CN109883820B - 用于高温高频复杂载荷加载测试的试样夹持装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于高温高频复杂载荷加载测试的试样夹持装置，属于材料测试技术领域。由结构相同的左、右夹具构成，在左夹具或右夹具中，套筒的外圈与关节轴承内圈或标准板状试样夹持部件配合，通过快换挡圈固定，安装在支撑座上；套筒的内圈加工有螺纹，与高温高频复杂载荷试样的外螺纹段旋和，实现高温高频复杂载荷试样的固定；支撑座底部有四个通孔，通过螺栓安装在拉弯复合疲劳试验机上，试验机上的拉伸加载装置通过螺栓与支撑座相连，实现高温高频复杂载荷试样的静态拉伸加载。优点在于：可用于具有高温、拉伸、弯曲、超声振动等加载功能的材料试验机上。结构简单，操作方便，为航空、航天等领域关键结构材料力学性能测试提供了有力保障。
Description
技术领域
本发明涉及材料测试技术领域，特别涉及一种用于高温高频复杂载荷加载测试的试样夹持装置，使得材料试验机能够在高温（室温~1100℃）、高频（超声振动）、复杂载荷（拉伸-弯曲复合加载）条件下测试材料接近服役条件下的力学性能，为航空、航天等领域关键结构材料力学性能测试提供有力保障。
背景技术
在航空、航天领域等关键领域，某些关键结构材料通常在复杂载荷下服役，例如航空发动机叶片，受拉伸、弯曲载荷的复合作用和上千赫兹的高频振动影响，同时还会承受上千摄氏度的高温，使得材料的失效时有发生，造成严重的经济损失。常规的疲劳试验机，仅能通过拉伸疲劳、弯曲疲劳或者通过高温下的拉伸疲劳、弯曲疲劳实验进行材料力学性能测试，无法模拟航空、航天等领域关键结构材料的服役条件。因此，利用具有高温、拉伸、弯曲、超声振动等加载模块的材料试验机测试这些关键领域材料接近服役条件下的力学性能，对我国航空航天等领域的发展有重要的意义。传统的夹具与常规疲劳试验机相对应，常见的有拉伸疲劳试样夹具、弯曲疲劳试样夹具，这些夹具结构简单、功能单一，难以用于高温环境，也不能用于高频复杂载荷条件下的材料测试。综上所述，设计一种用于高温、高频、复杂载荷下的试样夹具具有重大的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高温高频复杂载荷加载测试的试样夹持装置，解决了现有技术存在的上述问题。本发明具有功能多样，工作可靠的特点，可用于高温高频复杂载荷条件下材料测试装置，使得材料试验机能在高温高频复杂载荷条件下测试航空、航天等关键领域材料接近服役条件下的力学性能，对我国航空航天等领域的发展有重要的意义。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
用于高温高频复杂载荷加载测试的试样夹持装置，由结构相同的左夹具和右夹具构成，在左夹具或右夹具中，包括套筒1、快换挡圈2、支撑座3、螺栓5、关节轴承4或标准板状试样夹持部件7，所述关节轴承4包含关节轴承外圈41、关节轴承外圈固定圆环42、关节轴承内圈43；套筒1的外圈与关节轴承内圈43或标准板状试样夹持部件7配合，关节轴承内圈43与关节轴承外圈41配合，关节轴承外圈41与关节轴承外圈固定圆环42上均加工有螺纹，二者通过螺纹紧固，关节轴承4整体通过快换挡圈2固定，安装在支撑座3上；套筒1的内圈加工有螺纹，与高温高频复杂载荷试样6的外螺纹段旋和，实现高温高频复杂载荷试样6的固定；支撑座3底部有四个通孔，通过螺栓5安装在拉弯复合疲劳试验机上，试验机上的拉伸加载装置通过螺栓与支撑座3相连，实现高温高频复杂载荷试样6的静态拉伸加载。
所述的关节轴承4与标准板状试样夹持部件7的尺寸相同，在一个夹具上通过切换关节轴承4、标准板状试样夹持部件7，实现两种不同试样——高温高频疲劳载荷试样6、标准板状试样8的夹持，从而进行材料高温高频复杂载荷下的试验或材料高温拉伸试验。
所述的标准板状试样夹持部件7包括上夹持块73和下夹持块71，上夹持块73和下夹持块71之间通过内六角螺栓72固定；上夹持块73和下夹持块71上均加工有与标准板状试样8夹持端形状相同的凹槽；标准板状试样8夹持端放置于凹槽中，合上上夹持块73和下夹持块71，并通过内六角螺栓72拧紧，实现标准板状试样8的固定。
所述的快换挡圈2上加工有六个均布的U型槽，螺栓5头部有两个对称的平面，且宽度与U型槽的宽度相配合；旋转螺栓5至其头部的平面与U型槽侧面平行，即实现快换挡圈的2的拆卸。
所述的支撑座3由耐高温材料制成，其内部开有两个对称分布的Z型冷却管道，试验时将支撑座3上端的出水口与下端的进水口连入循环冷却回路，通入循环冷却水。
本发明的有益效果在于：构思新颖，采用关节轴承，使得试样夹持端在进行拉伸-弯曲复合加载时不产生弯曲变形；功能多样，通过更换不同的夹持部件，可完成材料高温高频复杂载荷下的试验和材料高温拉伸试验两种不同的试验，且更换方便；可用于高温高频复杂载荷条件下材料测试装置，使得材料试验机高温加载下，在高频复杂载荷条件下测试航空航天等关键领域材料接近服役条件下的力学性能，对我国航空航天等领域的发展有重要的意义，同时具有工作可靠、结构简单的特点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实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。
图1为本发明与试样关系简图；
图2为本发明的结构分解图；
图3为本发明的高温高频疲劳载荷试样夹持部件与试样关系简图；
图4为本发明的高温高频疲劳载荷试样整体结构示意图；
图5为本发明的螺栓整体结构示意图；
图6为本发明的标准板状试样夹持部件与试样关系简图；
图7为本发明的标准板状试样夹持部件的结构示意图；
图8为本发明的标准板状试样整体结构示意图；
图9为本发明的支撑座冷却管道剖视图；
图10为本发明与常规夹具加载效果对比图，其中（a）部分为本发明加载前试样与夹具关系图，（b）部分为本发明拉弯复合加载后试样形变图，（c）部分为常规夹具拉弯复合加载后试样形变图。
图中：1、套筒；2、快换挡圈；3、支撑座；4、关节轴承；41、关节轴承外圈；42、关节轴承外圈固定圆环；43、关节轴承内圈；5、螺栓；6、高温高频疲劳载荷试样；7、标准板状试样夹持部件；71、下夹持块；72、内六角螺栓；73、上夹持块；8、标准板状试样。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图9所示，本发明的用于高温高频复杂载荷加载测试的试样夹持装置，可用于具有高温、拉伸、弯曲、超声振动等加载功能的材料试验机上，使得材料试验机能够在高温（室温~1100℃）、高频（超声振动）、复杂载荷（拉伸-弯曲复合加载）加载条件下测试材料接近服役条件下的力学性能，结构简单，操作方便，为航空、航天等领域关键结构材料力学性能测试提供了有力保障。装置由结构相同的左夹具和右夹具构成，在左夹具或右夹具中，包括套筒1、快换挡圈2、支撑座3、螺栓5、关节轴承4或标准板状试样夹持部件7，所述套筒1的外圈与关节轴承内圈43或标准板状试样夹持部件7配合，所述关节轴承4包含关节轴承外圈41、关节轴承外圈固定圆环42、关节轴承内圈43；套筒1的外圈与关节轴承内圈43或标准板状试样夹持部件7配合，关节轴承内圈43与关节轴承外圈41配合，关节轴承外圈41与关节轴承外圈固定圆环42上均加工有螺纹，二者通过螺纹紧固，关节轴承4整体通过快换挡圈2固定，并整体安装在支撑座3上；套筒1的内圈加工有螺纹，与高温高频复杂载荷试样6的外螺纹段旋和，实现高温高频复杂载荷试样6的固定；支撑座3底部有四个通孔，通过螺栓5安装在自制的拉弯复合疲劳试验机上，试验机上的拉伸加载装置通过螺栓与支撑座3相连，实现高温高频复杂载荷试样6的静态拉伸加载。
本发明可用于实现两种不同的试验，分别是材料高温高频复杂载荷下的试验和材料高温拉伸试验，对应的试样分别是高温高频疲劳载荷试样6和标准板状试样8。关节轴承4与标准板状试样夹持部件7尺寸相同，二者可以更换使用，在一个夹具上可通过切换关节轴承4与标准板状试样夹持部件7，实现这两种不同试样的夹持。
所述的标准板状试样夹持部件7包括上夹持块73和下夹持块71，二者通过内六角螺栓72固定；夹持块73和下夹持块71上均加工有与标准试样夹持端形状相同的凹槽。装夹时，把标准板状试样8夹持端放置于凹槽中，合上上夹持块73和下夹持块71，并用内六角螺栓72拧紧，实现标准板状试样8的固定。
所述快换挡圈2上加工有六个均布的U型槽，螺栓5头部铣出两个对称的平面，且宽度略小于U型槽宽。拆卸时，仅需旋转螺栓5至螺栓5头部平面与U型槽侧面平行，即可实现快换挡圈的2的拆卸，简化了不同夹持部件之间的更换步骤，大大缩短了被测材料试样安装的时间。
所述的支撑座3由耐高温材料制成，其内部开有两个对称分布的Z型冷却管道，试验时将支撑座3上端的出水口与下端的进水口连入循环冷却回路，通入循环冷却水以实现夹具以及被测材料试样端部的冷却，防止在高温测试试验中，被测材料试样标距段产生的高温对传感器的测量结果产生影响。
参见图1至图10所示，本发明在使用时，将夹具通过支撑座3底部的安装孔固定在试验机上。试验机测试时，需先将高温高频复杂载荷试样6与套筒1安装在一起，拉伸加载时，左、右夹具相向运动，通过套筒1轴肩实现高温高频复杂载荷试样6的轴向定位以及拉伸力的加载；套筒1外圈与关节轴承内圈43存在间隙，测试完毕后，高温高频复杂载荷试样6疲劳断裂，通过支撑座3后端的通孔即可轻松取出套筒1及高温高频复杂载荷试样6。
所述的关节轴承4与标准板状试样夹持部件7尺寸相同，二者可以更换使用。更换时，旋转螺栓5至螺栓5头部平面与U型槽侧面平行，即可实现快换挡圈的2的拆卸，从而实现关节轴承4与标准板状试样夹持部件7的更换，关节轴承4与标准板状试样夹持部件7分别对应夹持高温高频疲劳载荷试样6和标准板状试样8，通过二者的更换以进行材料高温高频复杂载荷下的试验以及材料高温拉伸试验。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，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。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于高温高频复杂载荷加载测试的试样夹持装置，其特征在于：由结构相同的左夹具和右夹具构成，在左夹具或右夹具中，包括套筒（1）、快换挡圈（2）、支撑座（3）、螺栓（5）、关节轴承（4），所述关节轴承（4）包含关节轴承外圈（41）、关节轴承外圈固定圆环（42）、关节轴承内圈（43）；套筒（1）的外圈与关节轴承内圈（43）配合，关节轴承内圈（43）与关节轴承外圈（41）配合，关节轴承外圈（41）与关节轴承外圈固定圆环（42）上均加工有螺纹，二者通过螺纹紧固，关节轴承（4）整体通过快换挡圈（2）固定，安装在支撑座（3）上；套筒（1）的内圈加工有螺纹，与高温高频疲劳载荷试样（6）的外螺纹段旋和，实现高温高频疲劳载荷试样（6）的固定；支撑座（3）底部有四个通孔，通过螺栓（5）安装在拉弯复合疲劳试验机上，试验机上的拉伸加载装置通过螺栓与支撑座（3）相连，实现高温高频疲劳载荷试样（6）的静态拉伸加载；
所述的关节轴承（4）与标准板状试样夹持部件（7）的尺寸相同，关节轴承（4）和套筒（1）配合使用组成轴承套筒组件，在一个夹具上通过切换轴承套筒组件、标准板状试样夹持部件（7），实现两种不同试样——高温高频疲劳载荷试样（6）、标准板状试样（8）的夹持，从而进行材料高温高频复杂载荷下的试验或材料高温拉伸试验；
所述的标准板状试样夹持部件（7）包括上夹持块（73）和下夹持块（71），上夹持块（73）和下夹持块（71）之间通过内六角螺栓（72）固定；上夹持块（73）和下夹持块（71）上均加工有与标准板状试样（8）夹持端形状相同的凹槽；标准板状试样（8）夹持端放置于凹槽中，合上上夹持块（73）和下夹持块（71），并通过内六角螺栓（72）拧紧，实现标准板状试样（8）的固定。
2.根据权利要求1所述的用于高温高频复杂载荷加载测试的试样夹持装置，其特征在于：所述的快换挡圈（2）上加工有六个均布的U型槽，螺栓（5）头部有两个对称的平面，且宽度与U型槽的宽度相配合；旋转螺栓（5）至其头部的平面与U型槽侧面平行，即实现快换挡圈（2）的拆卸。
3.根据权利要求1所述的用于高温高频复杂载荷加载测试的试样夹持装置，其特征在于：所述的支撑座（3）由耐高温材料制成，其内部开有两个对称分布的Z型冷却管道，试验时将支撑座（3）上端的出水口与下端的进水口连入循环冷却回路，通入循环冷却水。
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