CN109738280A - 一种用于试件的动态拉伸试验夹具及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于试件的动态拉伸试验夹具，包括上部件和下部件，上部件和下部件分别设置在试件的两端并上下对称布置，上部件和下部件结构相同；上部件包括主夹具和副夹具，主夹具的下端中部设置有通槽，在通槽的两侧均设置有螺孔，在主夹具的两侧均设置有固定填充片，固定填充片通过螺栓和螺帽与主夹具连接，主夹具和副夹具之间通过固定填充片进行固定；副夹具的上端中部设置有顶丝通孔、下端中部设置有样品槽，试件设置在样品槽内，副夹具和试件之间通过与顶丝通孔相适配的顶丝固定。试验时，本发明通过顶丝和固定填充片对试件、副夹具和主夹具进行固定，保证试验机施加的拉力与试件中轴线重合，防止偏心加载，对试验造成不利影响。

Description

一种用于试件的动态拉伸试验夹具及试验方法

技术领域

本发明涉及试验夹具技术领域，尤其涉及一种用于试件的动态拉伸试验夹具及试验方法。

背景技术

拉伸、疲劳测试是获得各类材料相关力学参数的重要方法。在进行此类试验时，常采用销钉或螺栓连接结构与试验机的连接杆相连，将待测试件放入夹具体的凹槽内的方法来使用拉伸、疲劳试验机进行试验。

中国专利公布号：CN 106483019 A；公布日：2017年03月08日，公开了一种板状试样拉伸夹具，其特征在于，该夹具包括：夹具体3，5，其一端设有销钉孔7，并通过销钉2与拉力试验机连接杆1，6连接，用于保证测试拉力、夹具以及测试件的中轴线重合，所述夹具体3，5的另一端设有一个贯穿夹具的纵向凹槽，所述凹槽的底部为样品槽8，样品槽8的宽度比试件4的厚度稍大，用于保证试样4可以放进所述夹具体3，5中进行拉伸试验。该发明还公开了一种应用所述夹具的拉伸试验方法。该发明的方案通过在夹具体的端部设有一个贯穿夹具的纵向凹槽，可以对各种高强度、高硬度及难加工的试样进行拉伸试验。该发明的不足之处在于：虽然该夹具通过销钉与拉力试验机连接杆连接，可以保证在试验刚开始的阶段试验机施加的拉力、夹具以及测试件的中轴线重合，但是无法保证夹具体在加载过程中始终与待测试件的稳固连接，可能在试验时出现待测试件偏离对称中心面的问题，进而产生偏心矩，对试验结果产生极大误差，影响相关结论的分析。

中国专利公布号：CN 103018101 A；公开日：2013年04月03日，公开了一种高温拉伸试验夹具，具体地说涉及一种陶瓷基复合材料高温拉仲试验夹具。该夹具由主、副夹头组成；主夹头的一端为圆柱端，另一端设有楔面；副夹头成T形，截面成U形；副夹头用于夹持试件，副夹头的T形面开有螺纹孔；主夹头的圆柱端与试验机连接，楔面端与副夹头相连。该发明提供的用于陶瓷基复合材料高温拉伸测试的夹具，试件受拉伸时，夹持端两侧受到主夹头的拉力，夹持端的中部受到副夹头的拉力。试件夹持端受力较为均匀，避免了试件受拉时夹持端首先破坏，大大提高拉伸试验的成功率。采用的试件为等厚的板状试件，加工方便，经济型好。主、副夹头的材料选用高强度耐高温材料。该夹具还可适用于其他剪切强度较差的高温材料拉伸试验。该发明的不足之处在于：主副夹具拉伸夹具只可将试验件在垂直方向固定，在受到拉伸载荷时，容易使得螺栓与试样接触位置处的应力过大，导致局部发生压溃。

发明内容

发明目的：针对现有试验夹具在试验的过程中易出现损坏试件测试数据的问题，本发明提出一种针对沉头片状试件的动态拉伸试验夹具及试验方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于试件的动态拉伸试验夹具，所述动态拉伸试验夹具包括上部件和下部件，所述上部件和下部件分别设置在试件4的两端并上下对称布置，所述上部件和下部件结构与连接方式均相同；

所述上部件包括主夹具1和副夹具2，所述主夹具1的下端中部设置有通槽9，所述通槽9用于放置副夹具2，在所述通槽9的两侧均设置有螺孔5；

所述副夹具2的上端中部设置有顶丝通孔3、下端中部设置有样品槽8，所述样品槽8用于夹持试件4的端部，所述副夹具2和试件4之间通过与顶丝通孔3相适配的顶丝12进行固定；

在所述主夹具1的两侧均设置有固定填充片6，所述固定填充片6包括螺孔61、固定片62和填充块63，所述螺孔61设置在填充块63的两侧，所述螺栓7通过螺孔5和螺孔61与螺帽11相配合连接主夹具1和固定填充片6以固定副夹具2，所述填充块63位于固定片62的中部，用于固定样品槽8中的试件4。

更进一步地，所述上部件还包括连接杆10，所述连接杆10位于主夹具1的上端。

更进一步地，位于所述副夹具2两侧的填充块63伸入副夹具2中的厚度相同。

更进一步地，所述螺孔5的长度与主夹具1的厚度相同，所述螺孔61的长度与固定片62的厚度相同，所述螺栓7的长度大于螺孔5和两个螺孔61的长度之和，所述螺孔5和螺孔61尺寸相同。

更进一步地，所述通槽9的尺寸与副夹具2的外轮廓尺寸相同。

更进一步地，所述样品槽8的截面轮廓为梯台形，槽口尺寸从上往下不断减小。

更进一步地，所述主夹具1与固定填充片6的接触面进行滚花处理。

更进一步地，所述主夹具1的外端均进行倒角处理。

一种使用用于试件的动态拉伸试验夹具的试验方法，包括如下步骤：

S1：根据试验需求调试试验机程序，设置试验参数；

S2：将所述试件4与动态拉伸试验夹具进行组合安装；

S3：调整试验机的夹头高度，分别将所述上部件的连接杆10和下部件的连接杆10与试验机进行连接；

S4：对所述试件4进行拉伸、疲劳测试。

更进一步地，步骤S2将所述试件4与动态拉伸试验夹具进行组合安装，具体过程如下：

S2.1：将第一个所述固定填充片6放入上部件副夹具2的一侧中，再将所述试件上端部41放入样品槽8中，并通过所述顶丝12将副夹具2与试件上端部41进行固定；

S2.2：将装好所述试件4的副夹具2放入通槽9中；

S2.3：将第二个所述固定填充片6放入上部件副夹具2的另一侧中，之后将所述螺栓7通过螺孔5和螺孔61与螺帽11相配合，将固定填充片6与主夹具1进行连接；

S2.4：重复所述步骤S2.1～步骤2.3完成试件下端部42与下部件的组装。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：

(1)本发明通过主夹具上的连接杆与试验机连接，同时设置一个前后贯通的通槽，并装配与通槽尺寸一致且带有顶丝通孔的副夹具，其中可以通过与顶丝通孔相适配的顶丝固定试件与副夹具，从而可以保证试件与副夹具之间的充分接触；

(2)本发明通过配套的固定填充片、螺栓、螺帽共同将副夹具和主夹具之间进行了固定，其中可以通过伸入副夹具中固定填充片厚度的一致，保证试验机施加的拉力与夹具的中轴线重合，从而避免了试验时产生偏心弯矩，进而导致对试验结果造成不利影响；

(3)本发明可以根据每种试件的沉头尺寸和厚度的不同，调整固定填充片伸入副夹具中的厚度以及副夹具样品槽的尺寸，以用于满足试验需求，从而更具有灵活性，同时还有利于各种易加工、易切削的材料进行拉伸加卸载、疲劳试验，进而提高了试验夹具的适用性；

(4)本发明对于力学性能非各向同性的复合材料来说，可在其任意方向进行切削取样，并且即可以用于拉伸试验，也可用于疲劳试验，进而实现了一种夹具多种用途，有效地节省了投入成本，同时本试验夹具装卸方便，有效地缩短了试验前期准备工作的时间。

附图说明

图1是本发明试验夹具的二维示意图；

图2是本发明试验夹具的三维爆炸示意图；

图3是本发明主夹具的结构示意图；

图4是本发明副夹具的结构示意图；

图5是本发明固定填充片的结构示意图；

图6是本发明试件的结构示意图；

图中标号对应部件名称：

1、主夹具；2、副夹具；3、顶丝通孔；4、试件；41、试件上端部；42、试件下端部；5、螺孔；6、固定填充片；61、螺孔；62、固定片；63、填充块；7、螺栓；8、样品槽；9、通槽；10、连接杆；11、螺帽；12、顶丝。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。其中，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件所必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。

应注意的是，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要再对其进行进一步的具体讨论和描述。

实施例1

参考图1、图2和图6，本实施例提供了一种用于试件的动态拉伸试验夹具，该动态拉伸试验夹具包括上部件和下部件，上部件和下部件分别设置在试件4的两端并上下对称布置，同时上部件和下部件的结构和连接方式完全相同。

其中上部件包括主夹具1和副夹具2，参考图3，主夹具1的下端中部设置有通槽9，其中通槽9用于放置副夹具2，具体的讲，通槽9贯穿主夹具1，且通槽9为三端开口部件，也就是说主夹具1的下端中部中空，且中空部分的尺寸与副夹具2的外轮廓尺寸相同，即通槽9的尺寸与副夹具2的外轮廓尺寸相同。

在本实施例中，主夹具1的上端中部固定有连接杆10，其中连接杆10用于动态拉伸试验夹具与试验机之间的连接。同时在通槽9的两侧均设置有螺孔5，且通槽9两侧的螺孔5的厚度与主夹具1的厚度相同。这是为了保证主夹具1与副夹具2之间能够进行固定。

值得注意的是，为了保证动态拉伸试验夹具在安装的过程中，操作人员能够更加安全快速的安装，主夹具1的外端均进行倒角处理，从而防止了意外擦伤、划伤等意外事件的发生。

参考图4，在本实施例中，副夹具2的上端中部设置有顶丝通孔3、下端中部设置有样品槽8，其中样品槽8用于夹持试件4，具体地讲，试件4的端部放置于样品槽8中，更进一步在讲，试件上端部41放置于上部件的样品槽8中，试件下端部42放置于下部件的样品槽8中，之后副夹具2与试件4之间通过与顶丝通孔3相适配使用的顶丝12进行固定，从而使得副夹具2与试件4之间充分接触。

更进一步地讲，样品槽8也为三端开口部件，也就是说副夹具2的下端中部也为中空。值得注意的是，样品槽8张开的角度与试件4端部伸入部分张开的角度一致，这是为了能够保证试件4的端部可以置入样品槽8的内部。同时，为了保证试件4在拉伸过程中，能够始终与副夹具2紧密结合，在本实施例中，样品槽8的截面轮廓设置为梯台形，且槽口尺寸从上往下不断地减小。

为了防止试件4在样品槽8内晃动，在副夹具2的两侧对称设置有固定填充片6。参考图5，固定填充片6的填充块63的形状与样品槽8的形状一致，固定填充片6中的固定片62的长度大于主夹具1中的两个螺孔5之间的间距，这是由于固定片62也设置有两个螺孔61，且两个螺孔61的长度与固定片62的厚度相同。且固定片62中的两个螺孔61之间的间距与主夹具1中两个螺孔5之间的间距相同，同时固定片62中的两个螺孔61在固定片62中左右对称分布。

具体地讲，试件4端部伸入样品槽8中，样品槽8的前后分别用固定填充片6中的填充块63夹置并填充，同时将螺栓7穿过主夹具1中的螺孔5与固定填充片6中的螺孔61，并通过螺栓7和螺帽11相配合将主夹具1与固定填充片6进行固定。为了保证主夹具1与固定填充片6之间的固定能够更加稳固，主夹具1与固定填充片6之间的接触面进行了滚花处理，从而增大了主夹具1与固定填充片6之间的摩擦力。

值得注意的是，固定填充片6中的填充块63伸入样品槽8中的厚度相同，其中伸入的厚度由试件4的厚度决定，试件4的厚度相对厚，伸入的厚度就相对薄，试件4的厚度相对薄，伸入的厚度就相对厚，这是为了保证两个伸入的厚度与试件4的厚度之和与副夹具2的厚度相同，从而可以使得试件4固定在样品槽8的中轴位置中，进而既保证了试件4与主夹具1的紧密连接，又保证了试件4在进行试验时，试件4的轴线与动态拉伸试验夹具整体的中轴线以及试验机施加的外力重合。

本实施例还提供了一种使用用于试件的动态拉伸试验夹具的试验方法，其中动态拉伸试验夹具的材质并没有具体严格的要求，在本实施例中，动态拉伸试验夹具的材质选择为不锈钢，显然地，动态拉伸试验夹具地材质选择不是不锈钢也是允许的。其中试验的适用温度，是根据动态拉伸试验夹具的不锈钢材质的耐热性能进行确定的。具体地讲，本实施例中的动态拉伸试验夹具采用HG652不锈钢，故试验的适用温度条件为25℃～1000℃。

在本实施例中，具体地讲，利用上述动态拉伸试验夹具对C/SiC材料进行常温拉伸加卸载试验，具体包括如下步骤：

步骤S1：根据试验需求调试试验机程序，设置试验参数，其中试验参数在本实施例中为试验机的加载速度和加载路径。

步骤S2：将试件4与动态拉伸试验夹具进行组合安装，具体过程如下：

步骤S2.1：将上部件中的副夹具2的一侧放入第一个固定填充片6，再将固定填充片6中的填充块63放入样品槽8中，之后再将试件上端部41放入上部件的样品槽8中，并通过与顶丝通孔3相适配的顶丝12将副夹具2与试件上端部41进行固定。

步骤S2.2：将上部件中装好试件4的副夹具2放入上部件的通槽9中。

步骤S2.3：上部件副夹具2的另一侧放入第二个固定填充片6，并将固定填充片6中的填充块63放入样品槽8中，再将螺栓7穿过主夹具1的螺孔5和固定填充片6中的螺孔61，最后将螺栓7与螺帽11之间进行连接，将固定填充片6与主夹具1进行连接。

步骤S2.4：重复步骤S2.1～步骤2.3完成试件下端部42与下部件之间的组装，从而将动态拉伸试验夹具整体与试件4进行固定，保证动态拉伸试验夹具整体与试件4居中。

步骤S3：根据安装好的动态拉伸试验夹具整体与试件4的长度，调节试验机的夹头高度，将上部件和下部件中的连接杆10分别与试验机进行连接。

步骤S4：根据试验需求，对试件4进行试验，在本实施例中，具体地讲，试件4进行常温拉伸加卸载试验，则不需要提高试件4试验时的温度，可直接对试件4进行拉伸试验。记录试验结果，获得试验所需的数据。

值得注意的是，若是试件4进行高温拉伸加卸载试验，则需要提高试件4的试验温度，此时可通过动态拉伸试验夹具将试件4放入加热炉中，其中加热炉与试验机之间可以无任何的连接关系，保持能够符合试验进行的相对位置即可。更进一步地将，需要使用加热炉的试验，需要设定加热温度，当加热炉内温度升高到预定温度并稳定后，才可对试件4进行试验。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构和方法并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于试件的动态拉伸试验夹具，其特征在于：所述动态拉伸试验夹具包括上部件和下部件，所述上部件和下部件分别设置在试件(4)的两端并上下对称布置，所述上部件和下部件结构与连接方式均相同；

所述上部件包括主夹具(1)和副夹具(2)，所述主夹具(1)的下端中部设置有通槽(9)，所述通槽(9)用于放置副夹具(2)，在所述通槽(9)的两侧均设置有螺孔(5)；

所述副夹具(2)的上端中部设置有顶丝通孔(3)、下端中部设置有样品槽(8)，所述样品槽(8)用于夹持试件(4)的端部，所述副夹具(2)和试件(4)之间通过与顶丝通孔(3)相适配的顶丝(12)进行固定；

在所述主夹具(1)的两侧均设置有固定填充片(6)，所述固定填充片(6)包括螺孔(61)、固定片(62)和填充块(63)，所述螺孔(61)设置在填充块(63)的两侧，所述螺栓(7)通过螺孔(5)和螺孔(61)与螺帽(11)相配合连接主夹具(1)和固定填充片(6)以固定副夹具(2)，所述填充块(63)位于固定片(62)的中部，用于固定样品槽(8)中的试件(4)。

2.根据权利要求1所述的一种用于试件的动态拉伸试验夹具，其特征在于：所述上部件还包括连接杆(10)，所述连接杆(10)位于主夹具(1)的上端。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于试件的动态拉伸试验夹具，其特征在于：位于所述副夹具(2)两侧的填充块(63)伸入副夹具(2)中的厚度相同。

4.根据权利要求3所述的一种用于试件的动态拉伸试验夹具，其特征在于：所述螺孔(5)的长度与主夹具(1)的厚度相同，所述螺孔(61)的长度与固定片(62)的厚度相同，所述螺栓(7)的长度大于螺孔(5)和两个螺孔(61)的长度之和，所述螺孔(5)和螺孔(61)尺寸相同。

5.根据权利要求3所述的一种用于试件的动态拉伸试验夹具，其特征在于：所述通槽(9)的尺寸与副夹具(2)的外轮廓尺寸相同。

6.根据权利要求4所述的一种用于试件的动态拉伸试验夹具，其特征在于：所述样品槽(8)的截面轮廓为梯台形，槽口尺寸从上往下不断减小。

7.根据权利要求5所述的一种用于试件的动态拉伸试验夹具，其特征在于：所述主夹具(1)与固定填充片(6)的接触面进行滚花处理。

8.根据权利要求6所述的一种用于试件的动态拉伸试验夹具，其特征在于：所述主夹具(1)的外端均进行倒角处理。

9.一种使用如权利要求1-6任一项所述的一种用于试件的动态拉伸试验夹具的试验方法，包括如下步骤：

S1：根据试验需求调试试验机程序，设置试验参数；

S2：将所述试件(4)与动态拉伸试验夹具进行组合安装；

S3：调整试验机的夹头高度，分别将所述上部件的连接杆(10)和下部件的连接杆(10)与试验机进行连接；

S4：对所述试件(4)进行拉伸、疲劳测试。

10.根据权利要求9所述的一种使用用于试件的动态拉伸试验夹具的试验方法，其特征在于，步骤S2将所述试件(4)与动态拉伸试验夹具进行组合安装，具体过程如下：

S2.1：将第一个所述固定填充片(6)放入上部件副夹具(2)的一侧中，再将所述试件上端部(41)放入样品槽(8)中，并通过所述顶丝(12)将副夹具(2)与试件上端部(41)进行固定；

S2.2：将装好所述试件(4)的副夹具(2)放入通槽(9)中；

S2.3：将第二个所述固定填充片(6)放入上部件副夹具(2)的另一侧中，之后将所述螺栓(7)通过螺孔(5)和螺孔(61)与螺帽(11)相配合，将固定填充片(6)与主夹具(1)进行连接；

S2.4：重复所述步骤S2.1～步骤2.3完成试件下端部(42)与下部件的组装。