CN108680429A - 可在线观测和全应变拾取的结构模拟件高温拉伸测试夹具 - Google Patents

可在线观测和全应变拾取的结构模拟件高温拉伸测试夹具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种结构模拟件在高温条件下进行拉伸测试所使用的夹具。整个夹具由上、下两个夹具组成，上下夹具的主体是长方体板式的夹头，夹头采用高温合金材料。上夹头的下部设置有燕尾型夹持槽，下夹头的上部开有适应所研究结构模拟件几何形式的夹持槽，上下夹头各有一个孔用于将夹具安装在拉伸试验机炉外夹具上。此高温拉伸测试夹具配合有观察窗的高温加热炉使用，满足对结构模拟件的在线观测和全应变信息拾取。此发明的上下夹头采用不对称式结构设计，上夹头相对下夹头宽度方向尺寸更大，夹持槽的尺寸也相应增大，下夹头的夹持槽设计成能够适应所研究结构模拟件的几何形状，以测试各种复合材料被制成不同零部件后的力学性能。

Description

可在线观测和全应变拾取的结构模拟件高温拉伸测试夹具
技术领域
本发明涉及一种可在线观测和全应变拾取的结构模拟件高温拉伸测试夹具，属于材料力学性能试验装置技术领域。
背景技术
传统拉伸试验为材料标准件试验，而针对编织复合材料，制备成具有一定结构的零部件后，纤维编织排布往往是不同于标准件的，材料局部性能也不同于标准件，因此，在标准件测试基础上，还需进一步进行结构模拟件考核。除此之外，在对结构模拟件进行测试时能对其实时观测并进行全场应变信息的拾取十分必要。本发明中的高温拉伸测试夹具配合有观察窗的高温炉使用时，能实现对试验件的在线观测和全场应变信息拾取，根据不同需求设计夹头的开槽形状能用于测试各类复合材料结构模拟件的性能。
发明内容
本发明旨在设计一种可在线观测和全应变拾取的结构模拟件高温拉伸测试夹具，解决实验过程中试件处于完全封闭状态而不能对其进行在线观测和全应变信息拾取的问题。本发明还提供了在高温下对复合材料结构模拟件进行测试考核的可能。
为了解决以上问题并实现上述功能，整个夹具包括上、下两部分，每个部分的主体是长方体板式的耐高温夹头，本测试夹具采用开放式开槽，上下夹具不对称式结构设计，试样在下夹具夹持槽内的夹持端为考核部位。
整个夹具结构简单，仅由不对称的两个夹头构成，结构模拟件的考核段相对于外界处于开放状态。
试验所用复合材料结构模拟件通过两个夹持端固定在两个夹具之间。
所述上夹具由上夹头、上销钉孔、上夹持槽和第一冷却孔构成；
所述下夹具由下夹头、下销钉孔、下夹持槽和第二冷却孔构成；
所述结构模拟件由上夹持端、下夹持端和连接段构成。
所述上夹头的上部开有用于与拉伸试验机上炉外夹具(标准拉伸试验机上的夹具，开有和上销钉孔形状尺寸相同的销钉孔，其它设计不在本发明讨论范围内)相连的上销钉孔，通过销钉将上夹头和拉伸试验机上炉外夹具连接在一起。在上销钉孔的附近还开有第一冷却水孔，开有内螺纹可以安装水嘴街头，用于对上夹具进行冷却。上夹头的下部有适应结构模拟件上夹持端的上夹持槽，用于固定安装结构模拟件，上夹持槽一般采用燕尾形状的夹持槽，上夹持槽各方向的尺寸一般比下夹持槽大四分之一到三分之一。上夹头一般是等厚的长方体板状结构，设计得相对于下夹头更宽，通常比下夹头的宽度大四分之一到三分之一，以保证拉伸过程上夹持端不先于结构模拟件的下夹持端发生破坏与失效。
所述下夹头的下部同样开有用于与拉伸试验机下炉外夹具(标准拉伸试验机上的夹具，开有和下销钉孔形状尺寸相同的销钉孔，其它设计不在本发明讨论范围内)相连的下销钉孔，通过销钉将下夹头和拉伸试验机下炉外夹具连接在一起。在下销钉孔的附近开有第二冷却水孔，开有内螺纹可以安装水嘴街头，用于对下夹具进行冷却。上部有能够与所考核的结构模拟件的结构相配合的下夹持槽，具体形状由结构模拟件的下夹持端决定。下夹头亦是等厚的长方体板状结构，设计得相对于上夹头更窄(尺寸要求在上文对上夹头的要求中已经提到)，以保证拉伸过程下夹持端先于结构模拟件的上夹持端发生破坏或失效。
所述结构模拟件一般等厚度，其上夹持端设计成标准拉伸试验件夹持端的形状，用于夹持，安装于上夹头的上夹持槽内。下夹持端设计成所要考核的复合材料的结构形式，亦用于夹持，安装于下夹头的下夹持槽内。
本发明与现有技术相比，其优点在于：传统测试夹具夹持部位的试样表面处于完全封闭状态，无法对实验过程的一些重要信息进行实时采集。采用本发明后，结构模拟件的试验段处于可观测状态，配合有观察窗的高温炉使用时，可对结构模拟件进行在线观测和全应变信息拾取，利于对复合材料的高温性能展开更加深入的研究。上、下夹具在出炉膛部位，夹具侧面四条边设置倒角，防止尖角碰坏炉内保温材料。除此之外，本发明打破了传统夹具上下对称的设计，将上夹具设计得更宽，下夹具的夹持槽设计成能够适应所研究不同结构模拟件的几何形状，以测试复合材料被制成不同形状零部件后的高温力学性能。
附图说明
图1为上夹具的三维效果图。
图2为下夹具的三维效果图。
图3为结构模拟件的三维效果图。
图4为整个夹具组装后的示意图。
图中符号说明：
1-1：上夹头；1-2：上销钉孔；1-3：上夹持槽；1-4：第一冷却水孔
2-1：下夹头；2-2：下销钉孔；2-3：下夹持槽；2-4：第二冷却水孔
3-1：上夹持端；3-2：下夹持端；3-3：连接段；
4-1：上夹具；4-2：下夹具；4-3：结构模拟件。
具体实施方式
以下结合实施例对发明做详细的说明，实施例旨在解释而非限定本发明的技术方案。
如图4所示，可在线观测和全应变拾取的结构模拟件高温拉伸测试夹具主要包括上、下夹具4-1和4-2，实验所用复合材料结构模拟件4-3通过两个夹持端固定在两个夹具之间。上夹具4-1、下夹具4-2和结构模拟件4-3的具体设计如图1、2、3所示。上夹具4-1由上夹头1-1、上销钉孔1-2、上夹持槽1-3和第一冷却水孔1-4构成，下夹具4-2由下夹头2-1、下销钉孔2-2、下夹持槽2-3和第二冷却水孔2-4构成，结构模拟件4-3由上、下夹持端3-1和3-2和连接段3-3构成。为尽量使实验结果更加真实准确，并且保证试样在厚度方向无约束的情况下，在拉伸载荷作用下不会发生扭转失稳等异常，试样厚度不低于试样最小宽度的三分之一，上下夹具厚度不低于试样厚度的3倍。
本发明高温拉伸测试夹具的测试步骤如下所述，包括：
步骤一：将水嘴接头通过第一冷却水孔1-4和第二冷却水孔2-4的内螺纹连接在上夹头1-1和下夹头2-1上，并接通水源以便在实验过程中完成冷却；
步骤二：利用下夹头的下销钉孔2-2将下夹头2-1与拉伸试验机的下炉外夹具通过销钉相连接，将下夹具4-2固定在拉伸试验机上；
步骤三：再利用上夹头1-1的上销钉孔1-2将上夹具4-1与拉伸试验机的上炉外夹具通过销钉相连接；
步骤四：将拉伸试验机的上横梁调整至合适位置，使上夹持槽1-3与下夹持槽2-3距离略小于正常试样安装状态的距离(约偏小1～2mm)，小心从正面装入试样至夹具中央。
步骤五：缓慢上升试验机的上横梁，使结构模拟件4-3的连接段3-3刚好受到拉伸，随后关闭与该系统相配合的高温炉，开始升温，进行试验。步骤六：实验中的加温由带有观察窗的高温炉实现，通过观察窗可实现对结构模拟件4-3的在线观测和全应变信息拾取。
步骤七：结构模拟件4-3断裂后，需在炉内充分冷却后才能打开炉体、更换试样。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种可在线观测和全应变拾取的结构模拟件高温拉伸测试夹具，其特征在于：包括上夹具和下夹具两部分，试验所用复合材料结构模拟件通过两个夹持端固定在两个夹具之间；
所述上夹具由上夹头、上销钉孔、上夹持槽和第一冷却孔构成；
所述下夹具由下夹头、下销钉孔、下夹持槽和第二冷却孔构成；
所述结构模拟件由上夹持端、下夹持端和连接段构成；
所述上夹头的上部开有用于与拉伸试验机上炉外夹具相连的上销钉孔，通过销钉将上夹头和拉伸试验机上炉外夹具连接在一起；在上销钉孔的附近还开有第一冷却水孔，开有内螺纹安装水嘴街头，用于对上夹具进行冷却；上夹头的下部有适应结构模拟件上夹持端的上夹持槽，用于固定安装结构模拟件，
所述下夹头的下部同样开有用于与拉伸试验机下炉外夹具相连的下销钉孔，通过销钉将下夹头和拉伸试验机下炉外夹具连接在一起；在下销钉孔的附近开有第二冷却水孔，开有内螺纹安装水嘴街头，用于对下夹具进行冷却；上部有能够与结构模拟件的结构相配合的下夹持槽，具体形状由结构模拟件的下夹持端决定；下夹头亦是等厚的长方体板状结构，相对于上夹头更窄；
所述结构模拟件为等厚度，其上夹持端设计成标准拉伸试验件夹持端的形状，用于夹持，安装于上夹头的上夹持槽内；下夹持端设计成复合材料的结构形式，亦用于夹持，安装于下夹头的下夹持槽内。
2.根据权利要求1所述的可在线观测和全应变拾取的结构模拟件高温拉伸测试夹具，其特征在于：所述上夹头、下夹头为长方体板式的耐高温的夹头。
3.根据权利要求1所述的可在线观测和全应变拾取的结构模拟件高温拉伸测试夹具，其特征在于：夹具采用开放式开槽，上、下夹具采用不对称式结构。
4.根据权利要求1所述的可在线观测和全应变拾取的结构模拟件高温拉伸测试夹具，其特征在于：结构模拟件的考核段相对于外界处于开放状态。
5.根据权利要求1所述的可在线观测和全应变拾取的结构模拟件高温拉伸测试夹具，其特征在于：所述拉伸试验机上的夹具开有和上销钉孔形状尺寸相同的销钉孔。
6.根据权利要求1所述的可在线观测和全应变拾取的结构模拟件高温拉伸测试夹具，其特征在于：所述拉伸试验机上的夹具开有和下销钉孔形状尺寸相同的销钉孔。
7.根据权利要求1所述的可在线观测和全应变拾取的结构模拟件高温拉伸测试夹具，其特征在于：上夹持槽采用燕尾形状的夹持槽；上夹持槽各方向的尺寸比下夹持槽大四分之一到三分之一。
8.根据权利要求1所述的可在线观测和全应变拾取的结构模拟件高温拉伸测试夹具，其特征在于：上夹头是等厚的长方体板状结构，比下夹头的宽度大四分之一到三分之一，保证拉伸过程上夹持端不先于结构模拟件的下夹持端发生破坏与失效。
9.一种利用权利要求1所述的可在线观测和全应变拾取的结构模拟件高温拉伸测试夹具的测试步骤，其特征在于，包括如下：
步骤一：将水嘴接头通过第一冷却水孔和第二冷却水孔的内螺纹连接在上夹头和下夹头上，并接通水源以便在实验过程中完成冷却；
步骤二：利用下夹头的下销钉孔将下夹头与拉伸试验机的下炉外夹具通过销钉相连接，将下夹具固定在拉伸试验机上；
步骤三：再利用上夹头的上销钉孔将上夹具与拉伸试验机的上炉外夹具通过销钉相连接；
步骤四：将拉伸试验机的上横梁调整至合适位置，使上夹持槽与下夹持槽距离小于正常结构模拟件安装状态的距离(约偏小1～2mm)，小心从正面装入结构模拟件至夹具中央；
步骤五：缓慢上升试验机的上横梁，使结构模拟件的连接段刚好受到拉伸，随后关闭相配合的高温炉，开始升温，进行试验；
步骤六：实验中的加温由带有观察窗的高温炉实现，通过观察窗可实现对结构模拟件的在线观测和全应变信息拾取；
步骤七：结构模拟件断裂后，需在炉内充分冷却后才能打开炉体、更换结构模拟件。
10.根据权利要求9所述的可在线观测和全应变拾取的结构模拟件高温拉伸测试夹具的测试步骤，其特征在于：步骤四中，上夹持槽与下夹持槽距离小于正常结构模拟件安装状态的距离为偏小1～2mm。
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