CN106323741A - 一种铝合金导线单丝轴向应力疲劳试验夹具及其夹持方法 - Google Patents
一种铝合金导线单丝轴向应力疲劳试验夹具及其夹持方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种铝合金导线单丝轴向应力疲劳试验夹具及其夹持方法，属于铝合金导线单丝高周疲劳试验技术领域。所述夹具共两组，每组夹具由两个单片夹具组成，所述单片夹具的厚度为导线单丝直径的2-5倍；每个单片夹具上开设半圆柱形凹槽；夹具的半圆柱凹槽表面和待测试铝合金单丝的夹持端分别进行喷丸处理，夹持时，将导线单丝夹持端插入夹具的半圆柱形凹槽内，然后将两组夹具上下对称的夹入疲劳机，保证铝合金导线单丝的上下部分平行于加载轴方向；设置疲劳试验参数，进行疲劳试验。采用本发明夹具及夹持方法较大程度地提高了铝合金导线单丝疲劳寿命测试精度。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金导线单丝高周疲劳试验技术领域，具体涉及一种铝合金导线单丝轴向应力疲劳试验夹具及其夹持方法。
背景技术
结构材料失效破坏大约有80％是由疲劳引起的，铝合金导线在使用过程中的失效破坏同样如此。近年来，电网大规模使用铝合金节能导线，在铝合金导线服役的过程中，铝合金架空导线受风载影响，发生疲劳断裂失效的案例时常有报道。因此，研究铝合金导线的疲劳寿命成为了当前铝合金导线应用过程中的重中之重。然而，对于铝合金导线单丝高周疲劳试验而言，由于铝合金导线单丝直径一般在4mm以下，所以很难加工成传统的疲劳试样，事实上又无法执行现有的疲劳试验标准，这样导致铝合金导线单丝在疲劳寿命测试过程中，样品的断裂位置经常出现在夹持端。为了测试铝合金导线单丝的疲劳寿命，研究铝合金导线单丝的疲劳开裂机理，就不得不对导线进行机械加工，这样不仅在加工过程中会对铝合金单丝样品组织结构状态产生一定的影响而且可能改变导线材料的表面状态，这导致试验结果无法真实地反应铝合金导线单丝的疲劳寿命。如果不对铝合金导线进行机械加工而直接使用现有的夹具进行夹持试验，夹具又会对导线的夹持部分造成损伤，材料的疲劳寿命对材料缺陷非常敏感，夹持不当会导致疲劳测试结果出现较大误差，无法准确反映出铝合金导线单丝的寿命，导致实验结果的不准确。
发明内容
为了提高铝合金导线单丝疲劳测试结果的准确性，更真实地反映出铝合金导线单丝在预定载荷下的疲劳寿命，本发明提供一种铝合金导线单丝轴向应力疲劳试验夹具及其夹持方法，采用本发明夹具及夹持方法较大程度地提高了铝合金导线单丝疲劳寿命测试精度。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种铝合金导线单丝轴向应力疲劳试验夹具，该夹具共两组，每组夹具由两个单片夹具组成，所述单片夹具为长方体形状，其长宽比例为(1～2)：1，高度(厚度)为待测试铝合金导线单丝直径的2～5倍；每个单片夹具上开设半圆柱形凹槽。
所述夹具的材质与待测试铝合金导线单丝材质相同。
所述半圆柱形凹槽开设在单片夹具上与其高度方向垂直的表面上，半圆柱形凹槽的轴向方向与单片夹具的长度方向一致。
每组夹具的两个单片夹具相配合放置时，中间形成圆柱形空间，圆柱形空间的直径等于待测试铝合金导线单丝直径。
所述单片夹具上，半圆柱形凹槽与单片夹具表面的连接处采用2000#砂纸打磨，不允许出现偏磨。
所述单片夹具的半圆柱形凹槽表面进行喷丸处理，喷丸采用直径为0.3～0.8mm的玻璃丸，喷丸压力为3～5bar，喷丸时间为2～5min。
上述铝合金导线单丝轴向应力疲劳试验夹具的夹持方法包括如下步骤：
(1)将待测试铝合金导线单丝夹持端进行喷丸处理，喷丸处理时，铝合金导线单丝的工作部分包起来，避免喷丸对铝合金导线单丝工作段产生影响；进行喷丸处理时，喷丸采用直径为0.3～0.8mm的玻璃丸，喷丸压力为3～5bar，喷丸时间为2～5min；
(2)将喷丸处理后的铝合金导线单丝的两个夹持端分别插入两组夹具的半圆柱形凹槽内，保证工作段没有受到夹具边缘的挤压损伤；
(3)将两组夹具上下对称的夹入疲劳机，保证铝合金导线单丝的上下部分平行于加载轴方向；
(4)按照试验要求设置疲劳试验参数，进行疲劳试验。
本发明优点如下：
1、本发明设计了铝合金导线单丝疲劳寿命测试夹具，并完善了疲劳试样夹持方法。新的夹具和夹持方法的引入较大程度改善了铝合金丝在夹持端断裂的缺点，对夹持部位的损伤很小，并可以保证大部分测试样品在标距内断裂，这极大地提高了铝合金导线单丝疲劳寿命的测试精度和准确性。
2、采用本发明疲劳试验夹具和夹持方法以后，很好地解决了铝合金导线在试验过程中总在夹持部位断裂的难题，经过实践证明：与未使用该夹具和夹持方法相比，在夹持端疲劳断裂的概率降低了50％，极大地提高了数据的有效性，避免了大量重复实验，减少了重复实验带来的资源浪费问题，并降低了高精度单丝疲劳寿命测试的成本。
3、本发明设计的铝合金导线单丝疲劳寿命测试方法的优点是操作简单，测试精度高，夹具对导线测试影响小等一系列突出优点。
附图说明
图1为本发明夹具中单片夹具结构示意图；图中：(a)主视图；(b)侧视图；(c)俯视图。
图2为采用本发明夹具夹持铝合金导线单丝照片。
具体实施方式
以下结合实施例详述本发明。
本发明铝合金导线单丝轴向应力疲劳试验夹具，该夹具共两组，每组由两个单片夹具组成，夹具的材质与所要测试的铝合金导线单丝材质相同。首先制备两对长方体等厚度的铝合金板，板的厚度(即长方体铝合金板的高度)为待测试铝合金丝直径的2～5倍。在每块长方体铝合金板面积最大的表面中心(即由长方体单片夹具的长和宽所在的表面上)加工凹槽，凹槽为半圆柱形，其直径与铝合金单丝直径相同，这可以保证铝合金导线的同心度，要求每组两个长方体平板单片夹具相配合时，两个半圆柱形凹槽配合形成一个圆柱状空间。
夹持方法：对单片夹具上半圆柱状凹槽与铝合金单丝接触的倒角部分进行打磨处理，减小应力集中，夹持时，尽量减小铝合金单丝的弯曲，即样品夹持部位越直越好。对单片夹具的半圆柱凹槽表面和铝合金单丝的夹持端表面分别进行喷丸处理，通过铝合金导线单丝夹持端的表面强化，提高其抗磨损能力并抑制夹持端处疲劳裂纹的萌生，降低样品夹持端疲劳开裂的概率。
实施例1
对A6铝合金导线单丝进行轴向应力疲劳试验，单丝直径为3mm。
选择A6铝合金制备成试验用夹具，如图1所示，试验夹具共两组，每组由两个单片夹具组成，长方体单片夹具的长35mm，宽25mm，高度(厚度)6mm，为单丝直径的2倍；每个单片夹具上开设半圆柱形凹槽(在单片夹具的长和宽所在表面中心开设，凹槽轴向与单片夹具的长度方向一致)，每组的两个单片夹具相配合放置时(两个半圆柱形凹槽同轴放置)，中间形成圆柱形空间，圆柱形空间的直径为3mm。每个单片夹具的半圆柱形凹槽与凹槽所在夹具表面的连接处采用2000#砂纸打磨，不允许出现偏磨。使用前，对单片夹具的半圆柱形凹槽表面及待测试铝合金导线单丝夹持端表面都进行喷丸处理，喷丸采用直径为0.5mm的玻璃丸，喷丸压力为4bar，喷丸时间为3min。进行喷丸处理时，将铝合金导线单丝的工作段包起来，避免喷丸损伤。
采用上述夹具进行铝合金导线单丝轴向应力疲劳试验，夹持方法如图2所示：
(1)选取进行喷丸处理后的垂直度比较好的A6铝合金导线单丝。
(2)将铝合金单丝的两个夹持端分别插入经过打磨、喷丸处理的夹具凹槽内，保证工作段没有受到夹具边缘的挤压损伤。
(3)将两组夹具上下对称的夹入疲劳机，保证铝合金单丝的上下部分在同一直线上且都平行于加载轴方向。
(4)按照要求设置疲劳试验参数，开始疲劳试验。
采用本实施例夹具和夹持方法后，多次试验后单丝试样未在单丝夹持端疲劳断裂，极大地提高了数据的有效性，避免了大量重复实验，减少了重复实验带来的资源浪费问题，并降低了高精度单丝疲劳寿命测试的成本。
Claims (8)
1.一种铝合金导线单丝轴向应力疲劳试验夹具，其特征在于：该夹具共两组，每组夹具由两个单片夹具组成，所述单片夹具为长方体形状，其长宽比例为(1～2)：1，高度为待测试铝合金导线单丝直径的2～5倍；每个单片夹具上开设半圆柱形凹槽。
2.根据权利要求1所述的铝合金导线单丝轴向应力疲劳试验夹具，其特征在于：所述夹具的材质与待测试铝合金导线单丝材质相同。
3.根据权利要求1所述的铝合金导线单丝轴向应力疲劳试验夹具，其特征在于：所述半圆柱形凹槽开设在单片夹具上与其高度方向垂直的表面上，半圆柱形凹槽的轴向方向与单片夹具的长度方向一致。
4.根据权利要求1或3所述的铝合金导线单丝轴向应力疲劳试验夹具，其特征在于：每组夹具的两个单片夹具相配合放置时，中间形成圆柱形空间，圆柱形空间的直径等于待测试铝合金导线单丝直径。
5.根据权利要求1所述的铝合金导线单丝轴向应力疲劳试验夹具，其特征在于：所述单片夹具上，半圆柱形凹槽与单片夹具表面的连接处采用2000#砂纸打磨。
6.根据权利要求1或5所述的铝合金导线单丝轴向应力疲劳试验夹具，其特征在于：所述单片夹具的半圆柱形凹槽表面及待测试铝合金导线单丝夹持端表面都进行喷丸处理，喷丸采用直径为0.3～0.8mm的玻璃丸，喷丸压力为3～5bar，喷丸时间为2～5min。
7.根据权利要求1所述的铝合金导线单丝轴向应力疲劳试验夹具的夹持方法，其特征在于：该夹持方法包括如下步骤：
(1)将待测试铝合金导线单丝夹持端进行喷丸处理，喷丸处理时，铝合金导线单丝的工作部分包起来；
(2)将喷丸处理后的铝合金导线单丝的两个夹持端分别插入两组夹具的半圆柱形凹槽内；
(3)将两组夹具上下对称的夹入疲劳机，保证铝合金导线单丝的上下部分平行于加载轴方向；
(4)按照试验要求设置疲劳试验参数，进行疲劳试验。
8.根据权利要求7所述的铝合金导线单丝轴向应力疲劳试验夹具的夹持方法，其特征在于：所述待测试铝合金导线单丝夹持端表面进行喷丸处理时，喷丸采用直径为0.3～0.8mm的玻璃丸，喷丸压力为3～5bar，喷丸时间为2～5min。
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