所夹持的T型薄壁结构件(2)的材料强度和刚度。
3.根据权利要求1或2所述的一种薄壁结构件原位拉伸夹具，其特征在于：所述片状夹持体(1)的材质为45#调质钢。
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