CN106153448B - 一种板材试样拉伸与压缩循环加载测试用的夹具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料性能测试领域，特别是涉及一种板材试样拉伸与压缩循环加载测试用的夹具，包括夹持板组和两组固定板组；夹持板组包括层叠设置的第一夹持板和第二夹持板，第一夹持板和第二夹持板用于把板材试样的测试部分夹持在其间并施加预设的夹紧力，第一夹持板和第二夹持板通过夹紧机构夹紧；夹持板组的左侧壁和右侧壁上设置有第一梳形齿；每组固定板组包括层叠设置的第一固定板和第二固定板，第一固定板和第二固定板用于把板材试样的其中一个端部夹持在其间；固定板组的侧壁设置有与第一梳形齿匹配的第二梳形齿。本发明的板材试样拉伸与压缩循环加载测试用的夹具能有效防止测试时板材试样各部分的失稳。

Description

一种板材试样拉伸与压缩循环加载测试用的夹具

技术领域

本发明涉及材料性能测试领域，特别是涉及一种板材试样拉伸与压缩循环加载测试用的夹具。

背景技术

压缩或拉伸试验用于对试样在载荷作用下的变形特性进行测量，它是材料机械性能试验的基本方法，用于检验试样材料的性能指标，例如强度指标。传统的板材试样的结构如图1所示，其中间部分为测试部分131，左右两端部133用于被试验机夹持固定，而测试部分和端部之间为过渡部分132。板料在压缩过程中易失稳，尤其是厚度小于1.5mm的试样板在压缩过程中更容易失稳，因为板材试样的端部都被试验机夹持住了，因此失稳主要发生在板材试样的测试部分和过渡部分，如何避免板材试样在压缩测试过程中的失稳一直是难题。传统的压缩实验夹具可以实现小变形量的压缩实验，但在试样大形变量的情况下，尤其是形变量达到10％以上时，仍无法克服试样的失稳问题。循环加载条件下试样既有拉伸过程又有压缩过程，传统的实验夹具无法达到大应变循环加载测试的要求。

在现有技术中，例如CN200520043903这一实用新型就公开了一种“用于极薄试样板带拉伸试验的夹具”，在该实用新型中，公开的用于薄板试样拉伸试验的夹具的技术方案为：包括两个螺栓和螺母，螺栓由螺帽和螺杆组成，第一螺栓的螺杆上旋有两个螺母，第二螺栓的螺杆开有内孔，内孔上开有内螺纹，第二螺杆套旋在第一螺杆上，第二螺杆顶部和旋在第一螺杆上的螺母夹住试样，拉伸机拉杆销子孔套装在第一螺杆和第二螺杆上。该实用新型的夹具通过简单的结构能够消除拉伸销子对试样板试样上销子孔的挤压应力，实现拉伸目的，但是，该发明所涉及夹具不能同时进行拉伸与压缩试样，且无法避免试样在压缩变形时失稳。

发明内容

本发明针对现有夹具的不足，提供一种板材试样拉伸与压缩循环加载测试用的夹具，该夹具适用于板材试样的拉伸与压缩循环加载测试，在测试过程中，该夹具能够有效防止板材试样的压缩失稳。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种板材试样拉伸与压缩循环加载测试用的夹具，包括夹持板组和两组固定板组；夹持板组包括层叠设置的第一夹持板和第二夹持板，第一夹持板和第二夹持板用于把板材试样的测试部分夹持在其间并施加预设的夹紧力，第一夹持板和第二夹持板通过夹紧机构夹紧；夹持板组的左侧壁和右侧壁上设置有第一梳形齿；每组固定板组包括层叠设置的第一固定板和第二固定板，第一固定板和第二固定板用于把板材试样的其中一个端部夹持在其间；固定板组的侧壁设置有与第一梳形齿匹配的第二梳形齿；测试前，板材试样被夹持在夹持板组之间，两组固定板组分别固定板材试样的两个端部并位于夹持板组的左右两侧，试验机带动两组固定板组运动；在对板材试样进行拉伸与压缩时，第一梳形齿和第二梳形齿彼此啮合并能相对滑动。

其中，测试开始前，在拉伸与压缩板材试样的方向上，两组固定板组的侧壁分别与夹持板组的侧壁隔开一定距离，使得在板材试样被压缩时，固定板组不会与夹持板组发生干涉。

其中，测试过程中，板材试样被压缩到极限时，两组固定板组的侧壁仍分别与夹持板组的侧壁隔开一定距离。

其中，测试过程中，板材试样被拉伸到极限时，第一梳形齿和第二梳形齿仍彼此啮合且不脱离。

其中，夹紧机构为夹紧螺栓，夹紧螺栓贯穿第一夹持板和第二夹持板的厚度方向以夹紧第一夹持板、板材试样和第二夹持板，并施加夹紧力。

其中，设置有多个夹紧螺栓，以夹持板组在宽度方向上的中线为对称线，多个夹紧螺栓对称地分布于对称线的两侧，其中一侧的夹紧螺栓与另一侧的夹紧螺栓之间的最短距离大于所述板材试样的测试部分的宽度。

其中，第一夹持板和/或第二夹持板设置有测量孔，用于测量板材试样的应变量，测试孔从第一夹持板和/或第二夹持板的外表面通向板材试样的表面。

其中，在第一夹持板和/或第二夹持板与板材试样接触的表面上设置有润滑层。

其中，板材试样的端部开有多个销孔，第一固定板和第二固定板也开有多个销孔，第一固定板和第二固定板上的多个销孔在形状、大小和位置分布上均与板材试样上的多个销孔相匹配；设置有销钉穿过第一固定板、第二固定板和板材试样的销孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的板材试样拉伸与压缩循环加载测试用的夹具，设置有用于夹持板材试样的夹持板组和固定板组，测试时，夹持板组和固定板组夹持板材试样的测试部分和端部，固定板组被试验机夹紧并带动，实现板材试样的拉伸或压缩，由于板材试样的测试部分和端部均被夹紧，因此该测试部分和端部不会发生失稳。

而对于板材试样的过渡部分，通过设置在夹持板组和固定板组上的第一梳形齿和第二梳形齿，能有效避免过渡部分的失稳发生。因为在压缩过程中，第一梳形齿和第二梳形齿能够时刻覆盖住过渡部分，对板材试样起到约束保护作用，通过预设足够大的夹紧力可有效避免过渡部分压缩失稳而弯折。

综上，本发明的板材试样拉伸与压缩循环加载测试用的夹具能有效防止测试时板材试样各部分的失稳。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1为板材试样的结构示意图。

图2为本发明的夹具的整体结构示意图。

图3为夹持板的结构示意图。

图4为固定板的结构示意图。

图5为板材试样拉伸应变为10％时夹具的部件关系示意图。

图6为板材试样压缩应变为10％时夹具的部件关系示意图。

图7为循环加载测试结果曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明中对板材试样的三维方向、夹具的三维方向以及测试时加载的方向进行了定义，具体为，板材试样分为长度方向、宽度方向和厚度方向；相应，在夹持板组中，其厚度方向即为板材试样的厚度方向，夹持板组的长度方向即为板材试样的长度方向；测试时，试验机是在板材试样的长度方向上拉伸或压缩板材试样。应当说明的是，上述的方向说明仅为了能方便地理解本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。另外在下述实施例中，给出了各部件的尺寸，该尺寸仅为了能更好地理解本发明的部件之间的大小、尺寸和配合关系，并不构成对本发明的保护范围的限定。

本发明提供了一种板材试样拉伸与压缩循环加载测试用的夹具，用于板材试样拉压循环加载测试，如图2所示，该夹具包括夹持板组和2组固定板组，其中夹持板组包括2块夹持板1、2，每组固定板组包括2块固定板，2组固定板组共包括4块固定板3-6，板材试样7被固定、夹持在固定板和夹持板之间。在夹持板的两端分别设置有固定板，夹持板和固定板的侧壁分别带有第一梳形齿11、第二梳形齿12，固定板的第二梳形齿和夹持板的第一梳形齿相互啮合且滑动地连接。夹持板用于夹持试样板的测试部分，固定板用于固定试样板的端部。在本实施例中，分别示出了上下两块夹持板和位于两块夹持板两端的四块固定板。通过上述的夹持板组和固定板组，测试时，夹持板组和固定板组分别夹紧、固定板材试样的测试部分和端部，固定板组被试验机带动，实现拉伸或压缩测试，由于板材试样的测试部分和两个端部均被夹紧，因此板材试样的测试部分和端部不会发生失稳。通过设置上述的梳形齿结构，在测试的过程中，通过预设足够大的夹紧力，能有效避免板材试样的过渡部分失稳的情况发生，如果过渡区没有设置梳形齿这种刚性约束的话，过渡部分处于自由压缩状态，在压缩时板材就会出现弯曲失稳，因而无法进行拉伸压缩循环测试，实验失败。当然，上述采用梳形齿的结构只是一种优选的实施方式，为达到上述的目的，可以不采用梳形齿形状的，可以采用锥形、三角形、梯形或者波浪形等凹凸形状也可。而且，对于技术人员来说，只要在测试过程中，夹持板组上的凹凸结构与固定板组上的凸凹结构在拉伸或压缩板材试样的方向上始终保持啮合状态，板材试样过渡部分始终受到约束，即可有效防止板材的过渡部分发生失稳，即可达到本发明的发明目的，上述的改进方案也应该落入本发明的保护范围之内。

如图1-6所示，板材试样7为长条状，总长度为160mm，包括左右两个端部133、位于端部之间的测试部分132、端部与测试部件通过过渡部分132过渡，端部的宽度为29mm，测试部分131的宽度小于端部的宽度，过渡部分为倒圆角结构。4块固定板两两对称的固定在板材试样的两个端部，固定板的宽度与板材试样的宽度相同，固定板的端部与板材试样端部平齐，如图1所示，在板材试样的两端部各开有2个销孔134，例如可以为圆形孔，每个端部的销孔距该端部边缘的距离能够根据所要测试的板材试样的规定进行定制，例如可以为20mm，销孔的直径为4mm，每个端部的两个销孔的孔间距可以为18mm，相应地，在固定板上也分别开设有孔8，例如可以为圆形孔，具有与试样板材上的销孔相同的孔径，且孔间距也为18mm，为了保证销孔和孔8的位置一样，板材试样上的销孔和固定板上的孔8可以同时加工。销孔和孔8之间用圆柱销连接，用来定位板材试样和固定板的相对位置，起到固定、定位的效果，为防止固定板和试样之间发生转动，销孔和孔8的个数为2-4个，优选为2个；销孔少于2个不能防止固定板与试样之间转动，转动就会造成固定板的第二梳形齿与夹持板的第一梳形齿之间发生干涉；但同样销孔增多将引起固定板与板材试样之间销轴装配难度增大。可以理解，固定板的宽度也可以与板材试样的宽度不同，例如，固定板的宽度可以略大于板材试样的宽度，二者的端部也可以不平齐，销孔和孔8的孔径、形状或位置等都可以根据实际需要随意选择，只要利于固定板能够牢牢固定板材试样即可。固定板具有一定的厚度，保证固定板的第二梳形齿可以抑制板材试样的过渡部分的失稳。

图3所示为本发明的夹具的夹持板，例如长度为69mm，宽度为44mm，两块夹持板上均开有夹持孔9，夹持孔两两对称的开设在夹持板的长边边缘处。在夹持板上，以夹持板在宽度方向上的中线为对称线，对称地设置有两个以上的夹持孔。在本实施例中，优选采用夹紧螺栓的方式夹紧夹持板，夹持板上设置螺栓孔，每块夹持板的螺栓孔数量为4-10个，优选为8个，螺栓孔的孔径为6mm，通过夹紧螺栓的紧固，使两块夹持板对称地夹持在板材试样的测试部分的上下表面上，在板材试样的宽度方向上，两个相对应的夹紧螺栓孔的孔间距为36mm，该宽度大于试样板的宽度29mm，以确保用于紧固夹持板的螺栓不会与板材试样发生干涉，而最为优选的是两个对应的夹紧螺栓孔之间的最近距离，即孔壁与孔壁间的最近距离大于板材试样的宽度，该距离的设计既可防止测试时板材试样在厚度方向上的失稳，又不妨碍压缩过程中板材试样宽度方向增大。夹持板具有一定的刚度，确保能够抑制板材试样在压缩过程中的失稳。

结合图1-6可以看出，固定板的一端和夹持板的两端都开设有梳形齿，夹持板的第一梳形齿11和固定板的第二梳形齿12可以相互插入，通过设置梳形齿可以保证固定板和夹持板在循环加载时可以相互滑动的连接，并保证板材试样的过渡部分不失稳。固定板的第二梳形齿长度小于夹持板的第一梳形齿的长度，例如固定板的第二梳形齿的长度为6.2mm，例如夹持板上的第一梳形齿的长度为8.1mm，这样，在拉伸与压缩过程中固定板和夹持板有交叉覆盖的地方，在压缩过程的初期，板材试样不失稳，在压缩过程的后期，固定板和夹持板不互相撞击。如图5所示，板材试样拉伸应变为10％时，第一梳形齿和第二梳形齿仍有交叉，如图6所示，板材试样压缩应变为10％时，第一梳形齿和第二梳形齿的齿顶与齿底也不会顶撞在一起，不会发生干涉。当然，梳形齿的长度以及长度差取决于测试时的拉伸量和压缩量。

为保证夹持效果，固定板的第二梳形齿和夹持板的第一梳形齿分别为三组以上，只是一方的形状为突出的形状，另一方为凹进去的形状。例如，固定板上的第二梳形齿的凸齿为3条时，夹持板上的第一梳形齿的凹槽就设为3条,凹槽和凸齿的数量可以根据实际需要进行设定，只要能够保证拉伸与压缩循环应变测试时板材试样不失稳即可。

固定板和夹持板的大小根据试样的大小设计，梳形齿的大小根据拉伸压缩量设计，螺栓孔的大小根据夹持板的大小设计，固定板和夹持板的厚度可以为4-6mm。

为了让测试效果更精确，需要减少夹持板与板材试样间的摩擦阻力，可在二者之间放入聚四氟乙烯薄膜，用来减小摩擦。当然，也可以设置其他材质的润滑层或者加入润滑油以减少摩擦阻力。

夹持板上还开有应变量测量孔10，例如该应变量测量孔10可以为圆孔或长圆孔，用于使用非接触引伸计测量板材试样的变形，保证板材试样应变量的准确测量。

实验时，用夹持板组夹持中间的板材试样，用试验机夹头夹持住固定板组，在拉伸过程中，板材试样变长，中间的过渡部分也会变长，但梳形齿不会完全脱离，在拉伸变形量达到最大时，梳形齿任然相互啮合。为了准确测量板材试样的变形仅需测量板材试样中间平行段的一部分，即板材试样标距范围内的变形，使用非接触引伸计追踪标记可以准确测量板材试样标距范围内的变形。在压缩过程中，板材试样变短，梳形齿之间可以相互滑动且不会发生碰撞，夹具在预设的足够大的夹紧力作用下，仍然可以很好的夹持住板材试样。实现了在压缩过程中夹具对试样的保护，使试样各部分在压缩过程中不失稳。

利用本发明的板材试样夹具以及相应的试验机等装置，可以做出压缩应变量达到10％-12％的循环加载测试，即反复的拉伸与压缩实验，或反复的先压缩后拉伸实验。由于夹具结构方面的限制，无法装卡接触式引伸计，因此在夹持板上的长圆孔使用非接触式引伸计准确测量板材试样的变形，进而准确计算出板材试样的应变量。

图7为利用板材试样夹具所获得的拉伸与压缩循环加载测试结果曲线图，即先将试样拉伸至应变为6％，卸载并反向压缩至应变为-6％，而后卸载至应力为零，此为一个拉伸压缩循环过程，即图7中实线所示；然后再正向拉伸至应变为6％，并再次卸载压缩至应变为-6％，而后卸载至应力为零，此为第二个拉伸压缩循环过程，即图7中虚线所示。板材试样的各部分在整个循环加载测试过程中没有发生失稳。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种板材试样拉伸与压缩循环加载测试用的夹具，其特征在于：包括夹持板组和两组固定板组；

所述夹持板组包括层叠设置的第一夹持板和第二夹持板，第一夹持板和第二夹持板用于把所述板材试样的测试部分夹持在其间并施加预设的夹紧力，第一夹持板和第二夹持板通过夹紧机构夹紧；所述夹持板组的左侧壁和右侧壁上设置有第一梳形齿；

所述夹紧机构为夹紧螺栓，所述夹紧螺栓贯穿第一夹持板和第二夹持板的厚度方向以夹紧第一夹持板、板材试样和第二夹持板，并施加夹紧力；

所述夹紧螺栓为8个，以所述夹持板组在宽度方向上的中线为对称线，8个所述夹紧螺栓对称地分布于所述对称线的两侧，其中一侧的所述夹紧螺栓与另一侧的所述夹紧螺栓之间的最短距离大于所述板材试样的测试部分的宽度；

每组所述固定板组包括层叠设置的第一固定板和第二固定板，第一固定板和第二固定板用于把所述板材试样的其中一个端部夹持在其间；板材试样的两端部和固定板上各开有2个销孔，用来定位板材试样和固定板的相对位置，防止固定板和试样之间发生转动；所述固定板组的侧壁设置有与第一梳形齿匹配的第二梳形齿；固定板和夹持板的厚度为4-6mm；为保证夹持效果，固定板的第二梳形齿和夹持板的第一梳形齿分别为三组以上；

所述第一夹持板和/或所述第二夹持板设置有测量孔，所述测量孔从第一夹持板和/或第二夹持板的外表面通向所述板材试样的表面，非接触引伸计通过测量孔测量板材试样的变形；

在所述第一夹持板和/或所述第二夹持板与所述板材试样接触的表面上设置有润滑层，润滑层材质为聚四氟乙烯薄膜；

测试前，所述板材试样被夹持在所述夹持板组之间，所述两组固定板组分别固定所述板材试样的两个端部并位于所述夹持板组的左右两侧，试验机带动所述两组固定板组运动；

在对所述板材试样进行拉伸与压缩时，第一梳形齿和第二梳形齿彼此啮合并能相对滑动。

2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于：测试开始前，在拉伸与压缩所述板材试样的平面方向上，所述两组固定板组的侧壁分别与所述夹持板组的侧壁隔开一定距离，使得在所述板材试样被压缩时，所述固定板组不会与所述夹持板组发生干涉。

3.根据权利要求2所述的夹具，其特征在于：测试过程中，所述板材试样被压缩到极限时，所述两组固定板组的侧壁仍分别与所述夹持板组的侧壁隔开一定距离。

4.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于：测试过程中，所述板材试样被拉伸到极限时，第一梳形齿和第二梳形齿仍彼此啮合且不脱离。

5.根据权利要求1所述的的夹具，其特征在于：所述板材试样的端部开有两个销孔，第一固定板和第二固定板也开有两个销孔，第一固定板和第二固定板上的两个销孔在形状、大小和位置分布上均与所述板材试样上的两个销孔相匹配；设置有销钉穿过第一固定板、第二固定板和所述板材试样的销孔。