CN106323751A - 测试含裂纹缺陷材料力学性能的多轴拉压加载系统 - Google Patents

测试含裂纹缺陷材料力学性能的多轴拉压加载系统 Download PDF

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杜时贵
吕原君
夏才初
李博
罗战友
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胡云进
伍法权
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Abstract

一种测试含裂纹缺陷材料力学性能的多轴拉压加载系统，包括框架、垂向加载机构、垂向约束机构、水平向加载机构、液压系统和控制系统，所述垂向加载机构和水平向加载机构中央设有含待测试的裂纹缺陷材料，所述的垂向加载机构和水平向加载机构均包括伺服缸、拉压力传感器和拉压力组件，所述伺服缸活塞杆端部安装拉压力传感器，所述拉压力传感器与拉压力组件连接，所述拉压力组件与所述待测试的裂纹缺陷材料连接。本发明提供一种功能丰富、适应性良好、自动化程度较高的测试含裂纹缺陷材料力学性能的多轴拉压加载系统。

Description

测试含裂纹缺陷材料力学性能的多轴拉压加载系统
技术领域
本发明涉及多轴加载系统，尤其是一种测试含裂纹缺陷材料力学性能的多轴拉压加载系统。
背景技术
目前多轴加载体现在了一些结构完整性评价的标准中，比如双轴加载下的抗断裂性计算方法在R6、SINTAP/FITNET、BS7910等被提到，但是目前涉及针对含裂纹平板在多轴载荷下的试验仪器研究还很少，现有的含裂纹缺陷材料力学性能主要还停留在单轴拉压测试或双轴压剪测试。目前还没有找到关于单轴拉压基础上第二轴上同时进行拉力或压力测试的设备，它可以检测第二轴或第二轴和第三轴对第一轴载荷的影响。据调查，专利号为201410040997.3的双轴多功能加卸载实验系统在刚性约束框内设有两组正交设置的加卸压装置，不能施加拉力荷载；专利号为201420360424.4的一种飞机结构件力学试验夹具，为了解决在现有的单轴试验机上不能实现对飞机壁板类结构进行双轴加载试验的问题而设计，它的液压传力系统包括主活塞缸以及至少两个副活塞缸且它们之间用油管互相连接，因此不能进行比例加载功能。当前最常见的真三轴试验机主要用于土壤、岩石类材料的单轴、双轴和真三轴的压力试验，很少用于拉力试验且加载方式为多级加载方式。
发明内容
为了克服已有含裂纹缺陷材料力学性能测试方式的功能单一、适应性较差、自动化程度较低的不足，本发明提供一种功能丰富、适应性良好、自动化程度较高的测试含裂纹缺陷材料力学性能的多轴拉压加载系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种测试含裂纹缺陷材料力学性能的多轴拉压加载系统，包括框架、垂向加载机构、垂向约束机构、水平向加载机构、液压系统和控制系统，所述垂向加载机构和水平向加载机构中央设有含待测试的裂纹缺陷材料，所述的垂向加载机构和水平向加载机构均包括伺服缸、拉压力传感器和拉压力组件，所述伺服缸活塞杆端部安装拉压力传感器，所述拉压力传感器与拉压力组件连接，所述拉压力组件与所述待测试的裂纹缺陷材料连接。
进一步，所述水平向加载机构设置左右两组并与垂向加载机构组成双轴拉压加载系统。
再进一步，所述水平向加载机构设置左右和前后共四组并与垂向加载机构组成三轴拉压加载系统。
更进一步，所述的拉压力组件分拉力组件和压力组件，垂向加载机构或水平向加载机构需要施加拉力荷载时选用拉力组件，需要施加压力荷载时施加压力组件。
受三轴拉拉状态的水平向加载机构对于窄长面材料的受拉方式与垂向加载机构受拉方式一致，前水平向加载机构和后水平向加载机构采用拉力组件，水平向加载机构对于宽面材料的受拉方式采用螺栓连接方式。
所述拉力组件包括拉力盒、螺栓组和连接盒，所述拉力盒一端与拉压力传感器连接，所述拉力盒的另一端通过螺纹形式与连接盒固定，材料的宽面上设置一排排螺纹孔，连接盒通过螺栓组固定在这些螺纹孔上从而使得连接盒与材料的宽面固定。
所述压力组件与含裂纹缺陷材料的接触面设置滚珠排或滚柱。
所述的框架包括横梁、立柱和平台，所述横梁上安装垂向加载机构，所述横梁两端由立柱支撑，立柱底部固定在平台上。
本发明的技术构思为：含裂纹缺陷材料在垂直于裂纹面端部施加拉或压力荷载时，在平行于裂纹面的两端施加拉力或压力荷载，用于分析平行于裂纹面的荷载对垂直于裂纹面的极限荷载的影响。当含裂纹缺陷的材料需要处于双轴拉拉受力状态时，对预制的材料在上下两侧和左右两侧设置用于施加拉力的圆孔，裂纹缺陷材料安放在框架平台上，垂向加载机构、垂向约束机构和水平向加载机构选用拉力组件并分别与材料施加拉力的圆孔用销等方式进行连接；当含裂纹缺陷的材料需要处于双轴压压受力状态时，垂向加载机构、垂向约束机构和水平向加载机构选用压力组件，压力组件与试样表面接触；当含裂纹缺陷的材料需要处于双轴拉压受力状态，试样受拉的端面与拉力组件连接，试样受压的端面与压力组件接触。随后垂向加载机构和水平向加载机构按设定的最大荷载值进行线性加载，获得不同水平向设置的加载值对垂向加载达到的极限载荷值的影响。当需要三轴拉拉受力状态、三轴拉压受力状态、三轴压压受力状态时，在水平向试样前后位置分别安装水平向加载系统。
本发明具有的有益效果：该裂纹缺陷材料的多轴加载系统具有适应性强，功能多样、自动化程度高等特点，适合含裂纹缺陷材料在多轴载荷下的极限载荷分析，抗断裂性能分析等。
附图说明
图1为含裂纹缺陷的材料需要处于双轴拉拉受力状态的总体结构主视图。
图2为含裂纹缺陷的材料需要处于双轴压压受力状态的总体结构主视图。
图3为含裂纹缺陷的材料需要处于双轴拉拉受力状态的含裂纹缺陷材料主视图。
图4为含裂纹缺陷的材料需要处于双轴拉拉受力状态的垂向加载机构和垂向约束机构的左视图。
图5为含裂纹缺陷的材料宽面受拉状态后水平加载机构左视图。
图6为含裂纹缺陷的材料三轴受理状态时水平加载机构俯视图。
图7为含裂纹缺陷的材料需要处于双轴压压受力状态的受压组件主视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图7，一种测试含裂纹缺陷材料力学性能的多轴拉压加载系统，包括垂向加载机构1、框架2、垂向约束机构4、水平向加载机构5、液压系统和控制系统，垂向加载机构1和水平向加载机构4中央设有含裂纹缺陷材料3。所述的框架2有横梁21、立柱22和平台23组成。横梁21上安装垂向加载机构，横梁21两端由立柱22支撑，立柱22底部固定在平台23上。
受双轴拉拉状态的含裂纹缺陷材料3含有贯穿裂纹、埋藏裂纹或表面裂纹32，材料四周设置凸缘33并设置用于连接拉力组件的销孔31。所述受双轴拉拉状态的垂向加载机构主要由伺服缸11、拉压力传感器12、球关节13、拉力组件14组成。伺服缸11活塞杆端部安装拉压力传感器12，拉压力传感器12与球关节13连接，球关节13与拉力组件14固定，拉力组件14与试样凸缘33处的销孔31通过销轴15连接。所述受双轴拉拉状态的垂向约束机构主要由拉力组件41，长销轴42和约束座43组成。拉力组件14一端与试样凸缘33处的销孔31通过销轴15连接，拉力组件14另一端和约束座43通过长销轴42连接，约束座43在垂向设置一组销孔，在试样垂向尺寸变化用于引起拉力组件14高度变化后的定位。约束座43固定在框架3中的平台23上。
所述的水平向加载机构4可设置左水平向加载机构51和右水平向加载机构52，并与垂向加载机构1组成双轴拉压加载系统；水平向加载机构4可设置左水平向加载机构51、右水平向加载机构52、前水平向加载机构54和后水平向加载机构53，并与垂向加载机构1组成三轴拉压加载系统。各水平向加载机构包含有伺服缸、拉压力传感器、拉压力组件。
所述受三轴拉拉状态的水平向加载机构5，水平向加载机构对于窄长面材料的受拉方式可与垂向加载机构1受拉方式一致，如前水平向加载机构54和后水平向加载机构53采用拉力组件56。水平向加载机构对于宽面材料的受拉方式可以采用螺栓连接方式。该拉力组件包括拉力盒551、螺栓组552和连接盒553。拉力盒551一端与拉压力传感器连接，另一端通过螺纹形式与连接盒553固定，材料的宽面上设置一排排螺纹孔，连接盒553通过螺栓组552固定在这些螺纹孔上从而使得连接盒553与材料的宽面固定。
所述的拉压力组件分拉力组件14和压力组件57。垂向加载机构1或水平向加载机构5需要施加拉力荷载时选用拉力组件14，需要施加压力荷载时施加压力组件57，压力组件57与含裂纹缺陷材料的接触面设置滚珠排或滚柱减少材料变形阻力。压力组件57与垂向加载机构中的球关节13连接，压力组件57也与水平加载机构的拉压力传感器连接。在垂向加载机构选择压力组件时，在平台23上设置一定数量的垫板24满足试样高度要求。

Claims (8)

1.一种测试含裂纹缺陷材料力学性能的多轴拉压加载系统，其特征在于：所述系统包括框架、垂向加载机构、垂向约束机构、水平向加载机构、液压系统和控制系统，所述垂向加载机构和水平向加载机构中央设有含待测试的裂纹缺陷材料，所述的垂向加载机构和水平向加载机构均包括伺服缸、拉压力传感器和拉压力组件，所述伺服缸活塞杆端部安装拉压力传感器，所述拉压力传感器与拉压力组件连接，所述拉压力组件与所述待测试的裂纹缺陷材料连接。
2.如权利要求1所述的测试含裂纹缺陷材料力学性能的多轴拉压加载系统，其特征在于：所述水平向加载机构设置左右两组并与垂向加载机构组成双轴拉压加载系统。
3.如权利要求1所述的测试含裂纹缺陷材料力学性能的多轴拉压加载系统，其特征在于：所述水平向加载机构设置左右和前后共四组并与垂向加载机构组成三轴拉压加载系统。
4.如权利要求3所述的测试含裂纹缺陷材料力学性能的多轴拉压加载系统，其特征在于：所述的拉压力组件分拉力组件和压力组件，垂向加载机构或水平向加载机构需要施加拉力荷载时选用拉力组件，需要施加压力荷载时施加压力组件。
5.如权利要求4所述的测试含裂纹缺陷材料力学性能的多轴拉压加载系统，其特征在于：受三轴拉拉状态的水平向加载机构对于窄长面材料的受拉方式与垂向加载机构受拉方式一致，前水平向加载机构和后水平向加载机构采用拉力组件，水平向加载机构对于宽面材料的受拉方式采用螺栓连接方式。
6.如权利要求5所述的测试含裂纹缺陷材料力学性能的多轴拉压加载系统，其特征在于：所述拉力组件包括拉力盒、螺栓组和连接盒，所述拉力盒一端与拉压力传感器连接，所述拉力盒的另一端通过螺纹形式与连接盒固定，材料的宽面上设置一排排螺纹孔，连接盒通过螺栓组固定在这些螺纹孔上从而使得连接盒与材料的宽面固定。
7.如权利要求4所述的测试含裂纹缺陷材料力学性能的多轴拉压加载系统，其特征在于：所述压力组件与含裂纹缺陷材料的接触面设置滚珠排或滚柱。
8.如权利要求1～7之一所述的测试含裂纹缺陷材料力学性能的多轴拉压加载系统，其特征在于：所述的框架包括横梁、立柱和平台，所述横梁上安装垂向加载机构，所述横梁两端由立柱支撑，立柱底部固定在平台上。
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