CN107677539A - 剪切试验夹具及剪切试验方法 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种剪切试验夹具及剪切试验方法，涉及材料力学测试用设备技术领域，包括：固定座、多个定位轴以及滑动压块，其中固定座包括底座以及固定于底座之上的夹具体，夹具体沿水平方向设有用于容纳试验件第一端的第一腔体，多个定位轴可拆卸的设于底座之上，以及滑动压块可上下移动地套设于多个定位轴上，滑动压块面向夹具体的一侧沿水平方向设有用于容纳试验件第二端的第二腔体，且第二腔体配合第一腔体固定试验件，滑动压块与夹具体之间留有间隙以露出试验件的待考核段。本公开提供的剪切试验夹具帮助提高了针对微晶格等3D打印新型材料的测量精度。

Description

剪切试验夹具及剪切试验方法

技术领域

本公开涉及材料力学测试用设备技术领域，具体而言，涉及一种剪切试验夹具及剪切试验方法。

背景技术

3D打印技术日渐成熟，应用领域越来越广，在3D打印的材料成品中，微晶格材料具有轻量化、能量吸收大、热交换快、热绝缘性好以及生物相容性好等特点；广泛应用于航空航天、医疗、汽车、建筑以及工业设计等领域，例如直升机排气喷嘴冷却结构、赛车散热器、3D打印骨骼等。

随着微晶格材料应用的推广，其性能如结构强度等变成关注的焦点，需要进行大量的试验验证。现有的剪切试验的夹具多是针对传统材料，由于微晶格材料自身属性的原因，如果用传统的剪切夹具就会破坏非考核段的结构，达不到试验要求。因此，有必要研究一种剪切试验夹具及剪切试验方法，从而有效地对微晶格材料进行剪切试验验证。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种剪切试验夹具及剪切试验方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本公开的一个方面，提供一种剪切试验夹具，适用于3D打印微晶格材料，所述剪切试验夹具包括：

固定座，包括底座以及夹具体，所述夹具体固定于所述底座之上，且所述夹具体沿水平方向设有用于容纳试验件第一端的第一腔体；

多个定位轴，可拆卸的设于所述底座之上；

滑动压块，可上下移动地套设于多个所述定位轴上，所述滑动压块面向所述夹具体的一侧沿水平方向设有用于容纳试验件第二端的第二腔体；

其中，所述第二腔体配合所述第一腔体固定所述试验件，所述滑动压块与夹具体之间留有间隙以露出试验件的待考核段。

在本公开的一种示例性实施例中，所述剪切试验夹具还包括：

多个直线轴承，分别套设于多个所述定位轴上，所述直线轴承位于所述滑动压块与所述定位轴之间，与所述滑动压块固定连接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述底座还包括：

条状通孔，设于所述底座上，所述条状通孔的长轴指向所述夹具体，所述条状通孔配合所述定位轴的底部，且所述定位轴可根据滑动压块与夹具体之间的间隙调整在所述条状通孔的长轴方向的位置。

在本公开的一种示例性实施例中，所述定位轴接触所述条状通孔的底部设有台阶以与底座的上表面配合，并通过位于底座底面的螺钉固定于所述条状通孔。

在本公开的一种示例性实施例中，所述夹具体沿水平方向设有长方体形通孔，所述长方体形通孔形成容纳所述试验件第一端的第一腔体；

以及/或者所述滑动压块面向所述夹具体的一侧沿水平方向设有长方体形通孔，所述长方体形通孔形成容纳所述试验件第二端的第二腔体，且所述第二腔体配合第一腔体固定所述试验件。

在本公开的一种示例性实施例中，所述固定座位于所述第一腔体的顶部还设有螺纹孔，所述固定座还包括：

第一螺钉，配合所述螺纹孔并伸入所述第一腔体，所述第一螺钉用于锁紧伸入所述第一腔体的试验件第一端。

在本公开的一种示例性实施例中，所述滑动压块位于所述第二腔体的顶部还设有螺纹孔，所述滑动压块还包括：

第二螺钉，配合所述螺纹孔并伸入所述第二腔体，所述第二螺钉用于锁紧伸入所述第二腔体的试验件第二端。

在本公开的一种示例性实施例中，所述滑动压块还包括：

垫块，叠设于所述滑动压块之上，套设于所述定位轴上。

在本公开的一种示例性实施例中，所述固定座还包括：

固定轴，固定于所述底座之上，所述夹具体套设于所述固定轴上。

根据本公开的一个方面，提供一种基于如上述任意一项所述的剪切试验夹具的剪切试验方法，应用于3D打印微晶格材料，所述剪切试验方法包括：

对试验件两端的非考核段进行固化处理，只保留中部的待考核段不做处理；

将经过固化处理的试验件两端的非考核段完全放入所述第一腔体及第二腔体中，只留有间隙以露出试验件的待考核段；

将所述剪切试验夹具置于试验机中进行剪切试验直至试验件失效或破坏，并收集数据进行分析。

由上述技术方案可知，本公开提供的一种剪切试验夹具及剪切试验方法，其优点和积极效果在于：

本公开提供的一种剪切试验夹具，适用于3D打印微晶格材料，包括：固定座、多个定位轴以及滑动压块，其中固定座包括底座及夹具体，多个定位轴可拆卸的设于底座之上，滑动压块可上下移动的套设于多个定位轴上，其中固定座的夹具体设有第一腔体用于固定试验件一端的非考核段，滑动压块设有第二腔体用于固定试验件另一端的非考核段，且固定座与滑动压块之间留有间隙以露出试验件的待考核段。

一方面，由于微晶格材料自身属性的原因，使用传统的剪切夹具会破坏非考核段的结构，达不到试验要求；因此本发明中针对微晶格等新型材料的特性提供一种剪切试验夹具，将试验件两端的非考核段经过处理后完全放入夹具中的腔体进行固定，可以有效保护非考核段，确保试验过程中，破坏仅发生在考核段，从而达到考核要求，使试验结果更加准确。另一方面，定位轴可拆卸的设于底座之上，可在将试验件放入夹具体及滑动压块后，再将定位轴穿过滑动压块安装至底座，使得安装方便。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本公开示例性实施例一中剪切试验夹具的立体结构示意图；

图2示出本公开示例性实施例一中剪切试验夹具的剖视结构示意图；

图3示出本公开示例性实施例二中剪切试验夹具的立体结构示意图；

图4为图3中所示的剪切试验夹具的拆除垫块及定位轴后的立体结构示意图；

图5为图4中所示的剪切试验夹具的全剖视结构示意图；

图6为图3中所示的剪切试验夹具的拆除垫块及滑动压块后的立体结构示意图；

图7为图3中所示的剪切试验夹具的拆除垫块后的侧视结构示意图；

图8为按照图7中A-A剖切的剖面结构示意图；

图9示出本公开示例性实施例中的3D打印微晶格材料的立体结构示意图；

图10为图9中所示的3D打印微晶格材料的正视结构示意图。

图中主要元件附图标记说明如下：10、固定座；101、夹具体；102、底座；103、条状通孔；104、第一腔体；105、第一螺钉；106、固定轴；20、定位轴；201、定位轴螺钉；30、滑动压块；301、直线轴承；304、第二腔体；305、第二螺钉；306、垫块；50、试验件。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

本说明书中使用用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

图1示出本公开示例性实施例一中剪切试验夹具的立体结构示意图；图2示出本公开示例性实施例一中剪切试验夹具的剖视结构示意图。

本示例实施方式首先提供了一种剪切试验夹具，适用于3D打印微晶格材料，如图1、图2所示，其优点和积极效果在于：

本公开提供的一种剪切试验夹具，包括：固定座10、多个定位轴20以及滑动压块30，其中固定座10包括夹具体101及底座102，多个定位轴20可拆卸的设于底座102之上，滑动压块30可上下移动的套设于多个定位轴20上，其中固定座10的夹具体101设有第一腔体104用于固定试验件50一端的非考核段，滑动压块30设有第二腔体304用于固定试验件50另一端的非考核段，且固定座10与滑动压块30之间留有间隙以露出试验件50的待考核段。

一方面，由于微晶格材料自身属性的原因，使用传统的剪切夹具会破坏非考核段的结构，达不到试验要求；因此本发明中针对微晶格等新型材料的特性提供一种剪切试验夹具，将试验件两端的非考核段经过处理后完全放入夹具中的腔体进行固定，可以有效保护非考核段，确保试验过程中，破坏仅发生在考核段，从而达到考核要求，使试验结果更加准确。

另一方面，定位轴可拆卸的设于底座之上，可在将试验件放入夹具体及滑动压块后，再将定位轴穿过滑动压块安装至底座，使得安装方便。

下面，将对本示例实施方式中的一种剪切试验夹具进行进一步的阐述。

图9示出本公开示例性实施例中的3D打印微晶格材料的立体结构示意图；图10为图9中所示的3D打印微晶格材料的侧视结构示意图。

在本示例实施例中，如图9、图10所示的3D打印微晶格材料的试验件50，由于3D打印微晶格材料自身属性的原因，使用传统的剪切夹具会破坏非考核段的结构，达不到试验要求。因此本发明中针对微晶格等新型材料的特性提供一种剪切试验夹具，需要将试验件50两端的非考核段经过固化处理后完全放入夹具中的腔体进行固定，如图1～图8所示的实施例一或实施例二的剪切试验夹具，经过固化处理的试验件50的两端非考核段需要完全放置在夹具体101的第一腔体104以及滑动压块30的第二腔体304中，只在夹具体101与滑动压块30之间保留一段缝隙以露出试验件50的待考核段；如此可以有效保护非考核段，确保在试验过程中，破坏仅发生在考核段，从而达到考核要求，使试验结果更加准确。

进一步的，为了实现滑动压块30平稳的上下移动并且保持水平方向的位置不变，可以在底座102上设置多个定位轴20，在本实施例中，定位轴20的数量为可以为两个，在其他的实施例中，定位轴的数量也可以为三个、四个或更多个，本公开在此不做特殊限定。

图3示出本公开示例性实施例二中剪切试验夹具的立体结构示意图；图4为图3中所示的剪切试验夹具的拆除垫块及定位轴后的立体结构示意图；图5为图4中所示的剪切试验夹具的全剖视结构示意图；图6为图3中所示的剪切试验夹具的拆除垫块及滑动压块后的立体结构示意图；图7为图3中所示的剪切试验夹具的拆除垫块后的侧视结构示意图；图8为按照图7中A-A剖切的剖面结构示意图。

在本示例实施例中，为了在将剪切试验夹具置于试验机后可通过位移控制，实现压头对滑动压块的压缩加载，进而使套设于定位轴20的滑动压块30可以实现比较顺畅的上下移动的功能，本公开还可以提供多个直线轴承301，如图6、图8所示，直线轴承301可以分别套设于多个定位轴20上，并位于滑动压块30与定位轴20之间，直线轴承301可以与滑动压块30固定连接，其中直线轴承301的外壁与滑动压块30的内孔可以通过过盈连接；在其他的实施方式中，滑动压块30与定位轴20之间也可以采用导槽连接，凡是能使套设于定位轴20的滑动压块30实现比较顺畅的上下移动的结构均在本公开的保护范围之内，本公开在此不做特殊限定。

在本示例实施例中，为了使夹具体101与滑动压块30之间的缝隙可调整以配合试验件50的待考核段的长度，可以通过调节定位轴20的位置进而调节滑动压块30的位置，而定位轴20的位置可以通过调节定位轴20位于底座102的位置，因此位于底座102的用于固定定位轴20的通孔可以设置为条状通孔103；如图4所示，条状通孔103设于底座102上，条状通孔103可以配合定位轴20的底部并可以固定定位轴20，同时条状通孔103的长轴可以指向夹具体101以使定位轴20可根据滑动压块30与夹具体101之间的间隙调整在条状通孔103的长轴方向的位置。

进一步的，为了使定位轴20与条状通孔103实现稳定连接，而不至于在承受较大压力时向四周歪斜，可以在接触条状通孔103的定位轴20的底部设有台阶，该台阶可与底座102的上表面配合；具体的，如图8中所示，该台阶可以设置为在圆柱状的定位轴20的底部接触条状通孔103的一侧或两侧向内切割进而形成台阶，且可以使切割后的侧面形成一平面，该平面可以与条状通孔103的内侧面配合，进而在形成台阶的同时还扩大了定位轴20与条状通孔103的接触面积，不仅会避免定位轴20在承受较大压力时向四周歪斜，还可以避免定位轴20自身旋转而导致结构不稳。在其他的实施方式中，该台阶还可以为在定位轴20的底部设置一环状凸缘，该环状凸缘可以搭设在条状通孔103的上表面以实现稳固的连接，本公开在此不做特殊限定。

此外，定位轴20与条状通孔103还可以通过位于底座102底面的定位轴螺钉201固定连接，在螺钉与通孔之间还可以设置垫片。

在本示例实施例中，如图1、图3所示，在实施例一中，安放试验件50可以通过拆卸定位轴20，将滑动压块30移开，将试验件50的一端放入夹具体101的第一腔体中，再将试验件50的另一端放入滑动压块30中，最后安装定位轴20并调整定位轴20在条状通孔的位置以准确保留滑动压块30与夹具体101的间隙。

进一步的，为了便于安装试验件50，在实施例二中，可以在夹具体101沿水平方向设有长方体形通孔以形成容纳试验件50第一端的第一腔体104，以及/或者滑动压块30面向夹具体101的一侧沿水平方向设有长方体形通孔以形成容纳试验件50第二端的第二腔体304，两腔体除了可以挟持试验件50外，还可以直接通过外侧的通孔放入试验件50以节省了拆装定位轴20的环节，如此不仅可以简化安装试验件的步骤，方便安装，还可以灵活的调整试验件在通孔中的位置。

在本示例实施例中，考虑到每次制作试验件50的大小不能保证完全一致而导致实验过程中由于压力的不均所致的试验件位置偏移或脱落而不能得到准确的实验数据，因此在试验件大小大约一致并能放入剪切试验夹具的前提下，如图4、图5所示，本实施例还可以在夹具体101的第一腔体104以及/或者滑动压块30的第二腔体304的顶部设有螺纹孔，相应的在第一腔体104以及/或者第二腔体304的螺纹孔上设有第一螺钉105与第二螺钉305，两螺钉可以配合螺纹孔并伸入相应的腔体，用于锁紧伸入腔体的试验件50的两端。

在本示例实施例中，考虑到在进行剪切试验时试验机的压头会对滑动压块30进行压缩加载，为了使滑动压块30均匀受力，如图3所示，还可以设置一垫块306，该垫块306可以叠设于滑动压块之上，并设有通孔以使垫块306套设于定位轴上，进行定位而不至于滑落，同时还可以在设有第二螺钉305的位置开设一通孔，以便在安装垫块306之后调整第二螺钉305。

进一步的，固定座10的夹具体101与底座102除了常规的固定方式如底面螺钉固定外，也可以借鉴定位轴20定位滑动压块30的方式，可以在固定座10的底座102对应夹具体101的位置设置多个固定轴106，固定轴106的数量可以为两个、三个或更多个，相似的固定轴106可以通过底面螺钉固定于底座102之上，进一步夹具体101可拆卸的套设于固定轴106上；此外，固定轴数量及安装方式不限于上述描述，固定轴也可以与底座102通过过盈连接，本公开在此不做特殊限定。

根据本公开的第二方面，提供了一种基于上述实施例中所述的剪切试验夹具的剪切试验方法，该剪切试验方法可以包括：

第一步，对试验件两端的非考核段进行固化处理，只保留中部的待考核段不做处理；具体而言，在本实施例中首先确定试验件50的考核段位置和宽度，例如中部4mm的区域，可以在此区域用胶带缠绕一周以作标记，用长方体灌胶容器对试验件50的一端进行灌胶处理直至试验件50中部标记处；待胶面平稳后移至60度温度箱内经过8小时烘干，待胶水凝固后取出试验件50，另一端做同样处理。

第二步，将经过固化处理的试验件50两端的非考核段完全放入所述第一腔体及第二腔体中，只留有间隙以露出试验件50的待考核段，其中间隙的宽度可以通过定位轴20位于底部条状通孔103的位置进行调整，调整好位置后，最后将夹具体101及滑动压块30上方的螺钉锁紧以固定试验件50。

第三步，将剪切试验夹具置于电子万能试验机，通过位移控制，使压头对滑动压块进行压缩加载，直至试验件失效或破坏，最后读取数据进行分析。

本示例实施例中的一种剪切试验方法，针对微晶格材料等新型材料的特性，将微晶格材料的试验件的两端的非考核段经过处理后完全放入夹具中的腔体进行固定，可以有效保护非考核段，确保试验过程中，破坏仅发生在考核段，从而达到考核要求，使试验结果更加准确。

上述所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中，如有可能，各实施例中所讨论的特征是可互换的。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、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公开的一般性原理并包括本公开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，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开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。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。

Claims (10)

1.一种剪切试验夹具，适用于3D打印微晶格材料，其特征在于，所述剪切试验夹具包括：

固定座，包括底座以及夹具体，所述夹具体固定于所述底座之上，且所述夹具体沿水平方向设有用于容纳试验件第一端的第一腔体；

多个定位轴，可拆卸的设于所述底座之上；

滑动压块，可上下移动地套设于多个所述定位轴上，所述滑动压块面向所述夹具体的一侧沿水平方向设有用于容纳试验件第二端的第二腔体；

其中，所述第二腔体配合所述第一腔体固定所述试验件，所述滑动压块与夹具体之间留有间隙以露出试验件的待考核段。

2.根据权利要求1所述的剪切试验夹具，其特征在于，所述剪切试验夹具还包括：

多个直线轴承，分别套设于多个所述定位轴上，所述直线轴承位于所述滑动压块与所述定位轴之间，与所述滑动压块固定连接。

3.根据权利要求2所述的剪切试验夹具，其特征在于，所述底座还包括：

条状通孔，设于所述底座上，所述条状通孔的长轴指向所述夹具体，所述条状通孔配合所述定位轴的底部，且所述定位轴可根据滑动压块与夹具体之间的间隙调整在所述条状通孔的长轴方向的位置。

4.根据权利要求3所述的剪切试验夹具，其特征在于，所述定位轴接触所述条状通孔的底部设有台阶以与底座的上表面配合，并通过位于底座底面的螺钉固定于所述条状通孔。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的剪切试验夹具，其特征在于，所述夹具体沿水平方向设有长方体形通孔，所述长方体形通孔形成容纳所述试验件第一端的第一腔体；

以及/或者所述滑动压块面向所述夹具体的一侧沿水平方向设有长方体形通孔，所述长方体形通孔形成容纳所述试验件第二端的第二腔体，且所述第二腔体配合第一腔体固定所述试验件。

6.根据权利要求5所述的剪切试验夹具，其特征在于，所述固定座位于所述第一腔体的顶部还设有螺纹孔，所述固定座还包括：

第一螺钉，配合所述螺纹孔并伸入所述第一腔体，所述第一螺钉用于锁紧伸入所述第一腔体的试验件第一端。

7.根据权利要求5所述的剪切试验夹具，其特征在于，所述滑动压块位于所述第二腔体的顶部还设有螺纹孔，所述滑动压块还包括：

第二螺钉，配合所述螺纹孔并伸入所述第二腔体，所述第二螺钉用于锁紧伸入所述第二腔体的试验件第二端。

8.根据权利要求6或7所述的剪切试验夹具，其特征在于，所述滑动压块还包括：

垫块，叠设于所述滑动压块之上，套设于所述定位轴上。

9.根据权利要求8所述的剪切试验夹具，其特征在于，所述固定座还包括：

固定轴，固定于所述底座之上，所述夹具体套设于所述固定轴上。

10.一种基于如权利要求1～9任意一项所述的剪切试验夹具的剪切试验方法，应用于3D打印微晶格材料，其特征在于，所述剪切试验方法包括：

对试验件两端的非考核段进行固化处理，只保留中部的待考核段不做处理；

将经过固化处理的试验件两端的非考核段完全放入所述第一腔体及第二腔体中，只留有间隙以露出试验件的待考核段；

将所述剪切试验夹具置于试验机中进行剪切试验直至试验件失效或破坏，并收集数据进行分析。