CN108645679A - 土工合成材料双向拉伸试验制样装置及制样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种土工合成材料双向拉伸试验制样装置，包括带冲头和冲压平台的冲压机主体，所述冲头下可拆卸依次连接加载板和冲压板，所述冲压平台上设置底板，所述底板上放置有模具，所述模具包括模具底板，所述模具底板上可拆卸设置有与试样形状适配的刀片，本发明能够精准、快捷、高效地制作出任意复杂形状的试样，适应材料范围广，本发明利用冲压原理一次成形，在保证试样形状和尺寸精度前提下，试样外轮廓非常整齐光滑，无任何缺口或者毛边。

Description

土工合成材料双向拉伸试验制样装置及制样方法

技术领域

本发明涉及制样装置及方法，具体涉及一种土工合成材料双向拉伸试验制样装置及制样方法。

背景技术

土工合成材料如土工膜、土工织物、复合土工膜等多为平面构造的柔性高分子材料，当位于结构物内部或表面时多处于平面应力状态，其主应力为双向拉伸应力状态。大量工程实践和科学研究表明，相比于单向拉伸受力状态，土工合成材料在双向拉伸下的延伸率、强度与模量等力学特性参数差异较大，所以有必要采用更接近工程实际受力状态的双向拉伸试验方法来测试其力学特性。论文《土工合成材料双向拉伸多功能试验机的研制及初步应用》提出了一种土工合成材料的双向拉伸试验机。该试验机能够较好的模拟试样双向受拉应力状态，更符合工程实际中材料工作性态。试验所采用的试样为十字型，在平面四个方向上完全对称，且在四肢交汇处为圆弧，试样的外轮廓由直线和曲线组成，形状比较复杂。而目前拉伸试验中采用的单向拉伸试样一般为矩形，试样外轮廓均为直线，且单向拉伸试验对试样尺寸及对称性精度要求不高，故传统试样的制作一般采用直尺画线，然后再用剪刀裁剪成形。

因土工合成材料双向拉伸试验所采用的试样外轮廓形状较为复杂，故对于曲线形状的试样，利用直尺画线和剪刀裁剪的传统制样方法不再适用。土工合成材料双向拉伸试验结果对试样形状的对称性和试样外轮廓的光滑程度非常敏感，传统手工制样方法中裁剪过程中剪刀的每一次停顿，都会产生轻微的缺口或者毛边，试验中该缺口或者毛边部位极易发生提前破坏，进而影响试验结果的真实性。此外，传统手工制样中人为操作还具有较大随机性，使得同一批次试样之间很难避免偏差的存在，从而给试验结果造成误差。综上所述，目前传统土工合成材料拉伸试验所采用的裁剪制样方法不仅本身存在制样精度低、随机性偏差大和制样效率低等缺点，更无法用于土工合成材料双向拉伸这种新型试验方法的制样。

发明内容

发明目的：本发明提供一种土工合成材料双向拉伸试验制样装置，解决现有手工制样随机性大，精度低，容易造成缺陷，偏差大制样效率低的问题。

技术方案：本发明所述的一种土工合成材料双向拉伸试验制样装置，包括带冲头和冲压平台的冲压机主体，所述冲头下可拆卸依次连接加载板和冲压板，所述冲压平台放置有模具，所述模具包括模具底板，所述模具底板上可拆卸设置有与试样形状适配的刀片。

为了传递竖向冲压荷载的同时，使冲压荷载的施加范围增大，以便均匀地传递到尺寸较大的试样及模具上，所述加载板为方形刚性板，且中心通过螺栓与冲头连接。

为了传递竖向冲压荷载的同时，避免模具上高强刀片的刀口在冲压时受损，所述冲压板为硬质塑料板，且四周通过螺栓与加载板连接。

为了方便放置和支撑模具，所述冲压平台和模具之间设置有底板，所述底板四周通过螺栓固定在冲压平台上。

为了固定刀片，所述模具底板上设置有与刀片适配的刀槽，所述刀片卡在刀槽里。

为了避免刀片在冲压时嵌入冲压板太深，导致模具和试样难以取下，所述刀片两侧设置有软泡沫塑料条。

所述土工合成材料双向拉伸试验制样装置制作试样的方法，包括以下步骤：

(1)选取试验需要冲压的试样母材，并裁剪出与模具底板同样大小的形状；

(2)将所需冲压形状对应的模具放在底板上，刀片的刀口方向朝上；

(3)将裁剪好的试样母材平整地放置在模具和冲压板之间，开启冲压机电源，然后踩下冲压机制动踏板进行冲压制样，制样结束，关闭电源，取出模具和制作好的试样，完成制样。

有益效果：本发明能够精准、快捷、高效地制作出任意复杂形状的试样，本发明适应材料范围广，可用于各种厚度的土工膜，长丝纺粘、长丝针刺、针刺短纤类型的土工织物以及复合土工膜等平面状土工合成材料的制样；本发明可采用数控机床定制需要的任意形状和尺寸模具，实现任意复杂形状试样的精准制作；本发明利用冲压原理一次成形，在保证试样形状和尺寸精度前提下，试样外轮廓非常整齐光滑，无任何缺口或者毛边，可避免因试样轮廓存在缺口或毛边而导致拉伸试验过程中发生局部提前破坏；本发明制样精度高，能够保证使用同一模具制作的所有试样的形状和尺寸完全一致，避免了传统人工裁剪制样方法存在的随机误差；本发明实现了批量化、机械化制样，可较大幅度地提高制样的效率，同时可以减轻实验人员制样工作量。

附图说明

图1为本发明装置正面结构示意图；

图2为本发明装置侧面结构示意图；

图3为本发明中模具的俯视结构示意图；

图4为图3中A-A向的剖面结构示意图。

其中：1-冲压机；2-小型冲压机冲头；3-加载板；4-冲压板；5-冲压平台；6-底板；7-模具；8-模具底板；9-高强刀片；10-软泡沫塑料条；11-制样材料；12-冲压机电源按钮；13-冲压机制动踏板；14-大螺栓；15-小螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明。

如图1-4所示，土工合成材料双向拉伸试验制样装置包括：带有冲头2和冲压平台5的冲压机1、安装固定在冲头2下的加载板3、安装固定在加载板3下的冲压板4、安装固定在在冲压平台5上的底板6以及制样时放置在冲压板4和底板6之间的模具7。

加载板3为1cm厚30cm×30cm的方形钢板，加载板为方形刚性板，在其中心位置通过一个大螺栓14固定安装在冲压机1的冲头2的下表面，其作用在于传递竖向冲压荷载的同时，使冲压荷载的施加范围增大，以便均匀地传递到尺寸较大的试样及模具上，安装时要保证加载板保持水平向，以便向下传递竖直向的冲压荷载；冲压板4为1cm厚30cm×30cm的方形聚乙烯塑料板，在其四个角部通过四个小螺栓15固定连接在加载板3的下表面，其作用是避免模具7上的高强刀片9的刀口在冲压时受损；底板6也为1cm厚30cm×30cm的方形钢板，在其四个角部通过四个小螺栓15安装在小型冲床1的冲压平台5的上表面，底板6也要保持水平向，与冲压板4平行正对，底板6与冲压板4的间距为10～20cm。

模具7由模具底板8、嵌入安装在模具底板8上的高强刀片9、在高强刀片9两侧位置粘贴在模具底板8上的软泡沫塑料条10组成。高强刀片是按照预设的试样形状和尺寸由高强不锈钢制成的锋利刀片，在制作模具7时，先采用数控技术加工出与需要制作的试样形状和尺寸一致的高强刀片9，然后采用激光定位技术在模具底板8上表面预设位置标出与高强刀片9一致的外轮廓线，并在这一外轮廓线位置开出刀槽，刀槽的宽度与高强刀片9的厚度一致，刀槽的深度应该保证高强刀片9伸出的高度足以冲切试样，再将高强刀片9嵌入安装在模具底板8上的槽中；最后将宽5mm、高5mm的软泡沫塑料条10沿着高强刀片9两侧粘贴在模具底板8上，避免高强刀片9在冲压时嵌入冲压板4的下表面太深，导致模具7和制样材料11难以取下。

在使用本发明的制样装置制样时，选取试验需要冲压的试样母材，并裁剪出与模具底板同样大小的方形制样材料11；将所需冲压形状对应的模具7放在底板6上，高强刀片9的刀口方向朝上；将裁剪好的方形制样材料11平整地放置在模具7和冲压板5之间；开启小型冲压机电源按钮12，然后踩下冲压机制动踏板13进行冲压制样；关闭小型冲压机电源按钮12，然后取出模具7和制作好的试样。

Claims (7)

1.一种土工合成材料双向拉伸试验制样装置，包括带冲头(2)和冲压平台(5)的冲压机主体(1)，其特征在于，所述冲头(2)下可拆卸依次连接加载板(3)和冲压板(4)，所述冲压平台(5)上放置有模具(7)，所述模具包括模具底板(8)，所述模具底板(8)上可拆卸设置有与试样形状适配的刀片(9)。

2.根据权利要求1所述的土工合成材料双向拉伸试验制样装置，其特征在于，所述加载板(3)为方形刚性板，且中心通过螺栓与冲头(2)连接。

3.根据权利要求1所述的土工合成材料双向拉伸试验制样装置，其特征在于，所述冲压板(4)为硬质塑料板，且四周通过螺栓与加载板(3)连接。

4.根据权利要求1所述的土工合成材料双向拉伸试验制样装置，其特征在于，所述冲压平台(5)和模具(7)之间设置有底板(6)，所述底板通过螺栓固定在冲压平台(5)上，底板(6)为方形刚性板。

5.根据权利要求1所述的土工合成材料双向拉伸试验制样装置，其特征在于，所述模具底板(8)上设置有与刀片(9)适配的刀槽，所述刀片(9)卡在刀槽里。

6.根据权利要求1所述的土工合成材料双向拉伸试验制样装置，其特征在于，所述刀片(9)两侧设置有软泡沫塑料条(10)。

7.一种采用如权利要求1所述的土工合成材料双向拉伸试验制样装置的制作试样的方法，包括以下步骤：

(1)选取试验需要冲压的试样母材(11)，并裁剪出与模具底板(8)同样大小的形状；

(2)将所需冲压形状对应的模具(7)放在底板(6)上，刀片(9)的刀口方向朝上；

(3)将裁剪好的试样母材(11)平整地放置在模具(7)和冲压板(4)之间，开启冲压机电源，然后踩下冲压机制动踏板进行冲压制样，制样结束，关闭电源，取出模具和制作好的试样，完成制样。