CN107255587A - 一种蠕变时效双向拉压试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种蠕变时效双向拉压试验装置，该装置包括同中心轴线设置的上部件、下部件以及设置在上部件和下部件之间的导柱组件；下部件和上部件分别与拉伸机的下连杆和上连杆连接，且上连杆为上部件提供竖直向上的拉力；下部件的上表面设置有放置十字形试件的第二凹槽；第二凹槽的四个自由端的端部分别设置有一个滑动槽，滑动槽内设置有滑块组件；导柱组件包括由上至下串联设置有直导柱和斜导柱，直导柱的上下端部分别与上部件以及斜导柱的上端部固定；斜导柱的下部以及十字形试件的自由端均与滑块组件连接；该装置还设置有用于提供不同温度的温箱。本发明能够在不同温度下进行十字形试件的双向拉伸、双向压缩和一边拉伸一边压缩试验。

Description

一种蠕变时效双向拉压试验装置
技术领域
本发明涉及金属板材蠕变时效性能检测领域，特别的，涉及一种蠕变时效双向拉压试验装置。
背景技术
随着现代航空航天事业的迅猛发展，对飞机性能的要求越来越高，许多主承力构件如飞机的接头、大梁、隔板、翼框等广泛釆用整体化结构设计。蠕变时效成形技术是为制备大型整体壁板类构件而发展起来的一项新技术。
目前，人们仍主要采用单项拉伸试验或双向拉伸试验方法研究铝合金等材料的蠕变时效成形性能，双向拉伸试验主要有两大类:①基于单向拉伸试验进行双向拉伸试验；②采用两个或多个独立的驱动系统完成双向拉伸。
第一类主要包括分多次单向拉伸实现双向拉伸和设计相关机械机构完成双向拉伸试验。
①基于单向拉伸试验进行双向拉伸试验。这种方法虽然可以达到不同的应变状态,但由于这种方法是分多次不同方向拉伸达到的，其应变路径无法控制。
②设计相关机械机构完成双向拉伸试验。这种方法是多数研究人员的选择,但是由于现有的机械采用的都是采用直杆进行试验，而由于多数拉伸机只能提供拉力，因此现有的机械结构只能对试件进行双向拉伸试验，而不能对试件进行双向压缩或者是一边拉伸一边压缩试验。
第二类主要是采用相互独立的驱动系统进行双向拉伸试验，可实现对试件同时进行拉伸和压缩试验，但是装置结构复杂，成本较高，限制了该方法的应用。
但是仅仅采用单向拉伸试验或双向确定板料的成形性能是远远不够的，在一定的温度下，无论是研究板料的成形极限图(FDL)还是分析材料的各向异性，均需要通过开展双向拉伸试验、双向压缩试验和一边拉伸一边压缩试验来准确且有效地研究材料的蠕变时效成形特性。
CN201210194623.8公开了一种测试金属板材性能的双向拉伸试验装置，该试验装置是由上连接结构、下连接结构、比例调节机构、夹具滑块机构和连杆构成，这种结构属于纯机械结构，虽能有效实现双向拉伸试验，且可以按不同比例进行加载，但由于试件在拉伸的过程中所受到的拉伸力的方向不断变化，因此，试样受到的拉力与拉伸机提供的拉力的比值是不断变化的值，试样拉伸的位移和拉伸机的位移的比值也是变化的值；同时由于实验设备控制系统很难保证试件所受的拉力和试件的变形速率为恒值，因此通过该实验装置很难开展具有特殊要求的拉伸实验，比如在一定温度下要求试件具有恒定应变速率的拉伸实验。
因此，需要设计一种结构简单、便于实现试件所受拉压力或变形速率与拉伸机拉力或位移的比值为恒定值且能进行不同比例试验加载，并能用于进行金属板材十字形试件双向拉伸、双向压缩和一边拉伸一边压缩的试验装置。
发明内容
本发明目的在于提供一种蠕变时效双向拉压试验装置，以解决现有技术结构不能对试件进行双向压缩或者是一边拉伸一边压缩试验的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种蠕变时效双向拉压试验装置，所述装置包括上部件、下部件、四个导柱组件、四个滑块组件和温箱，所述上部件和所述下部件由上至下同中心轴线设置，所述下部件的中心部位与拉伸机的下连杆连接，所述上部件的中心部位与拉伸机的上连杆连接且上连杆为所述上部件提供竖直向上的拉力；
所述下部件的上表面设置有用于放置十字形试件的第二凹槽；所述第二凹槽的四个自由端的端部位置分别设置有用于放置所述滑块组件的一个滑动槽，所述滑动槽的延伸方向和与之对应的第二凹槽的延伸方向一致；所述滑块组件设置在所述滑动槽的内部且能沿所述滑动槽的延伸方向进行滑动；
四个所述导柱组件均设置在所述上部件和下部件之间，每个所述导柱组件包括由上至下串联设置的直导柱和斜导柱，四个所述直导柱的上端部分别固定在所述上部件上，所述直导柱的下端部与所述斜导柱的上端部固定连接；所述斜导柱的下部以及所述十字形试件的自由端均与所述滑块组件连接，且所述斜导柱的下部与所述滑块组件的连接处和所述直导柱的上端部与所述上部件的连接处位于同一竖直面内；所述直导柱的中心轴线沿竖直方向，且所述斜导柱的中心轴线与所述直导柱的中心轴线呈105°-175°的夹角；
所述温箱用于在所述试样进行蠕变时效性能检测时提供不同的温度。
特别地，所述滑动槽具体为设置在下部件上且沿上下方向贯穿的第二通槽，所述第二通槽两侧壁上分别对称设置有朝向所述第二通槽的T形凹槽，所述T形凹槽窄的一侧朝向所述第二通槽，宽的一侧远离所述第二通槽，所述T形凹槽纵向方向的长度等于所述第二通槽纵向方向的长度。
特别地，所述滑块组件包括滑块、滚动轴承、连接杆和试件夹具；
所述滑块设置于所述第二通槽内，所述滑块的上表面的两端分别设置有一个与滑块的下表面相通的斜孔，所述斜孔与所述斜导柱下部匹配连接；
所述滚动轴承分别匹配设置于所述第二通槽两侧壁上的T形凹槽内，并能沿所述T形凹槽移动，所述滚动轴承与所述滑块的侧壁通过轴杆连接；
所述连接杆的一端连接所述滑块，另一端连接与十字形试件的自由端端部连接的试件夹具，所述连接杆的中部断开且夹持有压力传感器使得所述压力传感器的受力能反应试件受力的实际情况。
特别地，所述直导柱和所述斜导柱连接处设置有限位块，所述限位块用于防止所述直导柱进入并破坏所述斜孔。
特别地，所述下部件的下方设置有用于与拉伸机的下连杆连接的下连接件，所述上部件的上方设置有用于与拉伸机的上连杆连接的上连接件。
特别地，所述上部件上设有呈十字形设置的四个固定槽，所述固定槽的延伸方向和位置与所述第二通槽的延伸方向和位置一一对应；
每个所述固定槽包括两个平行设置的第一通槽以及位于两个所述第一通槽之间的第一凹槽，所述第一凹槽位于所述上部件的下表面且从下至上设置，所述第一凹槽的长度等于所述第一通槽的长度。
特别地，所述第一凹槽内部设置有能沿所述第一凹槽移动的固定块，所述第一凹槽的宽度和高度分别与所述固定块的宽度和高度对应；所述固定块的下方设置有一块固定板；所述固定槽设置有分别贯穿两个所述第一通槽以及所述固定板的紧固件，所述紧固件的数量不少于四个；所述固定块的下表面与所述直导柱的上端面连接，且所述直导柱贯穿所述固定板，所述固定板、所述紧固件和所述固定块的配合，使得所述直导柱可以固定在所述第一通槽的任何位置。
特别地，所述第二通槽和第一凹槽的端部分别设置有一块挡板，避免所述滑块和所述固定块分别滑出所述第二通槽和第一凹槽的端部。
特别地，所述温箱采用保温棉制备并设置有发热器、温度监控装置、锁紧装置以及橡胶圈；
所述发热器设置在所述温箱的内壁上，所述发热器用于调节控制试验的温度；所述温箱分为两部分，所述锁紧装置用于试验时锁紧所述两部分；所述橡胶圈设置在所述两部分的闭合处，使得所述温箱内部是一个密闭的空间；所述温度监控装置设置在温箱内部，用于实时感控温箱内部的温度，并将感应数据反馈给所述发热器，从而调节发热器的功率。
特别地，所述拉伸机的两侧分别设置有用于支撑所述温箱两部分的支架，所述支架上设置有导轨，所述温箱的两部分能分别在所述导轨上滑动。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
1、由于大部分拉伸机只能提供拉力，而本发明装置中当斜导柱的倾斜方向不同，其通过滑块传递给试件的力可能为压力或拉力，因此本发明装置克服了现有技术中采用直杆时，只能进行双向拉伸试验的缺点，可以仅通过改变斜导柱的倾斜方向就能有效进行十字形试件的双向拉伸、双向压缩和一边拉伸一边压缩试验。
2、由于斜导柱与水平面的夹角一定，只要拉伸机所提供的拉力或拉伸速度不变，斜导柱通过滑块传导给十字形试件的力值或拉伸速度是一定的，因此可以保证试件受到的力或位移与拉伸机的拉力或位移的比值是恒定的，不随试件尺寸的改变而改变。
3、本发明装置中直导柱和斜导柱之间的夹角可以通过需要设定，而由于试件受到的力或变形量与拉伸机的拉力或位移比值是恒定值，因此可以实现设定拉伸机的力值或拉伸速率为定值，对试件进行不同比例的力值或不同比例的应变速率加载试验。
4、本发明试验装置属于纯机械结构，结构简单、易于维护、安装容易、成本较低且试验步骤操作简单。
5、本发明试验装置设置有温箱，在试验的时候可以通过温箱内部的发热器调控试验温度，因此本发明试验装置可以在不同温度下进行试验；且设置有温度监控装置，保证了试验时温度的精确性，应用面广。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是实施例1的整体装配示意图；
图2是实施例1的装置剖视图；
图3是实施例1的上半部分的从下至上的投影图；
图4是实施例1的下半部分的从上至下的投影图；
图5是实施例1的滑块组件的示意图；
图6是实施例1十字形试件进行双向拉伸试验时的部分结构示意图；
图7是实施例2十字形试件进行双向压缩试验时的部分结构示意图；
图8是实施例3十字形试件进行一侧拉伸另一侧压缩试验时的部分结构示意图；
附图标记：
1、上端十字支架，2、下端十字支架，3、导柱组件，4、滑块组件，5、拉伸机，6、十字形试件，7、第二凹槽，8、第二通槽，9、直导柱，10、斜导柱，11、T形凹槽，12、滑块，13、滚动轴承，14、连接杆，15、试件夹具，16、斜孔，17、压力传感器，18、下连杆，19、下连接件，20、上连杆，21、上连接件，22、第一通槽，23、第一凹槽，24、固定块，25、固定板，26、螺栓，27、限位块，28、挡板，29、支架，30、导轨，31、温箱，32、发热器，33、锁紧装置，34、橡胶圈。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
参见图1-图6，一种蠕变时效双向拉压试验装置，包括上端十字支架1、下端十字支架2、四个导柱组件3和四个滑块组件4。
所述上端十字支架和所述下端十字支架由上至下同中心轴线设置，所述下端十字支架的中心部位设置有与拉伸机5的下连杆18连接的下连接件19，所述上端十字支架的中心部位设置有与拉伸机5的上连杆20连接的上连接件21且上连杆为所述上端十字支架提供竖直向上的拉力，所述下连接件和所述上连接件均为杆件结构且分别与所述下连杆和所述上连杆套设连接。
所述下端十字支架的上表面中心部位设置有用于放置十字形试件6的第二凹槽7；所述第二凹槽的四个自由端的端部位置分别设置有一个上下方向贯穿的第二通槽8，所述第二通槽的延伸方向和与之对应的第二凹槽的延伸方向一致，所述第二通槽两侧壁上分别对称设置有朝向所述第二通槽的T形凹槽11，所述T形凹槽窄的一侧朝向所述第二通槽，宽的一侧远离所述第二通槽，所述T形凹槽纵向方向的长度等于所述第二通槽纵向方向的长度。
详见图5，所述滑块组件包括滑块12、滚动轴承13、连接杆14和试件夹具15。
所述滑块设置于所述第二通槽内，所述滑块的上表面的两端分别设置有一个与滑块的下表面相同的斜孔16；所述滚动轴承分别匹配设置于所述第二通槽两侧壁上的T形凹槽内，并能沿所述T形凹槽移动，所述滚动轴承与所述滑块的侧壁通过轴杆连接，所述轴杆与所述滑块连接的端部设置为阶梯状且所述滑块的侧壁匹配地设置有阶梯状的凹槽，使得所述滚动轴承牢牢与所述滑块的侧壁连接；所述轴杆与所述滚动轴承通过螺纹连接，所述滚动轴承背离所述轴杆的一侧还安装有一个用于固定所述滚动轴承的螺母，所述螺母和所述轴杆端部通过螺纹固定；所述连接杆的一端连接所述滑块，另一端连接与十字形试件的自由端端部连接的试件夹具，所述连接杆的中部断开且夹持有检测十字形试件受力情况的压力传感器17，当所述连接杆的中部夹持所述压力传感器时，所述压力传感器只承受来自于所述连接杆两侧传递过来的力，从而使得所述压力传感器能准确测得所述十字形试件的受力情况。
所述上端十字支架的四个臂上设置有四个固定槽，所述固定槽的延伸方向和位置与所述第二通槽的延伸方向和位置一一对应，每个所述固定槽包括两个平行设置的第一通槽22以及位于两个所述第一通槽之间的第一凹槽23，所述第一凹槽位于所述上端十字支架的四个臂的下表面且从下至上设置，所述第一凹槽的长度等于所述第一通槽的长度；所述第一凹槽内部设置有能沿所述第一凹槽移动的固定块24；所述固定块的下方设置有一块固定板25；所述固定槽设置有分别贯穿两个所述第一通槽以及所述固定板的螺栓26，所述螺栓的数量为四个且分设于两个所述第一通槽内。
为了避免所述滑块和所述固定块分别滑出所述第二通槽和第一凹槽的端部，在所述上端十字支架和所述下端十字支架的每个臂的自由端的端部分别还分别设置有一块挡板28。
四个所述导柱组件均设置在所述上端十字支架和所述下端十字支架之间，每个所述导柱组件包括由上至下串联设置的直导柱9和斜导柱10，四个所述直导柱的上端部分别一一对应穿过所述固定板后与所述固定块的下表面连接，所述固定板、所述螺栓和所述固定块的配合，使得所述直导柱可以固定在所述第一通槽的任何位置。
所述直导柱的下端部与所述斜导柱的上端部固定连接；且所述斜导柱的下端部与所述滑块组件的连接处和所述直导柱的上端部与所述上部件的连接处位于同一竖直面内；所述直导柱的中心轴线沿竖直方向，且所述斜导柱的中心轴线与所述直导柱的中心轴线呈105°-175°的夹角；所述斜导柱的下端部与滑块上的所述斜孔匹配连接，所述滑块组件能随所述斜导柱的运动而滑动。控制直导柱和斜导柱之间的夹角就可以实现对试件进行不同比例的力值或应变速率加载试验。为了避免所述直导柱进入且破坏所述斜孔，所述直导柱和所述斜导柱连接处设置有限位块27。
参见图6，本实施例装置主要用于做双向拉伸试验，四个所述斜导柱的上端部均朝所述第二凹槽的自由端的方向倾斜，所述拉伸机的拉力带动上端十字支架往上移动，从而带动直导柱和斜导柱往上移动，但由于所述滑块只能水平方向运动，且斜导柱与滑块的斜孔是匹配连接，因此所述斜导柱的端部推着所述滑块朝背离所述第二凹槽的自由端侧滑动，使得所述滑块带动十字形试件的自由端向外侧拉伸。
为了控制试验时蠕变时效成形的温度，在所述装置的外侧还设置有采用保温棉制备的温箱31，所述温箱的内壁上设置有发热器32，可以调节所述发热器的功率从而控制试验的温度；所述温箱分为能够分开的两部分，当试验时，闭合两部分并通过锁紧装置33锁紧，将所述装置封闭在所述温箱内部，且采用橡胶圈34将两部分的闭合处密封；当试验结束时，分开两部分，取出装置。
所述温箱的内部还设置有温度监控装置，所述温度监控装置用于实时感控温箱内部的温度，并将感应数据反馈给所述发热器，从而调节发热器的功率。此处的温度监控装置可以是温度传感器或者测温仪等装置。
所述拉伸机的两侧分别设置有用于支撑所述温箱两部分的支架29，所述支架上设置有导轨30，所述温箱的两部分能分别在所述导轨上滑动进行开闭动作。
实施例2
详见图7，本实施例装置主要用于做双向压缩试验，此时只要将实施例1中导柱组件沿着直导柱轴线方向旋转180°，使得四个所述斜导柱的上端部均朝背离所述第二凹槽的自由端的方向倾斜，所述拉伸机的拉力带动上端十字支架往上移动，从而带动直导柱和斜导柱往上移动，但由于所述滑块只能水平方向运动，且斜导柱与滑块的斜孔是匹配连接，因此所述斜导柱的端部推着所述滑块朝所述第二凹槽的自由端侧滑动，使得所述滑块推着十字形试件的自由端向内侧压缩。
实施例3
详见图8，本实施例装置主要用于做一边拉伸一边压缩试验，综合实施例1和实施例2的结构，控制其中一组相对的两个斜导柱的上端部朝所述第二凹槽的自由端侧倾斜，另外一组相对的两个斜导柱的上端部朝背离所述第二凹槽的自由端侧倾斜即可实现。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种蠕变时效双向拉压试验装置，其特征在于，所述装置包括上部件、下部件、四个导柱组件(3)、四个滑块组件(4)和温箱(31)，所述上部件和所述下部件由上至下同中心轴线设置，所述下部件的中心部位与拉伸机(5)的下连杆(18)连接，所述上部件的中心部位与拉伸机(5)的上连杆(20)连接且上连杆为所述上部件提供竖直向上的拉力；
所述下部件的上表面设置有用于放置十字形试件(6)的第二凹槽(7)；所述第二凹槽的四个自由端的端部位置分别设置有用于放置所述滑块组件(4)的一个滑动槽，所述滑动槽的延伸方向和与之对应的第二凹槽的延伸方向一致；所述滑块组件(4)能沿所述滑动槽的延伸方向进行滑动；
四个所述导柱组件均设置在所述上部件和下部件之间，每个所述导柱组件包括由上至下串联设置的直导柱(9)和斜导柱(10)，四个所述直导柱的上端部分别固定在所述上部件上，所述直导柱的下端部与所述斜导柱的上端部固定连接；所述斜导柱的下部以及所述十字形试件的自由端均与所述滑块组件连接，且所述斜导柱的下部与所述滑块组件的连接处和所述直导柱的上端部与所述上部件的连接处位于同一竖直面内；所述直导柱(9)的中心轴线沿竖直方向，且所述斜导柱的中心轴线与所述直导柱的中心轴线呈105°-175°的夹角；
所述温箱用于在所述试样进行蠕变时效性能检测时提供不同的温度。
2.根据权利要求1所述的一种蠕变时效双向拉压试验装置，其特征在于，所述滑动槽具体为设置在下部件上且沿上下方向贯穿的第二通槽(8)，所述第二通槽两侧壁上分别对称设置有朝向所述第二通槽的T形凹槽(11)，所述T形凹槽窄的一侧朝向所述第二通槽，宽的一侧远离所述第二通槽，所述T形凹槽纵向方向的长度等于所述第二通槽纵向方向的长度。
3.根据权利要求2所述的一种蠕变时效双向拉压试验装置，其特征在于，所述滑块组件包括滑块(12)、滚动轴承(13)、连接杆(14)和试件夹具(15)；
所述滑块设置于所述第二通槽内，所述滑块的上表面的两端分别设置有一个与滑块的下表面相通的斜孔(16)，所述斜孔与所述斜导柱下部匹配连接；
所述滚动轴承分别匹配设置于所述第二通槽两侧壁上的T形凹槽内，并能沿所述T形凹槽移动，所述滚动轴承与所述滑块的侧壁通过轴杆连接；
所述连接杆的一端连接所述滑块，另一端连接与十字形试件的自由端端部连接的试件夹具，所述连接杆的中部断开且夹持有压力传感器(17)使得所述压力传感器的受力能反应试件受力的实际情况。
4.根据权利要求3所述的一种蠕变时效双向拉压试验装置，其特征在于，所述直导柱和所述斜导柱连接处设置有限位块(27)，所述限位块用于防止所述直导柱进入并破坏所述斜孔。
5.根据权利要求1所述的一种蠕变时效双向拉压试验装置，其特征在于，所述下部件的下方设置有用于与拉伸机的下连杆连接的下连接件(19)，所述上部件的上方设置有用于与拉伸机的上连杆连接的上连接件(21)。
6.根据权利要求1所述的一种蠕变时效双向拉压试验装置，其特征在于，所述上部件上设有呈十字形设置的四个固定槽，所述固定槽的延伸方向和位置与所述第二通槽的延伸方向和位置一一对应；
每个所述固定槽包括两个平行设置的第一通槽(22)以及位于两个所述第一通槽之间的第一凹槽(23)，所述第一凹槽位于所述上部件的下表面且从下至上设置，所述第一凹槽的长度等于所述第一通槽的长度。
7.根据权利要求6所述的一种蠕变时效双向拉压试验装置，其特征在于，所述第一凹槽内部设置有能沿所述第一凹槽移动的固定块(24)，所述第一凹槽的宽度和高度分别与所述固定块的宽度和高度对应；所述固定块的下方设置有一块固定板(25)；所述固定槽设置有分别贯穿两个所述第一通槽以及所述固定板的紧固件(26)，所述紧固件的数量不少于四个；所述固定块的下表面与所述直导柱的上端面连接，且所述直导柱贯穿所述固定板，所述固定板、所述紧固件和所述固定块的配合，使得所述直导柱可以固定在所述第一通槽的任何位置。
8.根据权利要求7所述的一种蠕变时效双向拉压试验装置，其特征在于，所述第二通槽和第一凹槽的端部分别设置有一块挡板(28)，避免所述滑块和所述固定块滑出分别滑出所述第二通槽和第一凹槽的端部。
9.根据权利要求1所述的一种蠕变时效双向拉压试验装置，其特征在于，所述温箱采用保温棉制备并设置有发热器(32)、温度监控装置、锁紧装置(33)以及橡胶圈(34)；
所述发热器设置在所述温箱的内壁上，所述发热器用于调节控制试验的温度；所述温箱分为两部分，所述锁紧装置用于试验时锁紧所述两部分；所述橡胶圈设置在所述两部分的闭合处，使得所述温箱内部是一个密闭的空间；所述温度监控装置设置在温箱内部，用于实时感控温箱内部的温度，并将感应数据反馈给所述发热器，从而调节发热器的功率。
10.根据权利要求9所述的一种蠕变时效双向拉压试验装置，其特征在于，所述拉伸机的两侧分别设置有用于支撑所述温箱两部分的支架(29)，所述支架上设置有导轨(30)，所述温箱的两部分能分别在所述导轨上滑动。
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