CN107991198A - 拉弯扭三向复合引伸计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种拉弯扭三向复合引伸计，属精密传感器与精密仪器技术领域。能够同时获取试样的拉伸、弯曲、扭转变形。引伸计臂的下端加工有环形结构，码盘通过轴肩套与引伸计臂固定连接；所述引伸计臂圆环内孔通过滑动轴套与卡紧机构底座安装并与其产生相对转动；编码器电路板通过螺钉与卡紧机构底座固定连接；安装有刀刃的刀刃座与安装有弹簧卡扣的卡扣座在卡紧弹簧的弹性力下卡紧试样。优点在于：能够在拉伸‑弯曲‑扭转三种力学载荷耦合下的材料性能实验中对拉伸变形、弯曲变形和扭转变形进行同步测量，此外对于上述三种力学形式，任意两两组合或单一载荷的试验，也能够实现相应的变形测量。通用性好、成本低、使用方便等。
Description
技术领域
本发明涉及密传感器与精密仪器技术领域，特别涉及一种针对复合载荷下材料力学性能测试的拉弯扭三向复合引伸计。
背景技术
工程材料在实际服役条件下往往会受到多种力学载荷耦合的负载形式，随着材料科学研究水平的提高，传统的单一载荷材料性能试验机无法满足更为丰富的材料性能测试。一系列针对两种或两种以上复合载荷作用的材料测试理论方法和仪器设备也已被广泛研究。但由于传统的引伸计无法应用于多载荷耦合条件，导致这类复合载荷试验需要使用三维数字散斑等新型视频分析手段进行变形测量。这类测量方式成本高，试验准备时间长且无法实现材料性能曲线的同步生成，存在诸多问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种拉弯扭三向复合引伸计，解决了现有技术存在的上述问题。本发明能够对拉伸-弯曲-扭转复合力学性能实验过程中的拉伸变形、弯曲变形和扭转变形进行同步测量。具有通用性好、成本低、使用方便等诸多优点。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
拉弯扭三向复合引伸计，在拉伸-弯曲-扭转复合加载试验中，能够同时获取试样的拉伸、弯曲、扭转变形；引伸计臂12的下端加工有环形结构，码盘22通过轴肩套23与引伸计臂12固定连接；所述引伸计臂12圆环内孔通过滑动轴套24与卡紧机构底座31安装并与其产生相对转动；编码器电路板21通过螺钉与卡紧机构底座31固定连接；安装有刀刃35的刀刃座36与安装有弹簧卡扣34的卡扣座33在卡紧弹簧32的弹性力下卡紧试样。
所述的引伸计臂12安装于拉伸引伸计11上，测量试样的拉伸伸长量；LVDT直线位移传感器42通过传感器支座41安装于拉伸引伸计11上，其尖端顶住试样的中心，在弯曲载荷下试样从中心位置产生挠度，由LVDT直线位移传感器测量；试样在扭转作用下，被卡紧的试样与卡紧机构底座31相对静止进而与编码器电路板21相对静止；由于试样的扭转变形，与引伸计臂12固连的码盘22和编码器电路板21产生相对转角。通过两侧编码器测得的角度差测量到试样在扭矩下的扭转角。利用磁力表座将引伸计固定于试验机机架上，防止引伸计在测量过程中发生转动。
本发明的有益效果在于：能够在拉伸-弯曲-扭转三种力学载荷耦合下的材料性能实验中对拉伸变形、弯曲变形和扭转变形进行同步测量，此外对于上述三种力学形式，任意两两组合或单一载荷的试验，也能够实现相应的变形测量。具有通用性好、成本低、使用方便等诸多优点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实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。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的夹持单元与扭转测量单元示意图；
图3、图4为本发明与试样、试验机的配合安装示意图；
图5为本发明测量变形量的示意图。
图中：11、拉伸引伸计；12、引伸计臂；13、定位杆；21、编码器电路板；22、码盘；23、轴肩套；24、滑动轴套；31、卡紧机构底座；32、卡紧弹簧；33、卡扣座；34、弹簧卡扣；35、刀刃；36、刀刃座；41、传感器支座；42、LVDT直线位移传感器；5、试样；6、夹具。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1所示，本发明的拉弯扭三向复合引伸计，能够对拉伸-弯曲-扭转复合力学性能实验过程中的拉伸变形、弯曲变形和扭转变形进行同步测量。其结构是：引伸计臂12安装于拉伸引伸计11上，用来测量拉伸方向上的变形，拉伸引伸计11内安装有以弹性体和应变片为主的变形测量机构。试样的标距段长度沿轴线方向伸长，引起拉伸引伸计11与引伸计臂12之间的夹角变化，进一步引起拉伸引伸计11变形测量机构输出信号的变化。定位杆13的两端分别与引伸计臂12连接，两个定位杆13之间留有销孔，试验开始前安装有定位销用来给定试样的标距段长度，试验开始后拔出定位销。LVDT直线位移传感器42通过传感器支座41安装于拉伸引伸计11上。LVDT直线位移传感器42带有复位弹簧，能够确保其测量头顶住试样中心，在弯曲载荷下试样从中心位置产生挠度，引起LVDT传感器42测头的位置变化，测得挠度值。
参见图2所示，引伸计臂12的下端加工有环形结构，码盘22通过轴肩套23与引伸计臂12固连。引伸计臂12圆环内孔通过滑动轴套24与卡紧机构底座31安装并能够与其产生相对转动。编码器电路板21通过螺钉与卡紧机构底座31固连。安装有刀刃35的刀刃座36与安装有弹簧卡扣34的卡扣座33分别压紧卡紧弹簧32，压紧卡紧弹簧32通过轴孔配合与卡紧机构底座31连接。卡紧弹簧的弹性力下卡紧圆形截面的试样5，试样5的另一端通过夹具6固定。
圆形截面的试样5被刀刃35和弹簧卡扣34在卡紧弹簧32提供的弹性力下卡紧。两对刀刃之间的试样长度为拉伸标距段长度，当试样5在拉伸作用下伸长时，引伸计臂12与拉伸引伸计11的相对夹角变化导致拉伸引伸计11内的变形测量机构变形并测得试样标距段内的拉伸变形。
当试样5在扭转作用下变形时，被卡紧的试样与卡紧机构底座31和编码器电路板21相对静止。由于试样的扭转变形，与引伸计臂12固连的码盘22和编码器电路板21产生相对转角。编码器为增量式编码器，试验开始后记录对应扭转角度的增量，通过两侧编码器测得的角度差计算出试样在扭矩下的两测量截面之间的扭转角。试验过程中，拉伸、弯曲变形的输出信号为模拟量形式，而扭转变形的输出信号为数字量形式，采用具有2路模拟量采集和2路编码器数据采集的数/模一体采集卡实现试验数据的采集。
参见图3及图4所示，在试样5装夹到试验机上之前，先打开弹簧卡扣34和刀刃35，将试样放入引伸计并夹紧，再将装有引伸计的试样安装到试验机上。利用磁力表座将引伸计固定于试验机机架上，防止引伸计发生转动。LVDT直线位移传感器42通过传感器支座41安装于拉伸引伸计11上，其尖端顶住试样中心，在弯曲载荷下试样从中心位置产生挠度，由LVDT传感器42测量。
参见图5所示，根据测量到的传感器数值，对应的被测物理量计算方法如下。L为拉伸初始标距段长度，其数值为固定值由引伸计尺寸决定。ΔL为拉伸伸长量，由引伸计测得。拉伸应变ε=ΔL/L。δ为弯曲挠度，由LVDT传感器直接测得。φ1、φ2分别为两编码器增量值，当试验为单端扭转时，扭转角φ=φ1-φ2；当试验为双端扭转时，扭转角φ=φ1+φ2。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，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。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种拉弯扭三向复合引伸计，其特征在于：在拉伸-弯曲-扭转复合加载试验中，能够同时获取试样的拉伸、弯曲、扭转变形；引伸计臂（12）的下端加工有环形结构，码盘（22）通过轴肩套（23）与引伸计臂（12）固定连接；所述引伸计臂（12）圆环内孔通过滑动轴套（24）与卡紧机构底座（31）安装并与其产生相对转动；编码器电路板（21）通过螺钉与卡紧机构底座（31）固定连接；安装有刀刃（35）的刀刃座（36）与安装有弹簧卡扣（34）的卡扣座（33）在卡紧弹簧（32）的弹性力下卡紧试样。
2.根据权利要求1所述的拉弯扭三向复合引伸计，其特征在于：所述的引伸计臂（12）安装于拉伸引伸计（11）上，测量试样的拉伸伸长量；LVDT直线位移传感器（42）通过传感器支座（41）安装于拉伸引伸计（11）上，其尖端顶住试样的中心。
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