CN108169016B - 一种多角度可调节的试样同时承受拉力与剪力的试验装置 - Google Patents

一种多角度可调节的试样同时承受拉力与剪力的试验装置 Download PDF

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Abstract

一种多角度可调节的试样同时承受拉力与剪力的试验装置，由一对紧固加载装置组成，每个紧固加载装置均包括：连接紧固部件和加载夹板，连接紧固部件分为连接板和紧固板，紧固板中间设置有试样孔，加载夹板与连接板活动连接，使加载夹板指向试样形心，加载夹板可通过与连接板连接位置变化改变相对试样的角度。紧固板与连接板间焊接连接。该试验装置可以用于进行螺栓或铆钉同时承受拉力与剪力组合受力的试验，从而研究螺栓或铆钉在沿杆轴方向的拉力与剪力共同作用下的力学性能，进而得到其拉剪受力状态下的破坏准则。

Description

一种多角度可调节的试样同时承受拉力与剪力的试验装置
技术领域
本发明属于应力测试实验设备领域，具体涉及一种可实现拉力与剪力同时受载的实验装置。
背景技术
在建筑、桥梁、汽车、航天等多种工程领域，螺栓或铆钉连接逐渐成为一种越来越普遍的连接形式，其具有施工方便、安装快捷、不产生焊接热影响等优点。实际工程中的螺栓或铆钉往往在复杂的荷载作用下，同时承受拉力与剪力共同作用，若仅依照螺栓的抗拉强度或抗剪强度指标独立进行设计，往往不能准确计算其实际受力情况，或浪费材料，或无法保证工程安全性。进行螺栓或铆钉在拉力与剪力下共同作用下的试验成为解决这一问题的关键所在。然而，现有的试验装置往往无法便捷地进行螺栓或铆钉在拉力与剪力共同作用下的力学试验，这一问题影响到了科研人员与设计人员对螺栓或铆钉在拉剪受力状态下力学性能的研究。
发明内容
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：通过在装置连接板上开设不同位置的螺栓孔或螺栓滑槽，实现加载方向与螺栓(铆钉)杆轴方向从0°到90°的变化，从而对螺栓(铆钉)施加不同的拉力与剪力组合(受力状态可以从纯剪到拉剪到纯拉变化)。
本发明具体为一种多角度可调节的试样同时承受拉力与剪力的试验装置，由一对紧固加载装置组成，每个紧固加载装置均包括：连接紧固部件和加载夹板，连接紧固部件分为连接板和紧固板，紧固板中间设置有试样孔，加载夹板与连接板活动连接，使加载夹板指向试样形心，加载夹板可通过与连接板连接位置变化改变相对试样的角度。紧固板与连接板间焊接连接。本发明所述的试样形心是指两紧固板接触面试样孔中心重合处。
试样穿过两块紧固板中间试样孔对紧固板紧固连接。
连接板上设置定位部件。
所属定位部件为定位螺栓孔或螺栓滑槽，螺栓孔呈弧形排列，螺栓滑槽呈弧形状，定位螺栓孔或螺栓滑槽均为双层设置。
连接板设置定位螺栓孔，连接板上每一组定位螺栓孔的圆心连线均通过试样形心，共设置七组定位螺栓孔，七组定位螺栓孔的圆心连线间隔15°排列。
连接板设置螺栓滑槽，螺栓滑槽上设置螺栓弧坑，螺栓滑槽上的每一个弧坑相对于试样形心偏移5°,双层螺栓滑槽上均设置弧坑，螺栓滑槽上的弧坑一一对应，圆心连线均通过试样形心，另一紧固加载装置的连接板的滑槽不设弧坑。
所述连接板设置有连接槽，该连接槽与紧固板焊接，连接槽焊接于紧固板一角，每个紧固板上对称设置两个连接板，两连接板中间设置加载夹板，加载夹板与连接板螺栓连接。
连接板与加载夹板间螺栓连接，可调节，加载夹板设置有两个固定螺栓孔，与连接板上的螺栓孔螺栓连接，连接后加载夹板指向试样形心.
本发明的有益效果：
实现螺栓与铆钉在不同的拉力与剪力组合条件下的力学性能研究，本发明可以通过调节加载方向与螺栓(铆钉)杆轴方向来变化不同的拉力与剪力比值，从而实现对拉剪状态下螺栓(铆钉)力学性能的全面研究。
附图说明
图1一种多角度可调节的螺栓及铆钉同时承受拉力与剪力的试验装置三维效果图
图2为采用定位螺栓孔装置的侧视图
图3为采用定位螺栓孔的连接板侧视图
图4为采用螺栓滑槽装置的侧视图
图5为采用螺栓滑槽的连接板侧视图
图6为紧固板件的俯视图
图7加载夹板正视图
图8加载夹板侧视图
图中件号说明：
紧固板1、连接板2、加载夹板3、试样4、试样形心5、定位螺栓孔6、螺栓滑槽7、固定螺栓孔8
具体实施方式
一种多角度可调节的试样同时承受拉力与剪力的试验装置，由一对紧固加载装置组成，每个紧固加载装置均包括：连接紧固部件和加载夹板3，连接紧固部件分为连接板2和紧固板1，紧固板1中间设置有试样孔，加载夹板3与连接板2活动连接，使加载夹板3指向试样形心5，加载夹板3可通过与连接板2连接位置变化改变相对试样的角度。紧固板1与连接板2间焊接连接。
试样穿过两块紧固板1中间试样孔对紧固板1紧固连接。
连接板2上设置定位部件。
所属定位部件为定位螺栓孔6或螺栓滑槽7，螺栓孔呈弧形排列，螺栓滑槽7呈弧形状，定位螺栓孔6或螺栓滑槽7均为双层设置。
连接板2设置定位螺栓孔，连接板2上每一组定位螺栓孔6的圆心连线均通过试样形心5，共设置七组定位螺栓孔6，七组定位螺栓孔的圆心连线间隔15°排列。
连接板2设置螺栓滑槽7，螺栓滑槽7上设置螺栓弧坑，螺栓滑槽7上的每一个弧坑相对于试样形心5偏移5°,双层螺栓滑槽7上均设置弧坑，螺栓滑槽7上的弧坑一一对应，圆心连线均通过试样形心5，另一紧固加载装置的连接板2的滑槽不设弧坑。
所述连接板2设置有连接槽，该连接槽与紧固板1焊接，连接槽焊接于紧固板1一角，每个紧固板1上对称设置两个连接板2，两连接板2中间设置加载夹板3，加载夹板3与连接板2螺栓连接。
连接板2与加载夹板3间螺栓连接，可调节，加载夹板3设置有两个固定螺栓孔，与连接板2上的螺栓孔螺栓连接，连接后加载夹板3指向试样形心5。
加载夹板3为设置一加载端和一连接端，连接端设置连接螺栓孔，
试样形心5为两紧固板1试样孔中心重合处。
试样为螺栓或铆钉。
紧固板1为方形板，其中间位置设置有试样孔，弧形圆心与两紧固板的试样孔中心重合处重合。
图1一种多角度可调节的螺栓及铆钉同时承受拉力与剪力的试验装置三维效果图
图1为该试验装置的三维效果图，需要进行研究的螺栓(铆钉)置于中间两块紧固板当中。
加载夹板与连接板用长螺栓连接，螺栓长度宜在12mm-14mm之间，应使用8.8级或10.9级高强螺栓。每变化一次拉剪受力状态，仅将螺栓和加载夹板一起移动至新的位置即可，该装置可以实现受力状态由纯剪至纯拉的变化。装置中所有的板件均应使用Q345或强度更高的钢材，连接板与紧固板之间采用全熔透对接焊缝。
图2、4为装置的侧视图，该装置主要由3个主要部分构成，包括：紧固板、连接板和加载夹板，其中紧固板与连接板间焊接连接，相对固定；连接板与加载夹板间螺栓连接，可调节。根据连接板上是开螺栓孔还是螺栓滑槽的不同，分为两个方案。
对于方案A：两侧的连接夹板分别固定在数字相同的一组螺栓孔上的时候，其轴线方向与试验机的轴向方向一致且通过试验螺栓(铆钉)的中心。加载夹板固定于1号孔时为纯剪受力状态，固定于7号孔时为纯拉受力状态。
对于方案B：螺栓(铆钉)的受力方向与杆轴方向有更多变化的可能，当要变化其角度时，仅需将一侧的加载夹板和连接螺栓一起沿着螺栓滑槽滑动即可，其每一个弧坑相对于螺栓(铆钉)中心偏移5°。而另一侧的加载夹板不设弧坑，因为当加载端开始施加荷载后，无弧坑端将自动滑移并对中，保证荷载通过螺栓(铆钉)中心。
图6为紧固板件的俯视图，紧固板厚度为18mm。中间为螺栓孔，孔径大小依据测试螺栓(铆钉)的孔径来确定，通常螺栓(铆钉)孔直径比螺栓(铆钉)大1-2mm。本装置所示(图4)的尺寸最大可以进行抗拉承载力为250kN的螺栓(铆钉)试验。若想进行更大荷载的试验，可以将图4中连接板上螺栓孔的尺寸适当增加。该装置可进行的试验荷载最大值取决于连接板与加载夹板间长螺栓的抗剪承载力，理论上来说，只要增加连接板上螺孔直径，也即增加连接长螺栓的螺杆直径，该装置可以对所有常用螺栓进行拉剪试验。
图3、5为连接板侧视图，连接板厚度为20mm。
对于方案A：连接板上每一组螺栓孔的圆心连线均通过试验螺栓(铆钉)的形心。图中共有7组螺栓孔，可以实现荷载方向与试验螺栓(铆钉)杆轴方向0°,15°,30°,45°,60°,75°,90°等7个夹角的变化，也即螺栓所受拉力Ft与所受剪力Fv比值可以在：Ft/Fv＝∞，Ft/Fv＝3.73，Ft/Fv＝1.73，,Ft/Fv＝1，Ft/Fv＝0.58，Ft/Fv＝0.27和Ft/Fv＝0中变化。7组变化数据对于绝大多数的拉剪试验已经足够，若需要更多的变化角度，可采用方案B。
方案B：通过在连接板上开始螺栓滑槽的方式实现加载夹板的移动。在一侧的连接板滑槽上设置弧坑，起到在加载时固定连接螺栓的作用，每一个弧坑的位置相对于试验螺栓(铆钉)的中心变化5°，同一组弧坑的中心连线通过试验螺栓(铆钉)的形心。
图7、8加载夹板正视图与侧视图，为了使加载夹板更方便的伸进两个连接板中间，其厚度方向(60mm)不可有正公差，只能有负公差。
使用该装置的方法是：先单独加工3个主要组成部分：紧固板、连接板和紧固夹板。而后在工厂将紧固板和连接板进行焊接，要求焊缝为全熔透对接焊缝，进行一级质量检验。在试验室加载前，再将被试验螺栓(铆钉)置于紧固板当中，同时用长螺栓连接加载夹板与连接板，长螺栓无需预紧力，用扳手轻轻拧紧即可。将装置的两侧加载夹板安放于加载试验机之后，即可开始试验。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种多角度可调节的试样同时承受拉力与剪力的试验装置，由一对紧固加载装置组成，其特征在于：每个紧固加载装置均包括：连接紧固部件和加载夹板(3)，连接紧固部件分为连接板(2)和紧固板(1)，紧固板(1)为方形板，其中间设置有试样孔，所述试样孔为通孔，弧形圆心与两紧固板(1)的试样孔中心重合处重合，试样穿过两块紧固板(1)中间试样孔对紧固板(1)紧固连接，加载夹板(3)与连接板(2)活动连接，使加载夹板(3)指向试样形心(5)，加载夹板(3)可通过与连接板(2)连接位置变化改变相对试样的角度，
所述连接板(2)上设置定位部件，所述定位部件为螺栓滑槽(7)，螺栓滑槽(7)呈弧形状，螺栓滑槽(7)均为双层设置；
连接板(2)设置螺栓滑槽(7)，螺栓滑槽(7)上设置螺栓弧坑，螺栓滑槽(7)上的每一个弧坑相对于试样形心(5)偏移5°,双层螺栓滑槽(7)上均设置弧坑，螺栓滑槽(7)上的弧坑一一对应，圆心连线均通过试样形心(5)，另一紧固加载装置的连接板(2)的滑槽不设弧坑；
所述连接板(2)设置有连接槽，该连接槽与紧固板(1)焊接，连接槽焊接于紧固板(1)一角，每个紧固板(1)上对称设置两个连接板(2)，两连接板(2)中间设置加载夹板(3)，加载夹板(3)与连接板(2)螺栓连接；
加载夹板(3)与连接板(2)用长度在12mm-14mm之间的螺栓连接，使用8.8级或10.9级高强螺栓，每变化一次拉剪受力状态，仅将螺栓和加载夹板(3)一起移动至新的位置即可，可实现受力状态由纯剪至纯拉的变化。
2.如权利要求1所述的一种多角度可调节的试样同时承受拉力与剪力的试验装置，其特征在于：紧固板(1)与连接板(2)间焊接连接。
3.如权利要求1所述的一种多角度可调节的试样同时承受拉力与剪力的试验装置，其特征在于：连接板(2)与加载夹板(3)间螺栓连接，可调节，加载夹板(3)设置有两个固定螺栓孔，与连接板(2)上的螺栓孔螺栓连接，连接后加载夹板(3)指向试样形心(5)。
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