CN106908319B - 一种双向十字拉伸测试装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种双向十字拉伸测试装置，包括，十字底座设置有十字凹槽，梯形块底座沿分槽滑动；梯形块底座上设置挡板，梯形块设置在挡板面向十字底座中心位置的一侧，梯形块底座的一端固定设置夹持部件，拉力传感器设置在梯形块底座与夹持部件之间；下压头设置在十字下压臂的中心位置，梯形块的底边靠在挡板上，梯形块的斜边与十字下压臂的顶端滚轮相抵；十字下压臂上设置直角定位孔，定位销穿过定位孔，其底端与十字凹槽中间直角固定在一起，弹簧套设在定位销上；十字底座内壁设置凹槽，标尺光栅设置在凹槽内，梯形底座上设置与标尺光栅对应的光栅读数头。本发明实施例提供的装置，在水平方向上匀速拉伸试件，提高材料拉伸性能测试的准确性。

Description

一种双向十字拉伸测试装置

技术领域

本申请涉及材料拉伸性能测试装置领域，尤其涉及一种双向十字拉伸测试装置。

背景技术

国内外能够对金属或复合材料进行双向十字拉伸性能测试的装置，主要有液压式和机械式两种。现有液压式测试装置需要额外的闭环控制系统，实现不同拉伸比例，因此，整个机构的结构复杂、价格较高。而机械式双向十字拉伸测试装置因其造价低廉、结构可靠等特点被广泛使用。

现有机械式双向十字拉伸测试装置的顶部设置有顶部装有万向头的十字加荷头，十字加荷头通过四个铰链分别与四根互相对称的斜撑杆的一端铰接，斜撑杆的另一端通过铰链分别与水平方向上的测力传感器铰接。在测力传感器朝内的一端水平设置夹持装置，四个夹持装置水平夹持试件，使试件与斜撑杆之间呈一定的角度。当下压十字加荷头时，斜撑杆向外拉伸测力传感器和夹持装置，使夹持装置对试件施加向外的拉力。随着十字加荷头的下压，斜撑杆与试件之间的夹角减小。由力学原理可知，当两个垂直方向上斜撑杆的长度不同时，斜撑杆与试件之间的夹角不同，从而对试件的拉力不同。也就是说试件在垂直方向上的拉伸比例与两个垂直方向上斜撑杆与试件之间的夹角有关，设置适当的角度就能够实现一定的拉伸比例。

但是，由于两个垂直方向上斜撑杆与试件之间夹角的限制，无法获得较大不同拉伸比例范围内材料的力学性能，因而基于获得的材料拉伸性能测试结果无法构建准确的屈服轨迹。另外，在以恒定的速度下压十字加荷头时，斜撑杆与试件之间的夹角在变小，根据矢量的合成与分解原理，对速度进行分解可知在变形过程中试件在拉伸方向上的拉伸速度是变化的、不稳定的，从而影响试件材料力学性能测试的准确性。

发明内容

本申请提供了一种双向十字拉伸测试装置，以解决现有机械式拉伸装置在做不同拉伸比例的拉伸试验时，拉伸比例受限制、范围小，不能全面测试材料不同拉伸比例(1：1-1：4)下力学性能的问题；以及，在以恒定的速度下压十字加荷头时，在试件十字拉伸方向上的拉伸速度不稳定导致力学性能测试不准确的问题。

本发明实施例提供一种双向十字拉伸测试装置，包括：十字底座、梯形块底座、梯形块、十字下压组件、夹持部件、拉力传感器、弹簧、标尺光栅及光栅读数头，其中：

所述十字底座设置有十字凹槽，所述梯形块底座分别设置在所述十字凹槽的四个分槽内，并沿所述十字凹槽的分槽滑动；

所述梯形块底座上垂直设置有挡板，所述梯形块活动设置在所述挡板的内侧，所述梯形块底座面向所述十字底座中心点的一端固定设置所述夹持部件，所述拉力传感器设置在所述梯形块底座与所述夹持部件之间；

所述十字下压组件包括十字下压臂和下压头，所述下压头设置在所述十字下压臂的中心位置，所述梯形块的底边靠在所述挡板上，所述梯形块的斜边与所述十字下压臂的顶端滚轮相抵；

所述十字底座的内壁平行设置有凹槽，所述标尺光栅设置在所述凹槽内，所述梯形底座上设置与所述标尺光栅对应的光栅读数头；

所述梯形块底边与斜边间的夹角设置为不同的角度。

本发明实施例提供的双向十字拉伸测试装置，利用梯形块斜边与下底边之间角度的不同，实现十字形试件在两个水平垂直方向上不同的拉伸比例的拉伸，同时，梯形块斜边与下底边的角度不受限制，可根据拉伸比例的需求放置对应角度的梯形块，实现拉伸比例范围1:1-1:4的双向拉伸；另外，当匀速下压十字下压组件时，由于梯形块的角度保持不变，根据矢量的合成与分解原理可知在水平方向上的移动速度保持不变，从而对材料力学性能的测试更准确。本发明实施例提供的装置还包括激光加热器和三维数字散斑应变测试装置，通过激光加热器对试件进行加热，可测量试件在不同温度下的拉伸性能，三维数字散斑应变仪可记录整个测试过程中试件应变的发展，为获得精确的材料力学性能提供帮助。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的双向十字拉伸测试装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的双向十字拉伸测试装置剖面图；

图3为本发明实施例提供的双向十字拉伸测试装置俯视图；

图4为本发明实施例提供的另一种双向十字拉伸测试装置结构示意图。

图中，符号表示：1-十字底座，2-梯形块底座，3-梯形块，4-十字下压组件，41-十字下压臂，42-下压头，5-夹持部件，6-定位销，7-挡板，8-拉力传感器，9-弹簧，10-标尺光栅，11-光栅读数头，12-滚动圆柱，13-激光加热器，14-三维数字散斑应变仪，15-反射镜，16-三角形肋板，17-滑动挡板，18-穿孔，19-试件。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本发明实施例提供的双向十字拉伸测试装置可放置在普通压力机的平台上，用于拉伸金属或复合材料等试件，在拉伸过程中对试件的拉伸速度保持恒定，并且通过更换不同角度梯形块，实现对试件不同的拉伸比例的力学性能测试。

参见图1，为本发明实施例提供的双向十字拉伸测试装置的结构示意图，图2，为本发明实施例提供的双向十字拉伸测试装置剖面图。

图1中，双向十字拉伸测试装置包括十字底座1、梯形块底座2、梯形块3、十字下压组件4、夹持部件5、拉力传感器8、弹簧9、标尺光栅10及光栅读数头11。

十字底座1上设置有十字凹槽，使十字底座1形成一个十字框架，在十字凹槽的分槽内分别设置梯形块底座2，梯形块底座2可在分槽内滑动。梯形块底座2由十字底座1的中心位置向外滑动，或由外向十字底座1的中心位置滑动。

梯形块底座2上垂直设置挡板7，并且挡板7的内侧朝向十字底座1的中心，梯形块3放置在挡板7面向十字底座1中心的一侧，其中，梯形块3的下底靠在挡板7上。四个梯形块底座2靠近十字底座1中心位置的一端设置夹持部件5，在夹持部件5与梯形块底座2之间设置拉力传感器8。其中，拉力传感器8通过螺栓连接固定在梯形底座2上，并且与夹持部件5固定连接。

在拉伸过程中，四个夹持部件5分别夹住试件19，参见图2，为本发明实施例提供的双向十字拉伸测试装置剖面图，如图2中所示，夹持部件5夹住试件19，在对十字下压组件4施加向下的压力时，四个梯形块底座2沿着十字凹槽的分槽向外滑动，从而拉伸试件19，此时拉力传感器8测量双向十字拉伸测试装置对试件19的拉力。

为了减小摩擦力，在十字底座1的十字凹槽的四个分槽底面上设置多个滚动圆柱12，多个滚动圆柱12平行设置，从而将梯形块底座2的滑动变为滚动，达到减小摩擦力的目的。另一方面，在拉伸之前，四个梯形块底座2需要移动到靠近十字底座1的中心位置处，因此，在十字底座1的中心位置处设置滑动挡板17，滑动挡板17与滚动圆柱12平行，从而实现在拉伸试验之前夹持试件时，将四个梯形块底座2定位在距离中心位置相同距离的位置。

梯形块3的斜面与斜底面之间的夹角设置为不同的角度，最佳范围为14度-75度，在垂直的两个方向上使用不同角度的梯形块3，可实现不同的拉伸比。并且，当下压的速度相同时，不同角度的梯形块3在水平方向上的速度不同，从而位移不同。当需要对不同的试件19施加不同拉伸比例的拉力时，可更换合适角度的梯形块3，从而实现对不同材料或复合材料的不同拉伸比例。

梯形块3在制作时，可制作多角度的梯形块，不同的角度对应水平方向上的位移不同，在十字底座1的两个方向上放置不同角度的梯形块3，便可实现两个方向上不同的拉伸比例。本申请提供的双向十字拉伸测试装置中，通过放置不同角度的梯形块3，可实现两个方向上0:4、1:4、2:4、3:4、4:4、4:3、4:2、4:1、4:0不同的拉伸比例。

在屈服轨迹的第一象限中，可以获得9个试验点，构建的屈服轨迹比只能实现1:2的拉伸比例的试验装置更加精确，所测得的力学性能也更加准确。在试验过程中，双向十字拉伸测试装置的下压臂在竖直方向上向下移动的速度是恒定的，从而在拉伸的过程速度也是恒定的，与原有的装置对比准确性更高。

如图1所示，十字下压组件4包括十字下压臂41和下压头42，其中，下压头42设置在十字下压臂41的交叉点，也就是十字下压臂41的中心位置，下压头42与十字底座1的中心位置对应，十字下压臂41的四个分支的顶端与梯形块3的斜边滚轮相抵。在十字下压臂41分支的顶端设置轴承，轴承通过轴承固定在十字下压臂41的顶端，四个滚轮与梯形块3的斜边相抵，当向下压下压头42时，四个滚轮沿着梯形块3的斜边下滑，梯形块3受到下压头42的推力，从而推动梯形块底座2向外移动。

在十字下压臂41的十字下压头42旁边对称设置两个直角定位孔，在直角定位孔内穿插入定位销6，定位销6设置为直角结构，与直角定位孔匹配，定位销6穿过直角定位孔后，定位销6的底端固定在十字底座1上十字凹槽中心区域的直角位置，使十字下压臂41下压时，能够沿着直线下压，不会出现偏移。

在定位销6上套设弹簧9，弹簧9用于缓冲十字下压臂41的下压力。弹簧起支撑保护作用，可以防止安装时或者做实验时上部结构突然失去力的作用或者施加力过大导致迅速下降到梯形块以下对装置造成永久性损伤或对操作者造成伤害。

肋板的作用是增加系统刚度，保证挡板7在拉伸过程中不会变形太多甚至造成永久性损伤，因此，在挡板7的外侧设置多个三角形肋板16，三角形肋板16与挡板7垂直，且多个三角形肋板16之间平行。同样的，在下压头42与十字下压臂41上也设置肋板，肋板分别与十字下压臂41和下压头42垂直。

如图2所示，为了方便观察试件19的拉伸情况，在十字底座1的中心位置设置中心凹槽，在中心凹槽内设置反射镜15，其中反射镜15可设置为平面镜，在装置外部设置的三维数字散斑应变测量系统的摄像头可以通过平面镜反射采集试件发生的应变和变形情况。

另外，在十字底座1的内壁上设置凹槽，在凹槽内设置标尺光栅10，同时，在梯形块底座2上与标尺光栅10对应的一面设置光栅读数头11，在梯形块底座2移动过程中，通过标尺光栅10和光栅度数头，测量出试件10在两个垂直方向上的拉伸长度。

参见图3，为本发明实施例提供的双向十字拉伸测试装置俯视图。如图中所示，试件19为十字结构，四个夹持部件5分别夹住试件19的四个分支，向下压下压头42，下压头42向下压十字下压臂41，在十字下压臂41的作用下，梯形块底座2在水平方向上向外滑动，带动夹持部件5向外拉伸试件19。在拉伸时，四个梯形块底座2上放置相同的梯形块3，或者，互相对称的两个梯形块底座2上放置相同的梯形块3，保证对试件19对称方向上的拉伸速度相同。

参见图4，为本发明实施例提供的另一种双向十字拉伸测试装置结构示意图。

如图4所示，在十字底座1上对称设置有穿孔18，穿孔18设置在十字底座1的十字凹槽中心区域的直角处，与定位销6不同位，在穿孔18所对直角上方设置激光加热器13，实现对试件19的加热，另一个穿孔18内设置三维数字散斑应变仪，用于测量试件19的应变及拉伸情况。

在拉伸之前，激光加热器13对试件19进行相应的加热，加热到一定温度后进行拉伸，从而获得材料在不同温度下的双向拉伸性能。拉力传感器8实时测出试件19在四个方向上所受的拉力。三维数字散斑应变仪14测量计算出试件19的应变力以及拉伸极限，根据上述测量数据，研究试件19对应材料的拉伸性能。

由上述描述可知，本发明实施例提供的双向十字拉伸测试装置，将压力机在竖直方向上的压力转化为水平方向上的拉力，竖直方向上的位移转化为水平方向上的位移，从而实现对试件19的拉伸。通过更换梯形块3可改变试件19的拉伸长度以及拉伸比例，同时，在拉伸过程中，由于梯形块的角度保持不变，因此相同的下压速度所对应的拉伸速度也是相同的，保证试件19的匀速拉伸，从而增加对试件19拉伸性能检测的准确性。本发明实施例提供的双向十字拉伸测试装置还包括激光加热器13和三维数字散斑应变仪14，实现对试件19材料不同温度下拉伸性能的检测。

在拉伸开始前，四个梯形块底座2回位到距离十字底座1中心位置相同距离的位置，因此，在开始拉伸前两个方向上对试件的拉伸距离相同。同时，通过更换不同角度的梯形块实现两个方向上不同的拉伸比例，因此，不需要根据不同的拉伸比例制备相应长度的试件，只需要制备同一种尺寸的试件即可，能够节约相当大的成本。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种双向十字拉伸测试装置，其特征在于，包括：十字底座（1）、梯形块底座（2）、梯形块（3）、十字下压组件（4）、夹持部件（5）、拉力传感器（8）、弹簧（9）、标尺光栅（10）及光栅读数头（11），其中：

所述十字底座（1）设置有十字凹槽，所述梯形块底座（2）分别设置在所述十字凹槽的四个分槽内，并沿所述十字凹槽的分槽滑动；

所述梯形块底座（2）上垂直设置有挡板（7），所述梯形块（3）活动设置在所述挡板（7）的内侧，所述梯形块底座（2）面向所述十字底座（1）中心点的一端固定设置所述夹持部件（5），所述拉力传感器（8）设置在所述梯形块底座（2）与所述夹持部件（5）之间；

所述十字下压组件（4）包括十字下压臂（41）和下压头（42），所述下压头（42）设置在所述十字下压臂（41）的中心位置，所述梯形块（3）的下底面靠在所述挡板（7）上，所述梯形块（3）的斜面与所述十字下压臂（41）的顶端滚轮相抵；

所述十字底座（1）的内壁平行设置有凹槽，所述标尺光栅（10）设置在所述凹槽内，所述梯形块底座（2）上设置与所述标尺光栅（10）对应的光栅读数头（11）；

所述梯形块（3）的底边与斜边间的夹角设置为不同的角度。

2.根据权利要求1所述的双向十字拉伸测试装置，其特征在于，所述十字底座（1）的十字凹槽的四个分槽内的底面上平行设置多个滚动圆柱（12）。

3.根据权利要求1所述的双向十字拉伸测试装置，其特征在于，所述十字底座（1）的其中一个直角侧壁上设置穿孔（18），所述穿孔（18）内设置三维数字散斑应变仪（14）；

与所述穿孔（18）对应的直角上方设置激光加热器（13）；

所述激光加热器（13）和三维数字散斑应变仪（14）正对所述十字底座（1）的中心位置。

4.根据权利要求1所述的双向十字拉伸测试装置，其特征在于，所述十字底座（1）内的中心位置设置中心凹槽，所述中心凹槽内设置反射镜（15）。

5.根据权利要求1所述的双向十字拉伸测试装置，其特征在于，所述梯形块底座的挡板（7）的另一侧平行设置多个三角形肋板（16），所述三角形肋板（16）与所述挡板（7）垂直。

6.根据权利要求1所述的双向十字拉伸测试装置，其特征在于，所述梯形块（3）活动放置在所述梯形块底座（2）上。

7.根据权利要求1所述的双向十字拉伸测试装置，其特征在于，所述十字下压臂（41）上对称设置直角定位孔，所述直角定位孔内垂直设置定位销（6），所述定位销（6）的底端与所述十字凹槽中间的直角对应且固定在一起，所述弹簧（9）套设在所述定位销（6）上。

8.根据权利要求2所述的双向十字拉伸测试装置，其特征在于，所述十字底座（1）的十字凹槽的四个分槽内分别设置滑动挡板（17）；

所述滑动挡板（17）设置在所述四个分槽靠近十字底座（1）中心位置处；

所述滑动挡板（17）分别与所述滚动圆柱（12）平行。