CN109855954B - 单轴拉伸转换双轴拉伸的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单轴拉伸转换双轴拉伸的实验装置，主要由滑杆、滑筒、拉杆、框架、固定圈、上拉伸架、螺栓、垫圈、立柱、扳手、夹具、滑动连接件、铆钉a、铆钉b、螺杆、下拉伸架组成。框架是整个装置的主体结构，框架的两条竖直梁内有滑槽，滑动连接件在滑槽内与上、下拉伸架、拉杆连接起来，当竖直方向上夹具中的试件得到拉伸力，通过上、下拉伸架带动滑动连接件在竖直方向上运动，带动拉杆的运动，实现水平方向上的夹具运动，使夹具中的试件得到水平方向上第二轴向的拉伸力，进而实现双轴拉伸。本发明的双轴拉伸实验装置可以提供双向拉力和位移，模拟平面应力状态，并且工作时水平载荷和竖直载荷可以相互抵消，使得结构非常安全。

Description

单轴拉伸转换双轴拉伸的实验装置

技术领域

传统的材料力学拉伸实验装置多为单轴拉伸实验装置。对于橡胶类超弹性材料，由于其本构模型的多样性，其具体的本构模型需要通过相应的大量实验得到，其中双轴拉伸是橡胶类材料重要的实验。而单轴拉伸实验装置仅能测量单一方向的轴向载荷造成的失效，显然不能满足橡胶类工程材料的双轴实验的要求。因此研究在单轴实验装置上加一套实验装置从而实现双轴拉伸就有了重大的意义。

背景技术

材料是现如今社会的物质基础，是发展进程中最重要的条件。材料的兴衰可以带动产业的发展与衰败，一种材料的兴起，一种功能的实现，甚至可以带来技术的改革更新。材料更是我国制造业的根本，工程中材料的性能就决定了工程的难易程度。然而，由于材料的测试技术发展较为缓慢，从金属材料到橡胶以及高分子材料的力学模型研究较为匮乏，每年由于材料的破坏失效造成大量的制造浪费以及重大安全事故，对国民经济和人民的生命财产安全造成巨大的损失，急需对材料的测试手段做出改变,找到材料失效形式以及失效原因。

材料的力学性能指标是在实际工程中应用最多的参考指标。力学性能测试的目的是得到各项材料的力学指标和性能参数，比如：弹性模量、泊松比、延伸率、硬度等参数。这里我们主要运用的测试方法有：拉伸试验、扭转试验、剪切试验、硬度试验、冲击试验等。其中，拉伸试验由于方便实验，检测结果直观而且数据容易处理等优点，被广泛应用与材料力学的实验中，实验设备在单轴方面还是比较成熟的，比如早期的机械式、液压驱动式、液压伺服系统驱动式到如今的液压机电一体式的实验设备。

目前市场上少有成熟的双轴拉伸设备，主要原因在于要达到双轴拉伸，必须在不同的位置搭建伺服系统，会大大增加设备的复杂程度，让系统复杂难以满足要求，设备费用也在大大增加。

鉴于单轴拉伸装置的局限性和目前市场上双轴拉伸的可实现性较低，现提出单轴拉伸转换双轴拉伸的实验装置。所谓单轴拉伸转换双轴拉伸的实验装置，即在万能材料试验机(单轴拉伸装置)的基础上增加一套辅助装置从而实现双轴拉伸，辅助装置会实现第二轴的轴向拉伸力，以及拉力的大小、试件的拉伸位移测量，从而得到双轴拉伸的实验数据。为进一步了解材料的力学性能参数，特别对于橡胶类超弹性材料，由于本构模型的复杂程度以及多样性，双轴拉伸实验就是研究其本构模型的重要试验。

发明内容

为了解决第二轴向的拉伸力，以及拉力的大小、事件的拉伸位移测量，从而得到双轴拉伸的实验数据，特提出一种单轴拉伸转换双轴拉伸的实验装置。

为了达到上述目的，本发明解决此技术问题采用的技术方案是：

单轴拉伸转换双轴拉伸的实验装置，主要由滑杆、滑筒、拉杆、框架、固定圈、上拉伸架、螺栓、垫圈、立柱、扳手、夹具、滑动连接件a、铆钉a、铆钉b、螺杆和下拉伸架和滑动连接件b组成，其特征在于：所述上拉伸架与滑动连接件a、下拉伸架与滑动连接件b、螺杆与滑杆、滑筒与框架之间均采用螺纹连接，拉杆与滑动连接件a之间采用铆钉a连接、拉杆与滑杆之间采用铆钉b连接；所述框架是整个拉伸实验装置的主体结构，由两条竖直空心梁，竖直梁中间有滑槽，以及底座和梁的上部焊接加固圈，共同构成了整个框架；所述上拉伸架与下拉伸架对称分布，分别处于框架的顶端和底端，与竖直方向上夹具的立柱通过4个螺栓与材料试验机连接起来，使竖直方向上的夹具中的试件得到竖直方向上的第一轴向拉伸力；所述滑动连接件a位于框架的滑槽内，与上拉伸架、下拉伸架之间通过螺纹连接起来，与拉杆之间通过铆钉a连接起来，拉杆与滑杆之间通过铆钉b连接起来，拉杆与水平方向上的夹具之间又通过螺纹连接起来，当竖直方向上的夹具中的试件得到拉伸力，通过上拉伸架与下拉伸架带动滑动连接件a与滑动连接件b上下运动，滑动连接件a的运动又带动拉杆的运动，而拉杆的运动又带动水平方向上的夹具的水平运动，使水平方向上的夹具中的试件得到拉伸力。所述的夹具的数量为4个，在竖直方向上有2个，分别安装于上拉伸架和下拉伸架，在水平方向上有2个，分别通过螺杆与左右两个滑杆连接，再通过竖直方向的夹具夹持试件，实现在竖直方向的轴向拉伸，通过水平方向的夹具夹持试件，实现水平方向的轴向拉伸，从而实现双轴拉伸。

本发明的有益效果是：(1)本发明由于结构的对称性，大部分在使用所出现的水平载荷和竖直载荷可以相互抵消，使得结构非常安全。(2)可以提供不同比例的双向拉力和位移，用于模拟多种平面应力状态。

附图说明

图1为本发明单轴拉伸转换双轴拉伸实验装置的结构示意图；

图2为本发明中框架的结构示意图；

图3为本发明中固定圈的结构示意图；

图4为本发明中滑动连接件的结构示意图；

图5为本发明中上下拉伸架的结构示意图；

图6为本发明中拉杆的结构示意图；

图7为本发明中拉伸夹具的结构示意图；

图1中：1.滑杆，2.滑筒，3.拉杆，4.框架，5.固定圈，6.上拉伸架，7.螺栓，8.垫圈，9.立柱，10.扳手，11.夹具，12.滑动连接件a，13.铆钉a，14.铆钉b，15.螺杆，16.下拉伸架，17.滑动连接件b

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参见图1，单轴拉伸转换双轴拉伸的实验装置，主要由滑杆、滑筒、拉杆、框架、固定圈、上拉伸架、螺栓、垫圈、立柱、扳手、夹具、滑动连接件a、铆钉a、铆钉b、螺杆、下拉伸架和滑动连接件b组成，其特征在于：所述上拉伸架与滑动连接件a、下拉伸架与滑动连接件b、螺杆与滑杆、滑筒与框架之间均采用螺纹连接，拉杆与滑动连接件a之间采用铆钉a连接、拉杆与滑杆之间采用铆钉b连接。

所述框架是整个拉伸实验装置的主体结构，由两条竖直空心梁，竖直梁中间有滑槽，以及底座和梁的上部焊接加固圈，共同构成了整个框架；所述上拉伸架与下拉伸架对称分布，分别处于框架的顶端和底端，与竖直方向上夹具的立柱通过4个螺栓与材料试验机连接起来，使竖直方向上的夹具中的试件得到竖直方向上的第一轴向拉伸力；

所述滑动连接件a位于框架的滑槽内，与上拉伸架、下拉伸架之间通过螺纹连接起来，与拉杆之间通过铆钉a连接起来，拉杆与滑杆之间通过铆钉b连接起来，拉杆与水平方向上的夹具之间又通过螺纹连接起来，当竖直方向上的夹具中的试件得到拉伸力，通过上拉伸架与下拉伸架带动滑动连接件a与滑动连接件b上下运动，滑动连接件a的运动又带动拉杆的运动，而拉杆的运动又带动水平方向上的夹具的水平运动，使水平方向上的夹具中的试件得到拉伸力。

所述的夹具的数量为4个，在竖直方向上有2个，分别安装于上拉伸架和下拉伸架，在水平方向上有2个，分别通过螺杆与左右两个滑杆连接，再通过竖直方向的夹具夹持试件，实现在竖直方向的第一轴向拉伸，通过水平方向的夹具夹持试件，实现水平方向的第二轴向拉伸，从而实现双轴拉伸。

以上所述具体实施方式用于说明本发明而非限制本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的构思和原则前提下所作出的等同变化与修改，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.单轴拉伸转换双轴拉伸的实验装置，主要由滑杆(1)、滑筒(2)、拉杆(3)、框架(4)、固定圈(5)、上拉伸架(6)、螺栓(7)、垫圈(8)、立柱(9)、扳手(10)、夹具(11)、滑动连接件a(12)、铆钉a(13)、铆钉b(14)、螺杆(15)、下拉伸架(16)和滑动连接件b(17)组成，其特征在于：所述上拉伸架(6)与滑动连接件a(12)、下拉伸架(16)与滑动连接件b(17)、螺杆(15)与滑杆(1)、滑筒(2)与框架(4)之间均采用螺纹连接，拉杆(3)与滑动连接件a(12)之间采用铆钉a(13)连接、拉杆(3)与滑杆(1)之间采用铆钉b(14)连接；所述框架(4)是整个拉伸实验装置的主体结构，由两条竖直空心梁，竖直梁中间有滑槽，以及底座和梁的上部焊接加固圈，共同构成了整个框架(4)；所述上拉伸架(6)与下拉伸架(16)对称分布，分别处于框架(4)的顶端和底端，与竖直方向上夹具(11)的立柱(9)通过4个螺栓(7)与材料试验机连接起来，使竖直方向上的夹具(11)中的试件得到竖直方向上的第一轴向拉伸力；所述滑动连接件a(12)位于框架(4)的滑槽内，与上拉伸架(6)、下拉伸架(16)之间通过螺纹连接起来，与拉杆(3)之间通过铆钉a(13)连接起来，拉杆(3)与滑杆(1)之间通过铆钉b(14)连接起来，拉杆(3)与水平方向上的夹具(11)之间又通过螺杆(15)连接起来，当竖直方向上的夹具(11)中的试件得到拉伸力，通过上拉伸架(6)与下拉伸架(16)带动滑动连接件a(12)与滑动连接件b(17)上下运动，滑动连接件a(12)的运动又带动拉杆(3)的运动，而拉杆(3)的运动又带动水平方向上的夹具(11)的水平运动，使水平方向上的夹具(11)中的试件得到拉伸力。

2.根据权利要求1所述的单轴拉伸转换双轴拉伸的实验装置，其特征在于：所述的夹具(11)的数量为4个，在竖直方向上有2个，分别安装于上拉伸架(6)和下拉伸架(16)，在水平方向上有2个，分别通过螺杆(15)与左右两个滑杆(1)连接，再通过竖直方向的夹具(11)夹持试件，实现在竖直方向的轴向拉伸，通过水平方向的夹具(11)夹持试件，实现水平方向的轴向拉伸，从而实现双轴拉伸。

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