CN107063853B - 一种用于v型缺口梁试样剪切性能试验的卡具 - Google Patents

一种用于v型缺口梁试样剪切性能试验的卡具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及材料剪切性能测试技术领域，尤其涉及一种用于V型缺口梁试样剪切性能试验的卡具，包括，固定部和移动部，所述固定部包括固定底板和固定压板；所述移动部包括移动底板和移动压板，所述移动底板和移动压板均套设在承重柱上，在受力时，所述移动底板和移动压板能够沿所述承重柱的轴向相对所述固定部移动；并且至少所述固定部的固定底板和所述移动部与所述V型缺口梁试样接触的面上设置用于卡固所述V型缺口梁试样的卡槽，使试验时V型缺口梁试样安装简便，同时解决了V型缺口梁试样在试验过程中易产生应力集中的问题，降低了V型缺口梁试样在承受载荷时产生不必要弯矩和摩擦力的几率，提高V型缺口梁试样剪切性能试验的数据精确度。

Description

一种用于V型缺口梁试样剪切性能试验的卡具
技术领域
本发明涉及材料剪切性能测试技术领域，尤其涉及一种用于V型缺口梁试样剪切性能试验的卡具。
背景技术
目前，国内外对于复合材料剪切性能的测试常用的方法为V型缺口梁试样试验方法，并形成了相关标准。如ASTM D5379，其标准中介绍了一种适用于复合材料V型开口梁试验的试验夹具，该夹具能够保证加载方向和V型缺口面的方向一致，能够保证试样只能在载荷方向上移动，限制了弯曲变形的发生，在V型缺口附近产生近似纯剪切应力状态，但该夹具存在以下缺点：
(1)通过两侧连接螺栓的顶块对试样进行夹紧，对顶块的强度要求非常高，同时顶块边角处下压的试样的面积将产生应力集中，试样的边缘将不可避免的被粉碎；
(2)测试薄试样困难，一般通过黏贴加强片方式进行测试，从而导致试样工作量大；
(3)夹具使用不便，使用中需要多次调整，才能够保证载荷方向和V型缺口面一致；
(4)当负载变大时，夹具上会产生不必要的弯曲，导致试样同时受剪切和拉伸载荷的作用；载荷继续增加，则可能导致上夹头和支撑柱之间的摩擦增加，影响实验结果。
针对以上缺点，相关技术人员做出了改进，如专利公开号为CN204165831U，名称为：一种用于测试V型开口梁试样剪切性能试验夹具。该发明包括上夹具及下夹具，所述上夹具及下夹具主体均为长方体，在和V型缺口梁试样接触的表面设计有用于安装V型缺口梁试样的卡槽；上夹具和下夹具在使用时构成反对称结构；所述的上夹具上表面设计有加载凸块，加载凸块用于施加试验载荷，加载凸块的中心线与V型缺口梁试样的V型缺口中心线保持一致，这样能够保证试验时载荷方向与V型缺口面方向一致。该夹具能够保证在复合材料V型缺口梁试样开口附近产生均匀的剪切力学状态。
然而改进后的用于测试V型开口梁试样剪切性能试验夹具依然存在缺陷，如其通过螺栓连接来夹紧固定V型缺口梁试样，不仅需要对多个螺栓进行多次调试才能保证安装的加载凸块的中心线与V型缺口梁试样的V型缺口中心线保持一致，而且该种固定方式致使试样在试验过程中受力达到一定的强度的时候，螺栓固定处容易出现应力集中现象，造成不必要的弯矩和摩擦，导致试样因受力不均出现变形扭曲，产生耦合效应，影响最终的试验测定结果。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：提供一种能够卡合固定V型缺口梁试样的试验卡具，不但安装方便，而且降低了应力集中产生的可能性，弱化由于试样变形造成的不必要的弯矩和摩擦，保证了V型缺口梁试样在试验加载过程中受力情况的可控性，提高试验结果的精确度。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于测试V型缺口梁试样剪切性能试验的卡具，包括：
固定部，所述固定部包括固定底板和固定压板，所述固定压板和所述固定底板上下间隔设置，并能够通过紧固螺钉调节所述固定压板和所述固定底板的相对位置；
移动部，所述移动部包括移动压板和移动底板，所述移动压板和所述移动底板上下间隔设置，并能够通过紧固螺钉调节所述移动压板和所述移动底板的相对位置，所述移动底板和所述移动压板均套设在承重柱上，所述移动压板上设有受力区，所述受力区的纵向中心线与所述V型缺口梁试样的V型缺口纵向中心线重合，在受力时，所述移动底板和所述移动压板能够沿所述承重柱的轴向相对所述固定部移动；
并且至少在所述固定底板、所述移动底板和所述移动压板与所述V型缺口梁试样接触的面上设置用于卡固所述V型缺口梁试样的卡槽，其中，所述固定底板的卡槽与所述移动底板上的卡槽水平方向上对齐设置，所述移动底板上的卡槽与所述移动压板上的卡槽竖直方向上对齐设置，且在固定所述V型缺口梁试样时，所述固定压板紧贴所述V型缺口梁试样。
优选地，所述固定底板、所述移动底板和所述移动压板上的卡槽均分别设置在一个垫片上，所述垫片可拆卸地固定在所述固定底板、所述移动底板和所述移动压板上。
优选地，所述固定底板、所述移动底板和所述移动压板上均设置有固定槽，所述垫片通过所述固定槽固定在所述固定底板、所述移动底板和所述移动压板上。
优选地，所述固定底板上设对中块，所述移动底板上设有与所述对中块相对应的对中槽。
优选地，所述承重柱上设有直线轴承，至少所述移动压板通过所述直线轴承套设在所述承重柱上。
优选地，所述垫片通过螺钉固定所述固定槽内。
优选地，所述移动压板的固定槽槽底面包括一段倾斜面，所述倾斜面位于所述固定槽靠近所述固定部的一端，且所述倾斜面从远离固定压板的一端到靠近固定压板的一端是逐渐向远离移动压板的固定槽槽口的方向倾斜的。
优选地，所述受力区上设有适配块，所述适配块的中心线与所述V型缺口梁试样的V型缺口的纵向中心线重合。
优选地，所述固定压板上设有卡槽，所述固定压板上的卡槽与所述固定底板上的卡槽上下对齐设置，且与所述移动压板上的卡槽对齐设置。
优选地，所述固定底板呈L型，所述承重柱的一端抵在所述固定挡板上，且所述移动底板在所述承重柱的轴向上与所述固定底板间隔设置。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的安装简便，解决了常规卡具对中调整繁复的问题，同时解决了顶块设置以及螺栓加固容易产生应力集中的问题，避免了试验过程中卡具因承受过大载荷而损坏的情况，降低了V型缺口梁试样在承受载荷时产生不必要弯矩和摩擦力的几率，结合本发明中固定部和移动部的相对设置，保证了V型缺口梁试样在载荷加载过程中受单一的剪切力的作用，提高了V型缺口梁试样在试验加载过程中的受力情况的可控性，提升了V型缺口梁试样剪切试验结果的精确度。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的结构整体拆解示意图；
图3是本发明实施例的固定底板结构示意图；
图4是本发明实施例的固定压板结构示意图；
图5是本发明实施例的移动压板结构示意图；
图6是本发明实施例的移动底板结构示意图；
图7是本发明实施例的垫片结构示意图。
图中：1：固定部；101：固定底板；102：固定压板；103：对中块；2：移动部；201：移动底板；202：移动压板；203：对中槽；3：承重柱；301：承重柱孔；4：卡槽；5：垫片；6：固定槽；601：倾斜面；7：直线轴承；701：轴承孔；8：适配块；9：V型缺口梁试样；10：紧固螺钉；11：紧固螺钉孔；12：垫片固定孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“横向”、“竖向”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例一
如图1和图2所示，本实施例提供的用于V型缺口梁试样剪切性能试验的卡具包括固定部1和移动部2，其中，固定部1包括上下间隔设置的固定压板102和固定底板101，且固定压板102和固定底板101通过紧固螺钉10固定两者的相对位置。
移动部2包括上下间隔设置的移动压板202和移动底板201，移动压板202和移动底板201通过紧固螺钉10固定相对位置。
固定底板101和固定压板102、移动底板201和移动压板202上均设有用于穿设紧固螺钉10的紧固螺钉孔11，在实施例中紧固螺钉孔11为螺纹孔。
另外，至少在固定底板101、移动底板201和移动压板202与V型缺口梁试样9接触的面上设有用于卡固V型缺口梁试样9的卡槽4，且卡槽4与V型缺口梁试样9的厚度相适应，使V型缺口梁试样9在固定后不会产生晃动。
进一步地，固定底板101上的卡槽4与移动底板201上的卡槽4水平方向对齐设置，即固定底板101上的卡槽4与移动底板201上的两个卡槽4宽度和深度均相同，且两者的水平中心线对齐，使V型缺口梁试样9能够水平固定，避免试样变形。移动底板201上的卡槽4与移动压板202上的卡槽4竖直方向对齐设置，即两个卡槽4宽度相同，且两个卡槽4的槽口在竖直方向上对齐，使V型缺口梁试样9能够更好的竖直固定，避免试样变形。
在三个卡槽4固定V型缺口梁试样9的同时，固定压板102的下表面紧贴V型缺口梁试样9，使V型缺口梁试样9四个位置固定并平衡受力。
具体地，如图4所示，可以是固定压板102的下表面(与V型缺口梁试样9接触的面)与移动压板202上的卡槽4的槽底面齐平，也可在固定压板102上开设卡槽4，且保证该卡槽4与移动压板202上的卡槽4水平方向对齐设置，同时与固定底板101上的卡槽4竖直对齐设置。
V型缺口梁试样9一端卡固在固定底板101和固定压板102之间，另一端卡固在移动底板201和移动压板202之间。移动压板202上设有用于承载载荷的受力区，该受力区的纵向中心线与V型缺口梁试样9的V型缺口纵向中心线重合，并且移动压板202和移动底板201均套设在承重柱3上，当试验机对受力区施加载荷时，移动压板202和移动底板201同时沿承重柱3的轴向相对固定部1向下移动，使V型缺口受到剪切载荷。
优选地，承重柱3为两个，且两个承重柱3间隔设置，移动压板202和移动底板201同时套设在两根承重柱3上，减小由于加载造成的不必要的弯矩造成的影响。
在另一个实施例中，受力区上设有适配孔，该适配孔的中心线与受力区的中心线重合，并设置与适配孔相配合的适配块8，在本实施例中，适配块8包括一个圆形的载荷承载面和设置在载荷承载面下侧的与适配孔相配合的柱体。
需要说明的是，在不同的试验机上，载荷承载面可以根据试验机加载部的不同而变换形状，以达到适配的目的。
在本实施例中，为了满足不同厚度的V型缺口梁试样的固定，进一步地，如图2所示，固定底板101、移动底板201和移动压板202上分别设置一个垫片5，卡槽4分别设置在相对应的垫片5上，在固定不同厚度的V型缺口梁试样9时，可以更换不同宽度的卡槽4的垫片5，实现对V型缺口梁试样9的紧固。
为了方便安装固定垫片5，如图2所示，在固定底板101、移动底板201和移动压板202上分别设置用于固定垫片5的固定槽6，垫片5可以做成标准件，即垫片5的整体大小一样，但垫片5的卡槽4可以设置不同宽度，这样固定槽6只设置一个尺寸，即可实现不同宽度卡槽的垫片5的固定，固定时垫片5直接卡固在固定槽6内，从而提高垫片5的更换的便捷性。
当然，也可以如图2、图3、图5、图6和图7所示，在垫片5和固定槽6上设置垫片固定孔12，在实施例中垫片固定孔12为螺纹孔；通过螺钉将垫片5固定在固定槽6内，不但能够防止垫片5移动，还能更好的固定垫片的位置，以更好的保证V型缺口梁试样9的V型缺口的中心线与受力区的中心线重合。
实施例二
实施例二的用于V型缺口梁试样剪切性能试验的卡具与实施例一的基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于，如图2、图5和图6所示，轴承柱3上设有直线轴承7，移动压板202通过直线轴承7套设在承重柱3上，能够减少移动压板202与承重柱3之间的摩擦力。
进一步地，移动底板201也可以通过直线轴承7套设在承重柱3上。
具体地，移动压板202和移动底板201可以共用一个直线轴承7，也可以分别使用一个单独的直线轴承7套设在承重柱3上。
优选地，直线轴承7为适用于高载荷中低速运动的塑料直线轴承。
实施例三
实施例三的用于V型缺口梁试样剪切性能试验的卡具与实施例一的基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于，如图3、图6所示，固定底板101上设有对中块103，移动底板201上设有与对中块103相对应的对中槽203。
具体地，对中块103设置于固定底板101靠近移动底板201的一侧，并向移动底板201方向凸出；对中槽203的尺寸与对中块103的大小相匹配，且对中块103和对中槽203的位置是相对应的，在此相对应是指对中块103和对中槽203相配合时，固定底板101和移动底板201上的卡槽4在水平方向对齐。由此可以看出，对中块103和对中槽203的设置，能够起到辅助了定位，提高了试验卡具的安装便捷性，降低出现水平方向上的卡槽4不对齐的机率，提升了试验结果的精确度。
实施例四
实施例四的用于V型缺口梁试样剪切性能试验的卡具与实施例一的基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于，如图5所示，移动压板202上的固定槽6的槽底面由为水平面和倾斜面601两部分组成；倾斜面601位于靠近固定压板102的一侧，且倾斜面601从远离固定压板102的一端到靠近固定压板102的一端是逐渐向远离移动压板202的固定槽6槽口的方向倾斜的。所述倾斜面601用于防止V型缺口梁试样9变形较大时移动压板202边缘斜压V型缺口梁试样9，产生不必要的弯矩从而影响试验结果的精确度；在移动压板202上的固定槽6的槽底面的一侧设置倾斜面601可进一步的提升试验结果的精确度。倾斜面601的开设不宜过大，满足达到不影响试样变形的程度即可。
实施例五
实施例五的用于V型缺口梁试样剪切性能试验的卡具与实施例一的基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于，如图1、图3所示，固定底板101呈L型，固定底板101的左侧(以图1中所示的方向)为向上的凸起，固定底板101上的卡槽4设置在该凸起上，承重柱3插入到固定底板101右侧的承重柱孔301内固定，此时移动底板201在承重柱3的轴向上与固定底板101间隔设置。
综上所述，本发明安装简便，解决了对中调整繁复的问题，同时解决了顶块设置以及螺栓加固容易产生应力集中的问题，避免了试验过程中卡具因承受过大载荷而损坏的情况，降低了V型缺口梁试样在承受载荷时产生不必要弯矩和摩擦力的几率，结合本发明中固定部和移动部的相对设置，保证了V型缺口梁试样在载荷加载过程中受单一的剪切力的作用，提高了V型缺口梁试样在试验加载过程中的受力情况的可控性，提升了V型缺口梁试样剪切试验结果的精确度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于V型缺口梁试样剪切性能试验的卡具，其特征在于，包括：
固定部(1)，所述固定部(1)包括固定底板(101)和固定压板(102)，所述固定压板(102)和所述固定底板(101)上下间隔设置，并能够通过紧固螺钉(10)调节所述固定压板(102)和所述固定底板(101)的相对位置；
移动部(2)，所述移动部(2)包括移动底板(201)和移动压板(202)，所述移动压板(202)和所述移动底板(201)上下间隔设置，并能够通过紧固螺钉(10)调节所述移动压板(202)和所述移动底板(201)的相对位置，所述移动底板(201)和所述移动压板(202)均套设在承重柱(3)上，所述移动压板(202)上设有受力区，所述受力区的纵向中心线与所述V型缺口梁试样(9)的V型缺口纵向中心线重合，在受力时，所述移动底板(201)和所述移动压板(202)能够沿所述承重柱(3)的轴向相对所述固定部(1)移动；
并且至少在所述固定底板(101)、所述移动底板(201)和所述移动压板(202)与所述V型缺口梁试样(9)接触的面上设置用于卡固所述V型缺口梁试样(9)的卡槽(4)，其中，所述固定底板(101)的卡槽(4)与所述移动底板(201)上的卡槽(4)水平方向上对齐设置，所述移动底板(201)上的卡槽(4)与所述移动压板(202)上的卡槽(4)竖直方向上对齐设置，且在固定所述V型缺口梁试样(9)时，所述固定压板(102)紧贴所述V型缺口梁试样(9)；
所述卡槽(4)与所述V型缺口梁试样(9)的厚度相适应，以使所述V型缺口梁试样(9)在固定后不会产生晃动；
所述固定底板(101)上的卡槽(4)与所述移动底板(201)上的两个卡槽(4)宽度和深度均相同，且两者的水平中心线对齐，以使所述V型缺口梁试样(9)能够水平固定，避免试样变形；
所述移动底板(201)上的卡槽(4)与所述移动压板(202)上的卡槽(4)宽度相同，且两个卡槽(4)的槽口在竖直方向上对齐，以使所述V型缺口梁试样(9)能够更好的竖直固定，避免试样变形；
所述固定底板(101)上设对中块(103)，所述移动底板(201)上设有与所述对中块(103)相对应的对中槽(203)；
所述对中块(103)设置于所述固定底板(101)靠近所述移动底板(201)的一侧，并向所述移动底板(201)方向凸出；所述对中槽(203)的尺寸与所述对中块(103)的大小相匹配，且所述对中块(103)和所述对中槽(203)的位置是相对应的，以使所述对中块(103)和所述对中槽(203)相配合时，所述固定底板(101)和所述移动底板(201)上的卡槽(4)在水平方向对齐。
2.根据权利要求1所述的用于V型缺口梁试样剪切性能试验的卡具，其特征在于：所述固定底板(101)、所述移动底板(201)和所述移动压板(202)上的卡槽(4)均分别设置在一个垫片(5)上，所述垫片(5)可拆卸地固定在所述固定底板(101)、所述移动底板(201)和所述移动压板(202)上。
3.根据权利要求2所述的用于V型缺口梁试样剪切性能试验的卡具，其特征在于：所述固定底板(101)、所述移动底板(201)和所述移动压板(202)上均设置有固定槽(6)，所述垫片(5)通过所述固定槽(6)固定在所述固定底板(101)、所述移动底板(201)和所述移动压板(202)上。
4.根据权利要求1所述的用于V型缺口梁试样剪切性能试验的卡具，其特征在于：所述承重柱(3)上设有直线轴承(7)，至少所述移动压板(202)通过所述直线轴承(7)套设在所述承重柱(3)上。
5.根据权利要求3所述的用于V型缺口梁试样剪切性能试验的卡具，其特征在于：所述垫片(5)通过螺钉固定所述固定槽(6)内。
6.根据权利要求3所述的用于V型缺口梁试样剪切性能试验的卡具，其特征在于：所述移动压板(202)的固定槽(6)槽底面包括一段倾斜面(601)，所述倾斜面(601)位于所述固定槽(6)靠近所述固定部(1)的一端，且所述倾斜面(601)从远离固定压板(102)的一端到靠近固定压板(102)的一端是逐渐向远离移动压板(202)的固定槽(6)槽口的方向倾斜的。
7.根据权利要求1所述的用于V型缺口梁试样剪切性能试验的卡具，其特征在于：所述受力区上设有适配块(8)，所述适配块(8)的纵向中心线与所述V型缺口梁试样(9)的V型缺口的纵向中心线重合。
8.根据权利要求1所述的用于V型缺口梁试样剪切性能试验的卡具，其特征在于：所述固定压板(102)上设有卡槽(4)，所述固定压板(102)上的卡槽(4)与所述固定底板(101)上的卡槽(4)上下对齐设置，且与所述移动压板(202)上的卡槽(4)对齐设置。
9.根据权利要求1所述的用于V型缺口梁试样剪切性能试验的卡具，其特征在于：所述固定底板(101)呈L型，所述承重柱(3)一端抵在所述固定底板(101)上，且所述移动底板(201)在所述承重柱(3)的轴向上与所述固定底板(101)间隔设置。
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