CN109870368B - 一种扭转试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种扭转试验装置及方法，本发明涉及一种用于结构静力、疲劳试验中扭转试验试验方法,属于结构试验加载技术。针对拉伸试验机利用率低、无法进行扭转试验的问题，本发明提供一种扭转试验装置及方法：试件的一端安装两侧等长的加载支臂，另一端固定于试验平台，试验平台夹持固定于试验机。试验机的拉伸载荷通过一等臂杠杆(3)等分成两个拉伸载荷，其中一个载荷通过拉板直接传到加载支臂一端，另一载荷通过两副拉板、一个等臂杠杆(14)和一个固定座改变载荷的方向，并传到加载支臂(10)的另一端，使加载支臂(10)两侧载荷大小相等，方向相反，形成扭转力偶，实现对试件的扭转加载。本发明置结构简单，提高拉伸试验机使用率，降低试验成本。
Description
一种扭转试验装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于结构静力、疲劳试验中扭转试验试验方法,属于结构试验加载技术。
背景技术
为了研究、验证结构的剪切刚度、剪切承载能力，需要进行结构的扭转试验，如汽车轴的扭转试验，飞机盒段的扭转试验等。扭转试验机能进行一般的扭转试验，但扭转试验机价格高，普通试验室里配置扭转试验机的不多，而拉伸试验机几乎每个试验室都有。
为了在拉伸试验机进行扭转试验，提高试验室拉伸试验机的利用率，降低试验成本，需要一种能将拉伸载荷转换成扭转力偶的试验装置和方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种扭转装置及方法能够将拉伸试验机的拉伸载荷转换成扭转力偶，以便在普通拉伸试验机进行扭转试验。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：将试件的一端安装两侧等长的加载支臂，另一端固定于试验平台，试验平台夹持固定于试验机。试验机的拉伸载荷通过一等臂杠杆3等分成两个拉伸载荷，其中一个载荷通过拉板直接传到加载支臂一端，另一载荷通过两副拉板、一个等臂杠杆14和一个固定座改变载荷的方向，并传到加载支臂10的另一端，从而使加载支臂10两侧载荷大小相等，方向相反，形成扭转力偶，实现对试件的扭转加载。
这一发明解决了在拉伸试验机进行扭转试验的问题，它的优点载荷传递简单、清晰、明了，能保证加载的准确性，试验装置结构简单，容易实现，能提高拉伸试验机的使用效率，并能降低试验成本。能在结构试验中广泛使用。
附图说明
图1为本发明扭转试验装置示意图。
其中，1是拉板一，2是拉板二，3是杠杆一，4是耳叉，5是试件，6是支持座，7是试验平台，8是拉板三，9是拉板四,10是加载支臂，11是拉板五，12是拉板六,13是平台底座，14是杠杆二，15是固定座。
具体实施方式
扭转试验装置：
拉板一1和拉板二2两件一组，几何尺寸和材料均相同，位于杠杆一3和杠杆二14一端的两侧，上下各用1个螺栓与杠杆一和杠杆二连接，拉板一1、拉板二2与杠杆一3、杠杆二14以铰支的方式连接。
杠杆一3中间与耳叉4通过1个螺栓连接；杠杆一3另一端用拉板三8和拉板四9通过1个螺栓连接，杠杆一3为等臂杠杆，将拉伸试验机的单一载荷分解为两个大小相等、方向相同的载荷，即两侧拉板的载荷大小相等、方向相同。
耳叉4的上面夹持于拉伸试验机的夹头，下面与杠杆一3连接。耳叉的作用为将拉伸试验机的载荷传给杠杆一3。
试件5固定端固定于支持座6，加载端安装加载支臂10。试件5相对支持座6和加载支臂10均不能平动和转动，为了更加准确的模拟试件在真实结构中的状态，试件的固定端和加载端均可增加一段过渡段。
支持座6下面连接于试验平台，上面与试件5连接。支持座的主要作用为固定试件，保证试件的6个自由度均被约束。
试验平台7主要用于提供试件5的支撑，上面固定支持座6和固定座15，下面连接平台底座13。试验平台7作为整个试验的支撑平台必须具有足够的刚度和强度。
拉板三8、拉板四9两件一组，几何尺寸和材料均相同，位于杠杆一3和加载支臂10一端的两侧，各通过1个螺栓与杠杆一3和加载支臂10连接。
加载支臂10固定于试件5的加载端，并通过螺栓与拉板三8、拉板四9、拉板五11、拉板六12连接。加载支臂两侧等长，两侧的载荷大小相等，方向相反，为试件直接施加力偶载荷。
拉板五11、拉板六12两件一组，几何尺寸和材料均相同，位于杠杆二14和加载支臂10的两侧，各通过1个螺栓与杠杆二14和加载支臂10连接。
平台底座13位于试验平台7的下方，上端与试验平台7固定，下端夹持于拉伸试验机的夹头。平台底座13的主要作用为将试验平台7固定于拉伸试验机。平台底座13夹持段的轴线与耳叉4夹持段的轴线同轴。
杠杆二14中间通过1个螺栓与固定座15连接，一端与拉板一1、拉板二2连接，一端与拉板五11、拉板六12连接。杠杆二14的主要作用为将杠杆一3分得的载荷转换方向，并把这个载荷传递给拉板五11和拉板六12。
固定座15上与杠杆二14连接，下固定于试验平台7。固定座的主要作用是为杠杆二14提供支撑。
试验装置中所有杠杆(杠杆一、杠杆二)和所有拉板(拉板一、拉板二、拉板三、拉板四、拉板五、拉板六)的连接均采用铰接，保证能在加载过程中自由转动。
为了保证试验的顺利进行，试验装置中的所有部件必须具有足够的刚度和强度。各部件的具体尺寸依据试件的尺寸、刚度、强度以及试验载荷要求等进行详细的设计。
扭转试验方法：
通过支持座6、固定座15、平台底座13把试件固定于拉伸试验机，从试件到拉伸试验机的各夹具部件均采用固连的方法，保证试件相对于拉伸试验机无转动和平动的自由度。试件5与支持座6连接处有应力集中，为了避免试件在此处破坏，可在试件5与支持座6增加一段过渡段，过渡段相对于试件在强度、刚度方面均要适当加强。
试验的加载方法通过一个耳叉4、杠杆一3、杠杆二14、三组拉板(拉板一-拉板六)和一个固定座15来实现。耳叉4夹持于拉伸试验机的上夹头，拉伸试验机的载荷通过耳叉4传给杠杆一3，杠杆一3为等臂杠杆，把拉伸试验机的载荷均分成两个载荷，两个载荷方向相同，一个载荷由拉板一1、拉板二2共同承担，另一个载荷由拉板三8、拉板四9共同承担；杠杆二14也为等臂杠杆，杠杆二14与固定座15共同作用，把拉板一1、拉板二2传给杠杆二14的载荷转换方向，转换后的载荷与原载荷大小相同、方向相反，并把转换后的载荷传给拉板五11和拉板六1，拉板五11和拉板六12的载荷传给加载支臂10，于是加载支臂的两侧便得到大小相等、方向相反的两个载荷，这两个载荷正好形成一个扭矩。试件5与加载支臂10连接处有应力集中，为了避免试件在此处破坏，可在试件5与加载支臂10增加一段过渡段，过渡段相对于试件在强度、刚度方面均要适当加强。具体步骤如下。
1)将支持座6、固定座15、平台底座13固定于试验平台7；
2)平台底座13夹持于拉伸试验机的下夹头，将试验平台7固定于拉伸试验机；
3)将试件5固定于支持座6，保证在加载过程中试验不转动；
4)将加载支臂10固定于试件5，保证在加载过程中试验不转动；
5)将杠杆二14与固定座15通过螺栓固定连接；
6)连接耳叉4与杠杆一3，连接拉板一1、拉板二2与杠杆一3，连接拉板三8、拉板四9与杠杆一3；
7)将耳叉4夹持于拉伸试验机的上夹头；
8)连接拉板一1、拉板二2与杠杆二14，连接拉板三8、拉板四(9)与加载支臂10，通过拉板五11、拉板六12连接杠杆二14与加载支臂10；
9)拉伸试验机施加拉伸载荷，从而实现对试件5的扭转加载。
Claims (10)
1.一种扭转试验装置，其特征在于：由拉板一(1)，拉板二(2)，杠杆一(3)，耳叉(4)，支持座(6)、试验平台(7)，拉板三(8)，拉板四(9),加载支臂(10)，拉板五(11)，拉板六(12),平台底座(13)，杠杆二(14)，固定座(15)组成；拉板一(1)和拉板二(2)两件一组，位于杠杆一(3)和杠杆二(14)一端的两侧，拉板一(1)和拉板二(2)上端与杠杆一铰接连接，下端与杠杆二铰接连接；拉板三(8)和拉板四(9)两件一组，位于杠杆一(3)另一端和加载支臂(10)一端的两侧，拉板三(8)和拉板四(9)上端与杠杆一铰接连接，下端与加载支臂铰接连接；拉板五(11)和拉板六(12)两件一组，位于加载支臂(10)另一端和杠杆二(14)另一端两侧，拉板五(11)和拉板六(12)上端与加载支臂铰接连接，下端与杠杆二铰接连接；耳叉(4)下端与杠杆一(3)于杠杆一中点位置铰接连接；耳叉(4)上端夹持拉伸试验机夹头；杠杆二(14)与固定座(15)上端于杠杆二中点位置铰接连接；固定座(15)下端固接于试验平台(7)；平台底座(13)上端与试验平台(7)下面连接；平台底座(13)下端夹持拉伸试验机夹头；平台底座(13)夹持段的轴线与耳叉(4)夹持段的轴线同轴；试验平台(7)上固定有支持座(6)；支持座(6)与试件(5)固定端固定连接；试件(5)加载端与加载支臂(10)中点固定连接，试件(5)相对于支持座和加载支臂均不能平动和转动。
2.按照权利要求1所述的扭转试验装置，其特征在于：拉板一(1)和拉板二(2)尺寸和材料均相同。
3.按照权利要求2所述的扭转试验装置，其特征在于：拉板三(8)和拉板四(9)尺寸和材料均相同。
4.按照权利要求3所述的扭转试验装置，其特征在于：拉板五(11)和拉板六(12)尺寸和材料均相同。
5.按照权利要求1-4任一项所述的扭转试验装置，其特征在于：拉板一(1)和拉板二(2)通过螺栓与杠杆一(3)、杠杆二(14)连接。
6.按照权利要求1-4任一项所述的扭转试验装置，其特征在于：拉板三(8)和拉板四(9)通过螺栓与杠杆一(3)、加载支臂(10)连接。
7.按照权利要求1-4任一项所述的扭转试验装置，其特征在于：拉板五(11)和拉板六(12)通过螺栓与杠杆二(14)、加载支臂(10)连接。
8.一种利用权利要求1所述扭转试验装置的扭转试验方法，其特征在于：第一步：将支持座(6)、固定座(15)、平台底座(13)固定于试验平台(7)；第二步：平台底座(13)夹持于拉伸试验机的下夹头，将试验平台(7)固定于拉伸试验机；第三步：将试件(5)固定于支持座(6)，保证在加载过程中不转动；第四步：将加载支臂(10)固定于试件(5)，保证在加载过程中不转动；第五步：将杠杆二(14)与固定座(15)通过螺栓固定连接；第六步：连接耳叉(4)与杠杆一(3)，连接拉板一(1)、拉板二(2)与杠杆一(3)，连接拉板三(8)、拉板四(9)与杠杆一(3)；第七步：将耳叉(4)夹持于拉伸试验机的上夹头；第八步：连接拉板一(1)、拉板二(2)与杠杆二(14)，连接拉板三(8)、拉板四(9)与加载支臂(10)，通过拉板五(11)、拉板六(12)连接杠杆二(14)与加载支臂(10)；第九步：拉伸试验机施加拉伸载荷，从而实现对试件(5)的扭转加载。
9.按照权利要求8所述的扭转试验方法，其特征在于：在试件(5)与支持座(6)之间增加一段过渡段，避免试件在此处破坏。
10.按照权利要求8所述的扭转试验方法，其特征在于：在试件(5)与加载支臂(10)之间增加一段过渡段，避免试件在此处破坏。
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