CN109870371B - 一种蠕变压缩实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种蠕变压缩实验装置，包括用于连接在蠕变试验机上下两根拉伸杆之间的安装架，安装架包括上压块与下压块，上压块上设置有螺纹孔A，下压块上设置有与螺纹孔A同轴的锥孔，试样一端固定在螺纹孔A中，另一端通过锥形定位器的锥头定位在锥孔中，当锥头与锥孔匹配时，螺纹孔A、锥头、锥孔及试样均同轴。本发明通过锥形定位器的圆锥面接触实现自定位功能，可使试样在单轴压缩过程中保持良好的对中性，降低了试样失稳变弯的可能。本发明还通过反向布置的引伸杆，以经预压缩的传感器测量头在复位过程中发生的回弹位移量作为试样的压缩蠕变形变量，有效的避免了传感器测量头超行程、损坏位移传感器这一情况的发生。

Description

一种蠕变压缩实验装置

技术领域

本发明涉及蠕变实验设备，尤其是一种蠕变压缩实验装置。

背景技术

随着航空工业的快速发展，对飞机性能的要求不断提高，原有的变形加工技术(滚弯，拉形等)远不能满足复杂壁板(高筋，蒙皮一体化)的制造要求，蠕变时效成形技术应运而生。蠕变时效成形技术在实现构件成形中会存在拉压不对称问题，为了确保构件成形精度、强度好，抗腐蚀性能高等，需要研究与构件材质相同的试样的蠕变拉压性能。

为开展蠕变压缩试验，已有方案如下：

授权的实用新型专利CN 206990327U提供了单向拉伸蠕变试验机用压缩夹具，该方案利用现有的单向拉伸蠕变试验机实现了材料压缩蠕变性能测试，此法适合粗短，径高比大的试样的蠕变性能测试，但细长、端面不平的试样测试存在较大局限性，该发明对于试样加工精度要求高，必须保证试样两端的平行度，力施加在压头上，与试样轴线重合度较差，通过压头位移近似表示蠕变量的测试精度不高。授权的实用新型专利CN 204422329U公开了一种机械式拉伸蠕变试验机上的压缩夹具，该发明能够在已有的机械式拉伸蠕变持久试验机上完成压缩蠕变试验，试样一端与调整球头接触，试样两端平行度不高时球头平面不水平，力与轴线不水平，且球面接触不限制旋转，压缩试验中试样易弯曲。授权的实用新型专利CN 207147874U中涉及一种在电子万能实验机上测试压缩蠕变时效的夹具，该夹具开展实验时试样本身无需夹持，只需放入夹试样处即可，使用简便，但该夹具仅适用于线性试样，对于两端带有外螺纹的棒状试样夹持精度不够，易破坏螺纹，对于后续开展的实验有影响，且该夹具结构较复杂，实验操作空间较小，安装试样不易且对温度场分布有较明显影响，不利于在蠕变机中开展蠕变实验。授权的发明专利CN 107063851A中公开了一种高温压缩夹具，该专利提供了一种用于高温环境下，测试材料压缩性能指标的试验夹具，通过交叉连接的上下压缩体，将拉力转化成压力，实现了用拉伸方式进行压缩性能测试，但该夹具试样两端未固定，易产生滑动导致试样压弯，且开展实验时需将整个夹具拆卸，实际操作不方便，并且频繁拆卸将对夹具本身产生较大影响，缩短使用寿命。授权实用新型专利CN203798673U提供了一种用于高温环境下，测试材料压缩性能指标的试验夹具，该夹具利用相对运动原理实现了将材料的拉伸性能测试转化为压缩性能测试的方法，通过拉杆带动压块挤压在一起实现对试样的压缩，此夹具进行细长状棒状样实验时无法实现对中，试样两端无夹紧装置，无法准确测量蠕变实验的位移，并且试样较长时夹具腔体和通孔加工难，成本高，精度难以保证，对于对位移精度要求高的蠕变实验结果影响很大。

授权的发明专利CN 104374646A公开了一种机械式蠕变引伸计，提供一种新的引伸计，可以装夹不同直径及不同标距的棒材试样，此发明在进行蠕变拉伸试验时通用性好，测量精度高，但是开展压缩实验时，试样的压缩量转变为传感器测头的压缩量，当试样失稳变弯后，压缩量会迅速增加，超过测量头行程，造成高精密位移传感器的损坏。授权的实用新型CN 201016904Y公开了一种金属室温蠕变试验工装，可以测量出蠕变试样的伸长量，工作过程稳定，体积小，但是该工装需与试样处于相同环境下，仅适用于室温条件下，无法开展高温蠕变试验，且试样失稳破坏时，精密位移传感器会受损。授权的实用新型CN207703621U涉及一种用于蠕变试验的快速装夹引伸装置，通过简单的操作，可满足试验装配要求，提高了装夹速度，但是开展压缩实验时，由于高精密位移传感器位于试样两旁，试样失稳弯曲会导致传感器超行程，进而导致高精密位移传感器的损坏。

综上所述，现有技术中需要一种方案，来解决蠕变压缩实验过程中易出现的试样受力与轴线不重合而发生的失稳和弯曲问题，以及发生失稳和弯曲之后位移传感器测量头因超过行程而发生损坏的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种蠕变压缩实验装置，以解决背景技术中提出的问题。

一种蠕变压缩实验装置，包括用于连接在蠕变试验机上下两根拉伸杆(即上拉伸杆与下拉伸杆)之间的安装架，所述安装架包括上压块与下压块，上压块与下压块之间沿蠕变试验机的拉伸方向保持有用于安装试样的间距，且该间距值可以在蠕变试验机的驱动下调整，所述间距可变小而用于对试样提供蠕变压缩加载操作，所述间距可变大而用于卸下试样；所述上压块或下压块上设置有可与试样一个末端的外螺纹旋合匹配的螺纹孔A，对应的，所述下压块或上压块上设置有与所述螺纹孔A同轴的锥孔，所述蠕变压缩实验装置还包括用于安装在试样另一个末端的锥形定位器，锥形定位器用于连接试样的一端设置有可与试样另一个末端的外螺纹旋合匹配的螺纹孔B，所述锥形定位器的另一端凸设有可与所述锥孔匹配的锥头，所述螺纹孔B与锥头同轴，使得当所述锥头与锥孔匹配时，所述螺纹孔A、螺纹孔B、锥头及锥孔均同轴，所述螺纹孔A的轴心线与蠕变试验机拉伸杆的轴心线平行或重合，使得在受压前，安装有锥形定位器的试样一个末端定位在螺纹孔A中，另一个末端经锥孔对锥头的引导作用而最终与螺纹孔A、螺纹孔B、锥头及锥孔保持同轴，进而在进入蠕变压缩加载进程时，试样的轴心线始终保持与受力方向平行或重合，进而防止试样失稳弯曲。

优选的，所述螺纹孔A设置在上压块上，所述锥孔设置在下压块上，螺纹孔A用于定位试样的在上末端，锥形定位器及锥孔用于定位试样的在下末端。

进一步的，所述蠕变压缩实验装置还包括引伸装置，所述引伸装置包括位移传感器、上引伸杆组与下引伸杆组，上引伸杆组的一端与试样上部位置固定连接，上引伸杆组的另一端与位移传感器主体固定连接，下引伸杆组的一端与试样下部位置固定连接，下引伸杆组的另一端压住位移传感器的测量头，且试样发生压缩形变前，所述测量头的状态为预压缩状态，随着试样逐渐发生压缩形变，下引伸杆组逐渐上移，而使测量头预压缩量逐渐减小，甚至复位。

进一步的，所述试样上部位置设置有上凸耳，试样的下部位置设置有下凸耳，所述引伸装置还包括上套环与下套环，所述上引伸杆组与下引伸杆组分别包括对称设置的两个上引伸杆及对称设置的两个下引伸杆，两个上引伸杆通过上套环箍设固定在试样上凸耳处，两个下引伸杆通过下套环箍设固定在试样下凸耳处。

所述安装架包括上导向杆、下导向杆、位于上压块上方的上连接头与上连接块，以及位于下压块下方的下连接头与下连接块，所述上导向杆与下导向杆平行设置且二者的轴向方向与螺纹孔A及螺纹孔B的轴向方向平行，所述上连接头的上端用于连接蠕变试验机的上拉伸杆，上连接头的下端与所述上连接块固定连接，所述下连接头的下端用于连接蠕变试验机的下拉伸杆，下连接头的上端与所述下连接块固定连接，所述上导向杆穿设在上压块上设置的导向孔中，上导向杆上端与上连接块固定连接，上导向杆下端与下压块固定连接，所述下导向杆穿设在下压块上设置的导向孔中，下导向杆上端与上压块固定连接，下导向杆下端与下连接块固定连接。

进一步的，所述上导向杆的上下两端以及下导向杆的上下两端均设置有轴肩。

上导向杆上端轴肩与上连接块相抵，以上端轴肩为界的细端向上伸出上连接块上设置的过孔并与限位部件连接，上导向杆下端轴肩与下压块相抵，以下端轴肩为界的细端向下伸出上压块上设置的过孔并与限位部件连接。

下导向杆上端轴肩与上压块相抵，以上端轴肩为界的细端向上伸出上压块上设置的过孔并与限位部件连接，下导向杆下端轴肩与下连接块相抵，以下端轴肩为界的细端向下伸出下连接块上设置的过孔并与限位部件连接。

进一步的，所述限位部件为与上导向杆及下导向杆末端外螺纹旋合连接的限位螺母。

进一步的，所述上导向杆与下导向杆均为平行设置的两根，两根上导向杆与两根下导向杆呈矩形阵列分布，两根上导向杆位于一对对角的位置，两根下导向杆位于另一对对角的位置。

本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供的蠕变压缩实验装置可使试样在单轴压缩过程中保持良好的对中性，减少试样失稳和传感器损坏的风险，通过锥形定位器的通过圆锥面接触实现自定位功能，保证试样轴线与试样受力方向重合改善了试样受力情况，降低了试样受力变弯的可能，提高了压缩实验的可行性，降低了废品率及实验成本，确保了试样不受损以开展后续实验。本发明还通过反向布置的引伸杆，以经预压缩的传感器测量头在复位过程中发生的回弹位移量作为试样的压缩蠕变形变量，即便试样发生失稳弯曲，传感器测量头会在回复至初始位置后与引伸杆脱离接触，有效的避免了传感器测量头超行程、损坏位移传感器这一情况的发生。

本发明能够提高蠕变压缩实验数据的可靠性，能够大大降低试样失稳弯曲的可能性和传感器损坏的风险，夹具及引伸装置装卸简单，且实际操作与拉伸实验操作过程基本一致，操作起来简单方便。

使用本发明提供的蠕变压缩实验装置在进行试样装卸时只需将试样两个末端分别旋入螺纹孔A与螺纹孔B中即可，无需人工定位，只需让锥头大致对准锥孔即可，锥头在锥孔的引导下会自动对试样进行定位，简单方便，且能够保证多次重复装配精度不变，且试样不会失稳弯曲，具有良好的稳定性。

本发明中四根导向杆(即两根上导向杆与两根下导向杆)呈矩形对角线式布置，整个安装架结构更稳定，传力更均匀，更进一步的减小了试样发生失稳弯曲的可能性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的蠕变压缩实验装置的安装架结构示意图；

图2是本发明优选实施例的蠕变压缩实验装置的安装有引伸装置的安装架结构示意图；

图3是本发明优选实施例的上导向杆与下导向杆矩形布置示意图(横截面视图)；

图中：1-上压块，11-螺纹孔A，12-上导向杆，13-上连接头，14-上连接块，2-下压块，21-锥孔，22-下导向杆，23-下连接头，24-下连接块，3-试样，4-锥形定位器，41-螺纹孔B，42-锥头，5-位移传感器，51-位移传感器主体，52-测量头，6-上引伸杆组，60-上引伸杆，61-上套环，7-下引伸杆组，70-下引伸杆，71-下套环，8-限位螺母。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1～图3的蠕变压缩实验装置，包括用于连接在蠕变试验机上下两根拉伸杆(即上拉伸杆与下拉伸杆，图中未示出)之间的安装架，所述安装架包括上压块1与下压块2，上压块与下压块之间沿蠕变试验机的拉伸方向保持有用于安装试样3的间距，且该间距值可以在蠕变试验机的下拉伸杆的驱动下调整，所述间距可变小而用于对试样提供蠕变压缩加载操作，所述间距可变大而用于卸下试样；参见图1及图2，所述上压块上设置有可与试样在上的末端的外螺纹旋合匹配的螺纹孔A11(本实施例中，螺纹孔A为通孔)，对应的，所述下压块上设置有与所述螺纹孔A同轴的锥孔21，所述蠕变压缩实验装置还包括用于安装在试样在下末端的锥形定位器4，锥形定位器用于连接试样的一端设置有可与试样在下末端的外螺纹旋合匹配的螺纹孔B41，所述锥形定位器的另一端凸设有可与所述锥孔匹配的锥头42，所述螺纹孔B与锥头同轴，使得当所述锥头与锥孔匹配时，所述螺纹孔A、螺纹孔B、锥头及锥孔均同轴，所述螺纹孔A的轴心线与蠕变试验机拉伸杆的轴心线重合，使得在受压前，安装有锥形定位器的试样的在上末端定位在螺纹孔A中，在下末端经锥孔对锥头的引导作用而最终与螺纹孔A、螺纹孔B、锥头及锥孔保持同轴，进而在进入蠕变压缩加载进程时，试样的轴心线始终保持与受力方向平行或重合，进而防止试样失稳弯曲。

本发明在蠕变过程中有以下考虑：试样开展实验前力与轴线不重合，加载后其不重合度将进一步变大，使得试样弯曲，导致实验数据不准确，且易损坏位移传感器，无法开展后续实验。本发明提供的方案中，试样与夹具直接相连，力通过螺纹连接直接作用于试样，能够有效避免力的作用方向在传递过程中与试样轴线偏移，且圆锥接触能够保证力的方向与试样轴线方向重合，降低了因力的方向偏移引起试样变弯的可能性，锥形零件具有自定位功能，对中性好，能够保证较高的同轴度，通过锥形定位器与锥孔的配合，保证实验前及加载过程中力与试样轴线重合，将会降低试样弯曲的可能性，提高实验数据的准确性与可靠性。且实际操作简单，与拉伸实验操作基本一致，在不改变蠕变机原有功能的基础上，将拉伸蠕变通过安装架改造为可实现拉压蠕变的多功能设备。安装架及引伸装置装卸简单示范后即可单独操作。

参见图2，所述蠕变压缩实验装置还包括引伸装置，所述引伸装置包括位移传感器5、上引伸杆组6与下引伸杆组7，上引伸杆组的一端与试样上部位置固定连接，上引伸杆组的另一端与位移传感器主体51固定连接，下引伸杆组的一端与试样下部位置固定连接，下引伸杆组的另一端压住位移传感器的测量头52，且试样发生压缩形变前，所述测量头的状态为预压缩状态，随着试样逐渐发生压缩形变，上引伸杆组逐渐下移(带动位移传感器主体51下移)，下引伸杆组逐渐上移(促使测量头52向上慢慢回弹)，而使测量头52预压缩量逐渐减小，甚至复位，即便试样发生失稳弯曲，试样压缩形变量(即上下引伸杆组的相对位移量)超过位移传感器的量程时，在测量头复位之后，下引伸杆组与测量头脱离不再接触，因此不会对位移传感器造成损坏。

现有的蠕变实验机主要针对拉伸试验设置，用来开展压缩实验安全性不高，且位移传感器的测量头的运动方向是随着试样的压缩量越大，测量头越向位移传感器主体内收缩，在试验应力较大时，试样的失稳弯曲容易造成超过量程，损坏位移传感器。因此本发明创新的提出了上述反向布置引伸杆的方案，将原来对于测量头的压缩转变为测量头的回弹，试样失稳后测量头仅会回弹至正常初始位置，不会损坏传感器，在不削弱精度的前提下，提高了安装架的可靠性。

本实施例中，所述试样上部位置设置有上凸耳，试样的下部位置设置有下凸耳，所述引伸装置还包括上套环61与下套环71，所述上引伸杆组与下引伸杆组分别包括对称设置的两个上引伸杆60及对称设置的两个下引伸杆70，两个上引伸杆通过上套环箍设固定在试样上凸耳处，两个下引伸杆通过下套环箍设固定在试样下凸耳处。

参见图1及图2，所述安装架包括上导向杆12、下导向杆22、位于上压块上方的上连接头13与上连接块14，以及位于下压块下方的下连接头23与下连接块24，所述上导向杆与下导向杆平行设置且二者的轴向方向与螺纹孔A的轴向方向平行，所述上连接头的上端用于连接蠕变试验机的上拉伸杆，上连接头的下端与所述上连接块固定连接，所述下连接头的下端用于连接蠕变试验机的下拉伸杆，下连接头的上端与所述下连接块固定连接，所述上导向杆从上至下依次穿过上连接块、上压板与下压板上设置的导向孔，所述上导向杆穿设在上压块上设置的导向孔中，上导向杆上端与上连接块固定连接，上导向杆下端与下压块固定连接，所述下导向杆穿设在下压块上设置的导向孔中，下导向杆上端与上压块固定连接，下导向杆下端与下连接块固定连接。

所述上导向杆的上下两端以及下导向杆的上下两端均设置有轴肩(图中未示出)。

上导向杆上端轴肩与上连接块相抵，以上端轴肩为界的细端向上伸出上连接块上设置的过孔并与限位部件连接，上导向杆下端轴肩与下压块相抵，以下端轴肩为界的细端向下伸出上压块上设置的过孔并与限位部件连接。

下导向杆上端轴肩与上压块相抵，以上端轴肩为界的细端向上伸出上压块上设置的过孔并与限位部件连接，下导向杆下端轴肩与下连接块相抵，以下端轴肩为界的细端向下伸出下连接块上设置的过孔并与限位部件连接。

参见图1及图2，所述上导向杆与下导向杆的两个外露末端均设置有外螺纹，所述限位部件为与上导向杆及下导向杆末端外螺纹旋合的限位螺母8。

参见图1及图2，本实施例中，所述上导向杆与下导向杆的均为平行设置的两根，参见图3，本实施例中，两根上导向杆与两根下导向杆呈矩形阵列分布，两根上导向杆位于一对对角的位置，两根下导向杆位于另一对对角的位置。

应当指出的是，由于板状试样压缩时易失稳弯曲，一般不用于蠕变压缩试验，本发明中所述试样均指两端带外螺纹的棒状试样。

使用本发明的蠕变压缩实验装置进行蠕变压缩实验具体过程大致如下：

将上连接头与下连接头分别连接蠕变试验机的上拉伸杆与下拉伸杆，调整蠕变试验机的下位伸杆，使上压块与下压块之间的间距拉大(最少大于试样和锥形定位器的长度之和)，将锥形定位器与试样连接，再将试样旋放螺纹孔A中与上压块连接，锥形定位器与下压块上的锥孔大致对准，试样即安装完毕。

将上引伸杆组和下引伸杆组分别利用上套环和下套环固定于试样上凸耳与下凸耳处，将位移传感器安装好，并调整测量头的位置(测量头可预压缩至测量头的下极限位置)完毕后即可开展蠕变压缩实验。

参照上述蠕变压缩实验过程，在保证试样应变不变的情况下，也可使用本发明的蠕变压缩实验装置进行应力松弛实验。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种蠕变压缩实验装置，其特征在于，包括用于连接在蠕变试验机上下两根拉伸杆之间的安装架，所述安装架包括上压块(1)与下压块(2)，上压块与下压块之间沿蠕变试验机的拉伸方向保持有用于安装试样的间距，所述上压块或下压块上设置有可与试样一个末端的外螺纹旋合匹配的螺纹孔A(11)，对应的，所述下压块或上压块上设置有与所述螺纹孔A同轴的锥孔(21)，所述蠕变压缩实验装置还包括用于安装在试样另一个末端的锥形定位器(4)，锥形定位器用于连接试样的一端设置有可与试样另一个末端的外螺纹旋合匹配的螺纹孔B(41)，所述锥形定位器的另一端凸设有可与所述锥孔匹配的锥头(42)，所述螺纹孔B与锥头同轴，使得当所述锥头与锥孔匹配时，所述螺纹孔A、螺纹孔B、锥头及锥孔均同轴，所述螺纹孔A的轴心线与蠕变试验机拉伸杆的轴心线平行或重合。

2.根据权利要求1所述的一种蠕变压缩实验装置，其特征在于，所述螺纹孔A设置在上压块上，所述锥孔设置在下压块上，螺纹孔A用于定位试样的在上末端，锥形定位器及锥孔用于定位试样的在下末端。

3.根据权利要求1所述的一种蠕变压缩实验装置，其特征在于，所述安装架包括上导向杆(12)、下导向杆(22)、位于上压块上方的上连接头(13)与上连接块(14)，以及位于下压块下方的下连接头(23)与下连接块(24)，所述上导向杆与下导向杆平行设置且二者的轴向方向与螺纹孔A及螺纹孔B的轴向方向平行，所述上连接头的上端用于连接蠕变试验机的上拉伸杆，上连接头的下端与所述上连接块固定连接，所述下连接头的下端用于连接蠕变试验机的下拉伸杆，下连接头的上端与所述下连接块固定连接，所述上导向杆穿设在上压块上设置的导向孔中，上导向杆上端与上连接块固定连接，上导向杆下端与下压块固定连接，所述下导向杆穿设在下压块上设置的导向孔中，下导向杆上端与上压块固定连接，下导向杆下端与下连接块固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种蠕变压缩实验装置，其特征在于，所述上导向杆的上下两端以及下导向杆的上下两端均设置有轴肩；

上导向杆上端轴肩与上连接块相抵，以上端轴肩为界的细端向上伸出上连接块上设置的过孔并与限位部件连接，上导向杆下端轴肩与下压块相抵，以下端轴肩为界的细端向下伸出上压块上设置的过孔并与限位部件连接；

下导向杆上端轴肩与上压块相抵，以上端轴肩为界的细端向上伸出上压块上设置的过孔并与限位部件连接，下导向杆下端轴肩与下连接块相抵，以下端轴肩为界的细端向下伸出下连接块上设置的过孔并与限位部件连接。

5.根据权利要求4所述的一种蠕变压缩实验装置，其特征在于，所述限位部件为与上导向杆及下导向杆末端外螺纹旋合连接的限位螺母(8)。

6.根据权利要求3所述的一种蠕变压缩实验装置，其特征在于，所述上导向杆与下导向杆均为平行设置的两根，两根上导向杆与两根下导向杆呈矩形阵列分布，两根上导向杆位于一对对角的位置，两根下导向杆位于另一对对角的位置。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的一种蠕变压缩实验装置，其特征在于，所述蠕变压缩实验装置还包括引伸装置，所述引伸装置包括位移传感器(5)、上引伸杆组(6)与下引伸杆组(7)，上引伸杆组的一端与试样上部位置固定连接，上引伸杆组的另一端与位移传感器主体(51)固定连接，下引伸杆组的一端与试样下部位置固定连接，下引伸杆组的另一端压住位移传感器的测量头(52)，且试样发生压缩形变前，所述测量头的状态为预压缩状态。

8.根据权利要求7所述的一种蠕变压缩实验装置，其特征在于，所述试样上部位置设置有上凸耳，试样的下部位置设置有下凸耳，所述引伸装置还包括上套环(61)与下套环(71)，所述上引伸杆组与下引伸杆组分别包括对称设置的两个上引伸杆及对称设置的两个下引伸杆，两个上引伸杆通过上套环箍设固定在试样上凸耳处，两个下引伸杆通过下套环箍设固定在试样下凸耳处。