CN108387443B - 一种多方向加载焊点薄板试件拉伸疲劳专用试验夹具 - Google Patents

一种多方向加载焊点薄板试件拉伸疲劳专用试验夹具 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种多方向加载焊点薄板试件拉伸疲劳专用试验夹具，包括：第一试件；第一矩形固定板，其固定在所述第一试件上；第一扇形连接板，其沿中心轴线垂直固定在所述第一矩形固定板上；第二试件，其与所述第一试件垂直对称固定连接；第二矩形固定板，其固定在所述第二试件上；第二扇形连接板，其沿中心轴线垂直固定在所述第二矩形固定板上，并且与所述第一扇形连接板处于同一平面呈中心对称分布；其中，所述第一扇形连接板和所述第二扇形连接板在同一平面内圆心重合；其中，所述扇形连接板的弧形边缘处设置有多个销孔；叉型连接板，其一端设置有U型板，用于将所述叉型连接板夹持固定在所述销孔两侧，所述叉型连接板的另一端固连试验机。

Description

一种多方向加载焊点薄板试件拉伸疲劳专用试验夹具
技术领域
本发明涉及试验夹具领域，更具体的是，本发明涉及一种多方向加载焊点薄板试件拉伸疲劳专用试验夹具。
背景技术
目前，全铝车身技术高速发展，铝型材不同接头的静载荷强度与动载荷强度直接关系到汽车安全性，所以针对于铝材的接头性能研究是大势所趋。通用夹具只能适用于静载荷或动载荷其中的一种工况，且不能改变施加载荷的方向，针对于接头施加不同方向的载荷可以表征接头在复杂受力形势下的性能。此时需要一种适应工况多，集成度高，尺寸小的多用夹具解决目前的问题。
发明内容
本发明为解决目前技术的不足之处，提供了一种多方向加载焊点薄板试件拉伸疲劳专用试验夹具，其能在不调节试验机的前提下施加不同方向的载荷。
本发明的另一目的是根据具体的夹具结构来确定扇形连接板厚度，使得使用本试验夹具的测试结果更准确。
本发明提供的技术方案为：一种多方向加载焊点薄板试件拉伸疲劳专用试验夹具，包括：
第一试件；
第一矩形固定板，其固定在所述第一试件上；
第一扇形连接板，其沿中心轴线垂直固定在所述第一矩形固定板上；
第二试件，其与所述第一试件垂直对称固定连接；
第二矩形固定板，其固定在所述第二试件上；
第二扇形连接板，其沿中心轴线垂直固定在所述第二矩形固定板上，并且与所述第一扇形连接板处于同一平面呈中心对称分布；其中，所述第一扇形连接板和所述第二扇形连接板在同一平面内圆心重合；
其中，所述扇形连接板的弧形边缘处设置有多个销孔；
叉型连接板，其一端设置有U型板，用于将所述叉型连接板夹持固定在所述销孔两侧，所述叉型连接板的另一端固连试验机。
优选的是，
所述U型板上相对设置有两个连接孔；
所述连接孔与所述销孔连通。
优选的是，还包括：
连接销，其穿过所述销孔与所述连接孔，将所述叉型连接板固定在所述扇形连接板上。
优选的是，
所述叉型连接板与所述连接板间隙配合。
优选的是，
所述销孔的数量为5；
所述销孔中心与所述第一试件和所述第二试件固定点中心连线与所述扇形连接板和所述矩形固定板的相交面依次成0°、30°、45°、60°、90°夹角。
优选的是，
所述矩形固定板的表面设置有开槽，并且所述开槽设置在所述矩形固定板和所述试件之间。
优选的是，
所述U型板内壁为粗糙面。
优选的是，
所述叉型连接板可通过夹持或连接销与所述试验机相连接。
优选的是，所述扇形连接板上设置凹槽。
优选的是，所述扇形连接板的厚度d为：
其中，ρ为所述扇形连接板的密度，κ为所述扇形连接板的刚度，R为所述扇形连接板的半径，a为所述矩形固定板的宽度，b为所述矩形固定板的长度，f为校正系数。
优选的是，f为校正系数，满足：
其中，σ为所述扇形连接板与所述叉型连接板之间的摩擦系数，g为重力加速度，D为所述矩形固定板的厚度，r为所述销孔与所述第一试件和所述第二试件固定点中心的距离。
本发明至少具备以下有益效果：1)本发明实现了为可变加载方向的焊点专用夹具，同时改变方向简单，不需要多次调节试验机；2)本发明可配置尺寸不等的叉型连接板，适应所有试验机，灵活度高；3)本发明可适应静态，动态两种工况，实验效率较高；4)本发明体积小，装卡方便，降低试验成本；5)根据具体的夹具结构来确定扇形连接板厚度，使得使用本试验夹具的测试结果更准确。
附图说明
图1为本发明所述的多方向加载焊点薄板试件拉伸疲劳专用试验夹具结构示意图。
图2为本发明所述第一试件和所述第二试件的结构示意图。
图3为本发明所述第一试件与所述第一矩形连接块的连接局部示意图。
图4为本发明所述第二扇形连接板与所述第二矩形连接块的连接局部示意图。
图5为本发明所述叉型连接板与所述第一扇形连接板连接局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明可以有许多不同的形式实施，而不应该理解为限于在此阐述的实施例，相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的。在附图中，为了清晰起见，会夸大结构和区域的尺寸和相对尺寸。
如图1-5所示，一种多方向加载焊点薄板试件拉伸疲劳专用试验夹具，包含十字型试件100，其由两个相同大小的第一试件110和第二试件120呈90°相叠加于中心焊接所得。两个相同结构的矩形固定板，包括第一矩形固定板310和第二矩形固定板320，其分别固定在第一试件110和第二试件120上。第一矩形固定板310和第一试件110上设置有相对应的通孔，螺栓315穿过所述通孔，第一矩形固定板310上方的螺栓315上套设有第一螺母314，在第二矩形固定板320和第二试件120上对应设置有同样的固定结构。且如图1所示，第二试件120上的螺栓上套设有第二螺母327，且在第二螺母327和第二试件120之间设置有垫片326。
两个扇形连接板，包括结构相同的第一扇形连接板210和第二扇形连接板220，第一扇形连接板210，其沿中心轴线垂直固定在第一矩形固定板310上；第二扇形连接板220，其沿中心轴线垂直固定在第二矩形固定板上320，并且与第一扇形连接板210处于同一平面呈中心对称分布；其中，第一扇形连接板210和第二扇形连接板220在同一平面内圆心重合(即为十字型试件中心)。
由于第一扇形连接板210和第二扇形连接板220的结构相同，第一矩形固定块310和第二矩形连接块320的结构相同。下面以第一扇形连接板210的结构和第一矩形连接块310的结构为例来介绍其连接方式：
如图1和3所示，第一扇形连接板210的其外轮廓面依次由第一矩形面212、第二矩形面213、第一曲面214，第二曲面215连接构成，第一矩形面212与第二矩形面213垂直；第一矩形面212与第一矩形连接块310的上表面固连。第一曲面214的两侧的圆弧为等半径的圆弧，且圆弧的圆心沿十字型试件100的中心对称分布；第一扇形连接板210的弧形边缘处设置有多个销孔211。
两个叉型连接板400分别固连第一扇形连接板210和第二扇形连接板220，连接方式相同，以第一扇形连接板210和叉型连接板400的连接关系为例来介绍，叉型连接板400一端设置有U型板410，其夹持固定在销孔211的两侧，叉型连接板400的另一端通过夹持或者上连接销420固连试验机。在U型板410上相对设置有两个连接孔，连接销411穿过两个连接孔和两个销孔211，将第一扇形连接板210与试验机固连。叉型连接板400的U型板410与第一扇形连接板210为间隙配合，与第一扇形连接板210外缘接触部分同为圆弧，保证了与第一扇形连接板210的充分接触，叉型连接板400的U型板410内壁为粗糙面，可增加静态拉伸过程中的摩擦力。
第一矩形固定板310的表面设置有开槽313，开槽313设置在第一矩形固定板310和第一试件110之间，开槽313的设置为避开焊接产生的表面特征。
第一矩形面212与第二曲面215连接处设置有凹槽，避免与第二螺母327干涉。
第一扇形连接板210上的销孔211的数量为5，销孔211中心与第一试件110和第二试件120固定点中心连线与第一扇形连接板210和第一矩形固定板310的相交面(即第一矩形面212)依次成0°、30°、45°、60°、90°夹角。保证了试验装置可在多个经典角度进行试验，且在切换角度过程中不需要调整试验机。
叉型连接板400可替换，不同的叉型连接板400的连接销411与上连接销420的直径不同，对应的孔直径不同，以适应不同疲劳试验机的装卡要求。
在本发明中，由于扇形连接板的厚度会对测试的结果产生影响，故通过夹具的具体结构和材质来设计扇形连接板的厚度d(单位mm)为：
其中，ρ为扇形连接板的密度，单位g/cm3，κ为所述扇形连接板的刚度，单位GPa，R为扇形连接板的半径，即第一曲面214的两曲线对应的圆半径，单位mm，a为矩形固定板的宽度，单位mm，b为矩形固定板的长度，单位mm，e为自然对数的底数，f为校正系数。
f为校正系数，满足：
其中，σ为扇形连接板与叉型连接板之间的摩擦系数，g为重力加速度，取值为9.8m/s2，D为矩形固定板的厚度，单位mm，r为销孔与第一试件和第二试件固定点中心的距离，单位mm。
在静态拉伸工况下，将整个装置如图1装配，且将一对上连接销420去掉，可分别将连接销411装入第一扇形连接板210和第二扇形连接板220上不同的中心对称的销孔211和221对上，以改变载荷方向。将叉型连接板400外端夹持在拉伸机的通用夹具中，即可进行试验。
易知当一对连接销411装入连线垂直于第一矩形面212的销孔211和221时，为静态剥离工况；当两连接销411装入连线平行于第一矩形面212平面的销孔211和221时为静态剪切拉伸；其余三个销孔对为上述两种工况的叠加。
在疲劳工况下，将整个装置如图1装配。同理于静态拉伸工况，可通过更换销孔对改变疲劳载荷的方向。同时可更换不同尺寸的上连接销420、连接销411、叉型连接板400以适应不同的疲劳机。利用上连接销420将叉型连接板400连接于疲劳载荷机，即可进行实验。
易知当上连接销420装入连线垂直于第一矩形面212的销孔211和221时，为弯曲疲劳；当上连接销420装入连线平行于第一矩形面212的销孔211和221时为轴向拉压疲劳；其余三个销孔对为上述两种工况的叠加。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种多方向加载焊点薄板试件拉伸疲劳专用试验夹具，其特征在于，包括：
第一试件；
第一矩形固定板，其固定在所述第一试件上；
第一扇形连接板，其沿中心轴线垂直固定在所述第一矩形固定板上；
第二试件，其与所述第一试件大小相同，所述第二试件与所述第一试件垂直对称固定连接；
第二矩形固定板，其与所述第一矩形固定板结构相同，所述第二矩形固定板固定在所述第二试件上；
第二扇形连接板，其与所述第一扇形连接板结构相同，所述第二扇形连接板沿中心轴线垂直固定在所述第二矩形固定板上，并且与所述第一扇形连接板处于同一平面呈中心对称分布；其中，所述第一扇形连接板和所述第二扇形连接板在同一平面内圆心重合；
其中，所述扇形连接板的弧形边缘处设置有多个销孔；
叉型连接板，其一端设置有U型板，用于将所述叉型连接板夹持固定在所述销孔两侧，所述叉型连接板的另一端固连试验机；
所述扇形连接板的厚度d为：
其中，ρ为所述扇形连接板的密度，κ为所述扇形连接板的刚度，R为所述扇形连接板的半径，a为所述矩形固定板的宽度，b为所述矩形固定板的长度，f为校正系数；
f为校正系数，满足：
其中，σ为所述扇形连接板与所述叉型连接板之间的摩擦系数，g为重力加速度，D为所述矩形固定板的厚度，r为所述销孔与所述第一试件和所述第二试件固定点中心的距离。
2.如权利要求1所述的多方向加载焊点薄板试件拉伸疲劳专用试验夹具，其特征在于，
所述U型板上相对设置有两个连接孔；
所述连接孔与所述销孔连通。
3.如权利要求2所述的多方向加载焊点薄板试件拉伸疲劳专用试验夹具，其特征在于，还包括：
连接销，其穿过所述销孔与所述连接孔，将所述叉型连接板固定在所述扇形连接板上。
4.如权利要求3所述的多方向加载焊点薄板试件拉伸疲劳专用试验夹具，其特征在于，
所述销孔的数量为5；
所述销孔中心与所述第一试件和所述第二试件固定点中心连线与所述扇形连接板和所述矩形固定板的相交面依次成0°、30°、45°、60°、90°夹角。
5.如权利要求1所述的多方向加载焊点薄板试件拉伸疲劳专用试验夹具，其特征在于，
所述矩形固定板的表面设置有开槽，并且所述开槽设置在所述矩形固定板和所述试件之间。
6.如权利要求4所述的多方向加载焊点薄板试件拉伸疲劳专用试验夹具，其特征在于，
所述U型板内壁为粗糙面。
7.如权利要求6所述的多方向加载焊点薄板试件拉伸疲劳专用试验夹具，其特征在于，
所述叉型连接板可通过夹持或连接销与所述试验机相连接。
8.如权利要求6所述的多方向加载焊点薄板试件拉伸疲劳专用试验夹具，其特征在于，
所述扇形连接板上设置凹槽。
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