CN109900567A - 一种夹具及疲劳试验设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种夹具及疲劳试验设备，涉及力学性能测试设备领域。该夹具主要包括相对间隔设置的第一夹臂和第二夹臂。第一夹臂和第二夹臂分别用于夹持被测材料长度方向上的两端。第一夹臂的材质和第二夹臂的材质均为弹簧钢。使用弹簧钢夹持被测材料，只要被测材料的直径在夹具可夹持的范围内，即可保持夹持的稳固性，就能获得较传统拉伸测试更精确的测试结果，尤其能显著提高柔性材料拉伸疲劳测试的精确性。一种疲劳试验设备，包括夹具。本夹具是国家自然科学基金研究项目(编号51179124)技术成果的一部分，对天津大学博士学位论文《合成纤维系缆的复杂力学性能及其对绷紧式系泊系统动力响应的影响》的顺利完成也起到了一定的帮助作用。

Description

一种夹具及疲劳试验设备

技术领域

本发明涉及力学性能测试设备领域，具体而言，涉及一种夹具及疲劳试验设备。

背景技术

拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。而拉伸疲劳试验则需要通过上万次的反复拉伸运动，以检测材料的相关性能。尤其在缆绳这类柔性材料的疲劳试验中，随着拉伸次数的增加，拉伸位移测量的精度逐步下降，最终严重影响疲劳试验的测试结果，使得目前的缆绳拉伸疲劳试验测得的关于缆绳的力学性能数据在很多情况下仍然不够精确。本发明发端于国家自然科学基金研究海洋工程问题的项目。目前，海洋资源的开发利用在我国得到空前的重视，缆绳则是海洋工程必不可少的工具之一，常用于将各种工作平台系泊在海洋内。在这一过程中，缆绳将承受数万次海浪冲击所导致的拉力，因此提高缆绳疲劳试验研究的精确性就显得尤为重要了。

发明内容

本发明的目的在于提供一种夹具，其能够提高材料拉伸测试结果的精确度，尤其是柔性材料。

本发明的另一目的在于提供一种疲劳试验设备，其能够提高疲劳测试数据的精确度。

本发明的实施例是这样实现的：

一种夹具，用于夹持被测试材料。其主要包括相对间隔设置的第一夹臂和第二夹臂。第一夹臂和第二夹臂分别用于夹持被测试材料长度方向上的两端。第一夹臂的材质和第二夹臂的材质均为弹簧钢。

在本发明的一些实施例中，第一夹臂和第二夹臂在沿被测试材料拉伸方向上的自身变形比被测试材料的拉伸变形至少小两个数量级。若两个夹臂的变形不在要求的精度范围内，则两个夹臂的变形可能会对被测试材料的试验精度造成不利影响。第一夹臂和第二夹臂的变形比被测试材料的拉伸变形至少小两个数量级，例如被测试材料的拉伸变形为1mm，则第一夹臂和第二夹臂的变形均至多为0.01mm。

在本发明的一些实施例中，第一夹臂包括第一夹片和第二夹片。第一夹片和第二夹片被配置为共同对被测试材料进行夹持。第一夹片和第二夹片通过第一螺栓相连以调整被测试材料的夹紧程度。第一夹片和第二夹片均为弹簧钢，借助第一螺栓对第一夹片和第二夹片之间的夹持空间进行宽度调整，使第一夹片和第二夹片能够夹紧被测试材料。具体可以以第一螺栓无法更进一步拧紧判断是否夹紧被测试材料。第一螺栓的数量可以是3个，3个螺栓均可以借助扭矩扳手进行拧紧，以保证被测试材料在被夹持部位的夹紧压力的大小在合理的范围内，而且可以保证夹紧压力的均匀性。

第二夹臂包括第三夹片和第四夹片。第三夹片和第四夹片被配置为共同对被测试材料进行夹持。第三夹片和第四夹片通过第二螺栓相连以调整被测试材料的夹紧程度。第三夹片和第四夹片均为弹簧钢，借助第二螺栓对第三夹片和第四夹片之间的夹持空间进行宽度调整，使第三夹片和第四夹片能够夹紧被测试材料。具体可以借助扭矩扳手施加足够的压力对螺栓进行拧紧，且不会出现压力过大的情况，使被测试材料受到的夹紧压力更加均匀。

在本发明的一些实施例中，第一夹片设置有第一弯曲部，第二夹片设置有第二弯曲部。第一弯曲部和第二弯曲部相对设置并共同限定形成第一导线通道。第三夹片设置有第三弯曲部，第四夹片设置有第四弯曲部。第三弯曲部和第四弯曲部相对设置并共同限定形成第二导线通道。第一导线通道和第二导线通道主要用于供拉线传感器上的拉线通过，以提高位移测量的精确度。

在本发明的一些实施例中，第一夹臂和第二夹臂均用于夹持直径为1-16mm的被测试材料。两个夹臂的夹持空间可以是可调的，以适用于测量多种不同尺寸的被测试材料，提高测试效率，当然夹持空间也可以是固定的。但夹持空间可调的范围也不易过大，可调范围过大容易导致稳定夹持的可控性降低。可以将两个夹臂的夹持范围一次性设计为可以在1-16mm的范围内进行夹持调节，当然，在其他实施例中，若是使用需要，还可以利用改变夹臂设计的方法，来夹持直径更大(≥16mm)的缆绳。但为了夹持更加稳定，可以设计两套夹臂，由两套夹臂共同达到夹持可调范围为1-16mm。其中一套夹臂的夹持范围为1-8mm(一般用于夹持直径为1-6mm的材料)，另一套夹臂的夹持范围为7-16mm(一般用于夹持直径为8-12mm的材料)。可以根据被测试材料的直径适当选择两套夹臂中的一套使用。需要说明的是，上述中的一套夹臂中包括了两个夹臂。采用两套不同的夹臂，既达到了充分利用材料性能(弹簧钢的弹性范围有一定的限制)且节省材料的目的，又达到了多种不同直径(1-16mm)的缆绳都能利用这两套夹具来夹持紧固并满足精度要求的目的。

在本发明的一些实施例中，第一夹片靠近被测试材料的一侧、第二夹片靠近被测试材料的一侧、第三夹片靠近被测试材料的一侧和第四夹片靠近被测试材料的一侧的表面均保持Ra≥12.5的粗糙度(光洁度小于或等于3.2)。发明人发现，柔性材料容易在拉伸过程中出现夹持不稳定的其中一个重要的原因就是因为柔性材料与夹具之间的摩擦力不够，为了克服这一缺陷，可以增加四个夹片内壁(直接与被测试材料接触的一侧)的粗糙度，四个夹片内壁越粗糙，柔性材料的夹持越稳定。可以采用对四个夹片内壁进行喷砂处理的方式增加内壁的粗糙度。当然，粗糙度也不宜过大，粗糙度过大容易造成材料的损伤。

在本发明的一些实施例中，第一夹片、第二夹片、第三夹片和第四夹片在与被测试材料的轴线垂直的方向上均设置有0.6-1.0mm的倒角。具体可以是在夹紧被测试材料接触面的两个外边上，在与测试材料轴线垂直的方向上设置倒角。当被测试材料贯穿四个夹片限定的两个夹持空间时，两个夹持空间边缘的边角处若较为尖锐，则容易在拉伸过程中对被测试材料造成割损，导致测试结果不准确甚至是测试失败。因此在被测试材料的轴线方向上有边角的位置，均可以设置倒角。

在本发明的一些实施例中，夹具还包括第一支杆和第二支杆。第一支杆与第一夹臂相连以提高第一夹臂沿被测试材料拉伸方向的刚度。第二支杆与第二夹臂相连以提高第二夹臂沿被测试材料拉伸方向的刚度。

在本发明的一些实施例中，第一支杆远离第一夹臂的一侧还设置有滑轮定位杆。第二支杆远离第二夹臂的一侧还设置有用于固定拉线端头的拉线固定杆。

一种疲劳试验设备，包括上述任意一种夹具。

疲劳试验设备的其他结构与常见的疲劳试验机基本相同，例如还包括拉线位移传感器、第一滑块、第二滑块、第一滑杆和第二滑杆。第一滑块和第二滑块均与第一滑杆、第二滑杆滑动连接。拉线位移传感器安装于第一滑块或第二滑块。主要是将拉线位移传感器安装于第一滑块和第二滑块之中的一个的顶面上。

本发明实施例至少具有如下优点或有益效果：

本发明实施例提供一种夹具，其主要用于夹持被测试材料，尤其适用于在柔性材料(如缆绳)的拉伸测试中对柔性材料进行夹持，可以相较于传统的拉伸测试提高柔性材料拉伸测试的精确性，从而在科研和材料的应用中都起到更加积极的推动作用。该夹具主要包括相对间隔设置的第一夹臂和第二夹臂。第一夹臂和第二夹臂分别用于夹持被测试材料上指定长度的两端。第一夹臂的材质和第二夹臂的材质均为弹簧钢。

弹簧钢是指专门用于制造弹簧和弹性元件的钢。钢的弹性取决于其弹性变形的能力，即在规定的范围之内，弹性变形的能力使其承受一定的载荷，在载荷去除之后不出现塑性变形。弹簧钢具有优良的综合性能，如力学性能(特别是弹性极限、强度极限、屈强比)、抗弹减性能(即抗弹性减退性能，又称抗松弛性能)、疲劳性能、淬透性等。采用普通弹簧钢即可以达到用一种夹臂夹紧较大范围直径缆绳的目的，不必选用特殊型号的弹簧钢。

使用弹簧钢对被测试材料进行夹持，可以使被测试材料在拉伸测试过程中始终处于较稳定的夹持状态，从而提高拉伸测试的精确度。传统的拉伸测试过程中，即使一开始将柔性材料夹紧，在后续进行拉伸的过程中，柔性材料的夹紧也会逐渐受到影响，导致拉伸力和拉伸位移始终不能准确对应，严重影响科研工作的进行。

本发明实施例还提供一种疲劳试验设备，其包括上述夹具。拉伸试验中夹具对被测试材料的夹紧程度对拉伸测试结果的精确度有直接的影响，只要夹具选用得当，疲劳试验设备均能得到较为准确的拉伸测试结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的疲劳试验设备的部分结构示意图；

图2为本发明实施例提供的拉线位移传感器的拉线在疲劳试验设备上的布设示意图；

图3为本发明实施例提供的第一套夹臂中的第三夹片的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的第二套夹臂中的其中一个夹片的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的定位板的结构示意图。

图标：100-疲劳试验设备；110-夹具；112-第一夹臂；113-第一螺栓；114-第二夹臂；115-第三弯曲部；116-第三夹片；117-第二螺栓；118-第四夹片；119-第五弯曲部；120-第一支杆；121-连接板；122-第二支杆；124-第一滑轮定位杆；126-固定杆；128-第二滑轮；130-拉线位移传感器；132-定位板；140-第一滑块；142-第一滑轮；150-第二滑块；160-第一滑杆；170-第二滑杆。

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，显然，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。通常在此处附图中描述和展示的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：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，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参照图1，图1所示为疲劳试验设备100的部分结构示意图。本实施例中仅示出了疲劳试验设备100的部分结构，其他传统结构均可以参照现有的疲劳试验设备，尤其可以参照专门针对柔性材料进行拉伸试验的试验机的结构，传统的必备结构例如包括施加拉力的施力部件，便于用户读取检测结果的显示部件(包括电脑)。借助疲劳试验设备100，可以对本实施例采用的夹具110的结构及功能进行更加清楚、详细的描述。

本实施例提供一种疲劳试验设备100，其包括夹具110。夹具110主要用于在拉伸测试过程中对被测试材料进行夹持。当然，若其他测试过程也需要使用到夹具110进行夹持，夹具110也可以在其他测试过程，例如弯曲测试，用于夹紧被测试材料。目前缆绳、丝这类柔性材料，由于其本身材料的特性，很难在测试过中准确夹紧，导致测量结果不准确，影响柔性材料的进一步研发和应用。疲劳试验设备100可以对柔性材料进行较为稳定的夹持，使得柔性材料力学测试结果的精确度大大提高。

本实施例中提供的夹具110主要包括相对间隔设置的第一夹臂112和第二夹臂114。第一夹臂112和第二夹臂114分别用于夹持被测试材料的两端。被测试材料以缆绳为例，图1中示出了缆绳被夹持时的状态。

为了保证缆绳在整个拉伸测试过程中的夹紧，第一夹臂112的材质和第二夹臂114的材质均为弹簧钢(主要材质为弹簧钢，不排出弹簧钢内含有杂质的可能)。弹簧钢是指专门用于制造弹簧和弹性元件的钢。钢的弹性取决于其弹性变形的能力，即在规定的范围之内，弹性变形的能力使其承受一定的载荷，在载荷去除之后不出现永久变形。弹簧钢具有优良的综合性能，如力学性能(特别是弹性极限、强度极限、屈强比)、抗弹减性能(即抗弹性减退性能，又称抗松弛性能)、疲劳性能、淬透性等。

使用弹簧钢对被测试材料进行夹持，由于弹簧钢具有一定的变形能力，可以使被测试材料在拉伸测试过程中始终处于较稳定的夹持状态，从而提高拉伸测试的精确度。传统的拉伸测试过程中，即使一开始将柔性材料夹紧，在后续进行拉伸的过程中，柔性材料的夹紧也会逐渐受到影响，导致拉伸力和拉伸位移始终不能准确对应，严重影响科研工作的进行。若只是将夹臂的材料换成弹簧钢，其提高的测试精度也较为有限，还可以借助夹臂上的其他设置达到进一步提高测试精度的目的，详见后述。

为了更精准地控制夹持的稳固性，第一夹臂112和第二夹臂114的变形比被测试材料的拉伸变形至少小两个数量级。若两个夹臂的变形不在要求的精度范围内，则两个夹臂的变形可能会对被测试材料的试验精度造成不利影响。第一夹臂112和第二夹臂114的变形比被测试材料的拉伸变形至少小两个数量级，例如被测试材料的拉伸变形为1mm，则第一夹臂112和第二夹臂114的变形均至多为0.01mm。

本实施例中，第一夹臂112和第二夹臂114结构相同，当然其他实施例中两者的结构也可以不完全相同，只要能够保证在被测试材料的两个位置进行夹紧即可。

详细地，第一夹臂112包括第一夹片(图中未标出)和第二夹片(图中未标出)。第一夹片和第二夹片被配置为共同对被测试材料进行夹持(如图1所示)。第一夹片和第二夹片通过第一螺栓113相连以调整被测试材料的夹紧程度。第一螺栓113可以是多个，多个第一螺栓113的使用能够提高缆绳的夹紧稳定性。第一螺栓113贯穿第一夹片和第二夹片，再利用第一螺栓113上配置的螺母进行缆绳夹紧程度的调节即可。当然，第一夹片和第二夹片均为弹簧钢，借助第一螺栓113对第一夹片和第二夹片之间的夹持空间进行宽度调整(宽度指两个夹片之间的间隔距离)，使第一夹片和第二夹片能够夹紧被测试材料。具体可以以第一螺栓113无法更进一步拧紧判断是否夹紧被测试材料。为了更精确地控制夹持力的大小以及夹持力的均匀分布，本实施例中可以使用扭矩扳手对螺栓进行拧紧，借助扭矩扳手施加足够的压力对螺栓进行拧紧，且不会出现压力过大的情况，使被测试材料受到的夹紧压力更加均匀，有助于进一步提高测试结果的精确性。

同样地，第二夹臂114包括第三夹片116和第四夹片118。第三夹片116和第四夹片118被配置为共同对被测试材料进行夹持。第三夹片116和第四夹片118通过第二螺栓117相连以调整被测试材料的夹紧程度。第三夹片116和第四夹片118均为弹簧钢，借助第二螺栓117对第三夹片116和第四夹片118之间的夹持空间进行宽度调整，使第三夹片116和第四夹片118能够夹紧被测试材料。具体可以以第二螺栓117无法更进一步拧紧判断是否夹紧被测试材料。同样的，为了更精确地控制夹持力的大小以及夹持力的均匀分布，本实施例中可以使用扭矩扳手对螺栓进行拧紧。第二螺栓117也可以是多个，多个第二螺栓117的使用能够提高缆绳的夹紧稳定性。本实施例中，第一螺栓113和第二螺栓117均有3个，分布方式如图1所示。

第一夹臂112和第二夹臂114均为夹持空间可调的设计，以适用于测量多个不同尺寸的被测试材料，提高测试效率，当然夹持空间也可以是固定的。但夹持空间可调的范围也不易过大，可调范围过大容易导致稳定夹持的可控性降低。可以将两个夹臂的夹持范围一次性设计为可以在1-16mm的范围内进行夹持调节，但为了夹持更加稳定，可以设计两套夹臂。其中一套夹臂的夹持范围为1-8mm(一般用于夹持直径为1-6mm的材料)，另一套夹臂的夹持范围为7-16mm(一般用于夹持直径为8-12mm的材料)。可以根据被测试材料的直径适当选择两套夹臂中的一套使用。需要说明的是，上述中的一套夹臂中包括了两个夹臂。图1中示出的两个夹臂适用的夹持范围为1-8mm。

发明人发现，柔性材料容易在拉伸过程中出现夹持不稳定的其中一个重要的原因就是因为柔性材料与夹具之间的摩擦力不够，为了克服这一缺陷，可以增加四个夹片内壁(直接与被测试材料接触的一侧)的粗糙度，具体可以只增加夹持缆绳部位的内壁的粗糙度。四个夹片内壁越粗糙，柔性材料的夹持越稳定。可以采用对四个夹片内壁进行喷砂处理的方式增加内壁的粗糙度。因此，第一夹片靠近被测试材料的一侧、第二夹片靠近被测试材料的一侧、第三夹片116靠近被测试材料的一侧和第四夹片118靠近被测试材料的一侧均保持光洁度小于或等于3.2(粗糙度大于等于12.5)。当然，也可以在4个夹片的内侧通过设置均匀分布的多个凸起来增加夹片内壁的粗糙程度，但需要保证凸起不能具有尖锐的毛刺，需要将凸起表面适当进行打磨，避免拉伸过程中凸起对缆绳造成割损，从而导致缆绳的拉伸测试结果不准确。因此，四个夹片内壁的粗糙度也不宜过大，太粗糙会导致缆绳在反复受拉的过程中受到切割和磨损，进而导致缆绳的有效直径下降，在同一拉力的作用下变形加大，明显影响试验数据的精度。

还可以进一步根据被夹持材料的不同，比如钢缆绳、丙纶缆绳或锦纶缆绳等，适当改变喷砂表面的粗糙度，加上施加适度的压力(扭矩扳手拧紧螺栓)，就能使各种待测试材料均达到较高精度的夹持效果。

为了进一步减少缆绳在拉伸过程中的割伤几率，从而造成测试结果不准确，第一夹片、第二夹片、第三夹片116和第四夹片118在被测试材料的轴线方向上均设置有0.6-1.0mm的倒角。当被测试材料贯穿四个夹片限定的两个夹持空间时，两个夹持空间边缘的边角处若较为尖锐，则容易在拉伸过程中对被测试材料造成割损，导致测试结果不准确甚至是测试失败。因此在被测试材料的轴线方向上有边角的位置，均可以设置倒角。当然，本实施例中疲劳试验设备100上所有边角较为锋利的转角处(尤其是外凸转角)，均可以设置0.6-1.0mm的倒角，以提高试验过程的安全性和试验结果的精准性。

在实际的海洋工程中使用的缆绳，缆绳两端均固定得较为牢固，缆绳两端的距离也较远。缆绳在受到往复荷载(例如海浪冲击导致的反复拉力等)的作用下，缆绳的力学性能会发生变化，但这种变化往往不是由于两端缆绳的夹具对缆绳造成的磨损和割伤。因此，在实验中测量拉伸变形时，必须考虑如何在保证夹紧度的前提下，不会磨损割伤绳子，而且保证夹紧时缆绳不会打滑。

夹具110还包括第一支杆120和第二支杆122。第一支杆120与第一夹臂112相连以提高第一夹臂112沿被测试材料拉伸方向的刚度，即使第一夹臂112沿测试的拉伸方向的变形进一步减小。第二支杆122与第二夹臂114相连以提高第二夹臂114沿被测试材料拉伸方向的刚度，即使第二夹臂114沿测试的拉伸方向的变形进一步减小。因此，第一支杆120和第二支杆122的使用可以提高疲劳试验测试结果的精确度。夹臂的刚度不够会引起夹臂沿缆绳被拉伸方向出现过大的变形，进而导致试验出现误差。而缆绳和夹臂之间的相对滑移，是另一类导致试验误差的变形。而本发明的重要创新之一，就是把这两种变形都很好地控制在试验要求的精度范围内。严格控制第一种变形是通过夹臂的刚度和支杆的帮助实现的，而控制第二类变形则是通过足够的夹持摩檫力(夹持面积和喷砂粗糙度)来实现的。

其他实施例中，还可以进一步设置第三支杆和第四支杆。第三支杆和第一支杆120分别连接在第一夹臂112拉伸方向上的两侧；第四支杆和第二支杆122分别连接在第二夹臂114拉伸方向上的两侧。第三支杆和第四支杆在夹臂上的安装方式可以参照第一支杆120和第二支杆122。第三支杆和第四支杆的安装位置均能够在图1中观察到。若待测试的缆绳直径较小，此时两个夹臂和第一支杆120、第二支杆122配合时达到的刚度足够，则无需再安装第三支杆和第四支杆。图1中示出的即为未安装第三支杆和第四支杆时的状态示意图。若待测试的缆绳直径较大，测试所需的拉伸力也较大(缆绳直径增加40％，测试所需拉力可能需要提高一倍多)，此时就可以再安装上第三支杆和第四支杆以增加拉伸方向上的刚度，以保证测试结果的精确度。

第一支杆120远离第一夹臂112的一侧还设置有第一滑轮定位杆124。第二支杆122远离第二夹臂114的一侧还设置有固定杆126。该设置主要用于和测量位移的传感器配合，以提高位移测量的精确度。

疲劳试验设备100还包括拉线位移传感器130、第一滑块140、第二滑块150、第一滑杆160和第二滑杆170。上述5个部分均为疲劳测试设备中的常规设置，对5个部分的详细信息还可以参照现有技术。

第一滑块140和第二滑块150均与第一滑杆160、第二滑杆170滑动连接。拉线位移传感器130安装于第一滑块140或第二滑块150。第一支杆120和第一夹臂112相邻且均安装于第一滑块140下方。第二支杆122和第二夹臂114相邻且均安装于第二滑块150下方。需要注意的是，支杆、夹臂与滑块均通过连接板121与滑块下方相连。通过螺栓将支杆与夹臂连接至连接板121上即可，需要保证连接的密合程度，保证夹臂和支杆不会出现过大的转动，避免影响测试结果的精确度。

第一滑块140或第二滑块150设置有第二滑轮定位杆(图中未标出)，第二滑轮定位杆上安装有第一滑轮142(本实施例中第一滑轮142设置于第一滑块140上)。第一支杆120上的第一滑轮定位杆124设置有第二滑轮128。请参照图2，图2所示为拉线位移传感器130的拉线在疲劳试验设备100上的布设示意图。拉线位移传感器130的拉线从传感器内拉出后依次与第一滑轮142、第二滑轮128和第二支杆122连接。拉线从第二滑轮128拉出后，沿缆绳的长度方向继续拉伸至第二支杆122上进行固定。

第一支杆120一端与第一滑块140相连，另一端与第一夹臂112相连；第二支杆122一端与第二滑块150相连，另一端与第二夹臂114相连。图2中示出了第一支杆120和第一夹臂112上开设的多个通孔(图2中未标出)，这些通孔的位置均可以设置螺杆，螺杆与通孔的配合或用于安装固定，或用于调节夹紧程度。由于第一支杆120和第二支杆122均分别与第一夹臂112、第二夹臂114连接，支杆除了可以增强拉伸方向上的刚度以外，缆绳测试时也需要贯穿两个支杆的内部空间才能进入到两个夹臂的夹持空间内，一方面使得缆绳能够在拉伸过程中更好地保持平直度，另一方面使得拉线和缆绳的位移一致性更高。由于拉线位移传感器130是通过拉线反馈的位移得出缆绳在拉伸测试过程中的位移变化情况，因此缆绳和拉线的位移越一致，用户得到的测试结果将越精确。滑轮在支杆上的设置以及支杆和夹臂的连接，达到了提高拉线和缆绳的位移一致性的目的。拉线采用上述方式布设，可以与缆绳完全保持平行，并且滑轮可以大幅度减小拉线的摩擦力，进一步保证拉线伸长量与缆绳的变形高度同步，从而使测量结果的精确度大大提高。本实施例中，可以保证拉线伸长量与缆绳的拉伸变形之间的误差比缆绳变形至少小两个数量级。

为了保证拉线能够顺利从两个夹臂中穿过，并且不受到缆绳拉伸的影响，本实施例中提供的两套夹臂(一共4个夹臂)可以采用以下设置：

请参照图3和图4，图3所示为第一套夹臂中的第三夹片116的结构示意图，其中图3(b)所示为图3(a)所示的A向视角的结构示意图。图4所示为第二套夹臂中的其中一个夹片的结构示意图。每一套夹臂具有4个结构相同的夹片。

请参照图1和图3，本实施例中采用第一套夹臂。第一夹片设置有第一弯曲部(图1中未标出)，第二夹片设置有第二弯曲部(图中未示出)。第一弯曲部和第二弯曲部相对设置并共同限定形成第一导线通道(图中未示出)。第三夹片116设置有第三弯曲部115，第四夹片118设置有第四弯曲部(图1中未标出)。第三弯曲部115和第四弯曲部相对设置并共同限定形成第二导线通道(图1中未标出)。第一导线通道和第二导线通道主要用于供拉线传感器上的拉线通过，以提高位移测量的精确度。第一弯曲部和第二弯曲部的相对设置与第三弯曲部115和第四弯曲部的相对设置相同。

请参照图4，图4中可以观察到第二套夹臂中夹片上设置的第五弯曲部119(其他三个夹片结构与此相同)，第二套夹臂中的夹片仍然两两相对设置，形成供拉线通过的通道。

第一套夹臂和第二套夹臂所适用的夹持范围不同，可以根据待测缆绳的直径选用合适的夹臂。通过对比图3和图4可知，两套夹臂上的弯曲部所形成的供拉线通过的形状不同。第三弯曲部115大致呈内凹的形状(例如可以是图3中的形状，可以是半圆形)，而第五弯曲部119没有内凹部分，只有一个外弯的形状。使用图3中结构的第一套夹臂适用于夹持直径较小的缆绳(例如用于夹持直径为1-8mm的缆绳)，这样在保证缆绳夹紧的情况下，第三弯曲部115的这种弯曲结构也可以给拉线留出足够的穿过空间，避免了由于两个夹片太过靠近而导致拉线难以穿过的情况发生，也避免了拉线与夹片直接接触从而降低测量的精度。使用图4中结构的第二套夹臂适用于夹持直径较大的缆绳(例如用于夹持直径为7-16mm的缆绳)，采用图4中的结构就能够为拉线留出足够的穿过空间。

本实施例中，拉线位移传感器130通过定位板132与第一滑块140或第二滑块150相连(本实施例中与第一滑块140相连)。第一滑轮142通过定位板132与第一滑块140或第二滑块150相连(本实施例中与第一滑块140相连)。为了提高定位板132安装的稳定性，定位板132上的安装螺孔尽量应当根据滑块的对称轴线来确定。请参照图5，图5所示为定位板132的结构示意图。定位板132上设有两组定位螺孔(图中未标出，指图5中的上下两组)。两组定位螺孔的中心圆点的连线相对第一滑块140的对称线对称设置。使定位板132在第一滑块140上的安装更加稳定，第一滑块140也不会因为定位板132的不平衡安装(指第一滑块140上受到的安装力未平衡分布)影响第一滑块140的滑移，进而避免了影响拉伸测试结果的精确性。定位板132的稳定安装，也使得滑轮和拉线的配合更加稳定，进而使得由拉线反馈出的位移结果更加准确。当然，定位板132的设置也进一步降低了由于第一滑块140的移动对拉线位移传感器130和第一滑轮142造成的影响，使得拉伸测试结果更加精确。

疲劳试验设备100的工作原理是：

选取预定长度的缆绳试样，将缆绳安装在试验测试台上，使缆绳试样达到待张拉状态(如图1所示)。按照缆绳试样的尺寸合理选择第一夹臂112和第二夹臂114在缆绳上的夹持位置，即合理确定两个夹臂之间的缆绳长度。根据缆绳的直径，调整两个夹臂上的螺栓，使两个夹臂夹紧缆绳。缆绳的一端加载拉伸力，另一端固定。拉伸力开始加载后，第一滑块140和第二滑块150将同时朝着拉伸力加载的方向滑动，但由于缆绳的伸长，两个滑块之间将出现相对位移。而拉线的长度变化将反馈出两个滑块之间的相对位移的大小，根据拉线的反馈结果，拉线传感器将测得缆绳的位移参数，测量过程中，两个夹臂始终夹紧缆绳，拉线和缆绳的位移变化始终保持高度一致，进而使得用户在疲劳试验中得到加载力-位移的准确对应结果，对柔性材料的进一步研发和应用起到了积极的推动作用。

传统拉伸测试设备中，缆绳的拉伸试验若是在一次拉伸力学试验中，测试所得的数据还是比较精确的，用于测量单位长度的位移的夹具也不会出现明显的滑移或转动，或者说即使出现滑移或转动也对精度影响较小(毕竟是单向拉伸)。但是在疲劳试验中，由于上万次的反复拉伸运动，夹具滑移或转动会导致位移测量的精度随着拉伸次数的增加而逐步下降，越靠后精度会越差——这也是目前国内外柔性材料疲劳试验最棘手的问题之一。所谓的疲劳试验，往往需要拉伸数万次之多，一般的传统夹具往往无法始终保持缆绳的夹紧程度，从而导致测试结果不具有研究参考价值。本发明提供的夹具110就可以克服上述传统疲劳试验中存在的多种缺陷。

发明人发现，在反复多次拉伸的运动中，被缆绳带动的单位长度两边的夹臂可能出现的异常变形包括：夹紧处的滑移变形(积累性的)，缆绳磨损割伤导致的同样大小拉力下的位移异常(有效截面减小而拉力不变，拉伸位移必然变大)，夹臂受力之后会出现钟摆式转动(绕顶端滑块的中心画圆弧)。这些位移都会导致量测缆绳的受拉变形与疲劳试验应有的变形不一致。而本发明提供的夹具110在设计时，通过仔细计算和图上推演，均作出合理的处理，保证了所有的误差都在要求的精度范围之内。这些措施包括夹臂的刚度设计和计算，滑块与夹臂连接板121的密合程度设计(保证夹臂不会出现过大的转动)，夹臂夹绳的紧密力度的设计和计算，拉线传感器的拉线位置设计，以及拉线过渡方法的设计等。当前，国家愈发重视海洋工程的建设与开发。海上钻井平台需要通过柔性缆绳系泊于海中，在海浪的反复冲击作用下，缆绳会受到数万次甚至数十万次的荷载，因此提高缆绳疲劳试验的精度就显得非常有意义了。

以上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 (10)

1.一种夹具，用于夹持被测试材料，其特征在于，包括相对间隔设置的第一夹臂和第二夹臂，所述第一夹臂和所述第二夹臂分别用于夹持所述被测试材料长度方向上的两端，所述第一夹臂的材质和所述第二夹臂的材质均为弹簧钢。

2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述第一夹臂和所述第二夹臂在试验中沿所述被测试材料拉伸方向上夹臂自身的变形比所述被测试材料的拉伸变形至少小两个数量级。

3.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述第一夹臂包括第一夹片和第二夹片，所述第一夹片和所述第二夹片被配置为共同对所述被测试材料进行夹持，所述第一夹片和所述第二夹片通过第一螺栓相连以调整所述被测试材料的夹紧程度；

所述第二夹臂包括第三夹片和第四夹片，所述第三夹片和所述第四夹片被配置为共同对所述被测试材料进行夹持，所述第三夹片和所述第四夹片通过第二螺栓相连以调整所述被测试材料的夹紧程度。

4.根据权利要求3所述的夹具，其特征在于，所述第一夹片设置有第一弯曲部，所述第二夹片设置有第二弯曲部，所述第一弯曲部和所述第二弯曲部相对设置并共同限定形成第一导线通道；

所述第三夹片设置有第三弯曲部，所述第四夹片设置有第四弯曲部，所述第三弯曲部和所述第四弯曲部相对设置并共同限定形成第二导线通道。

5.根据权利要求3所述的夹具，其特征在于，所述第一夹臂和所述第二夹臂配合用于夹持直径为1-16mm的所述被测试材料。

6.根据权利要求3所述的夹具，其特征在于，所述第一夹片靠近所述被测试材料的一侧、所述第二夹片靠近所述被测试材料的一侧、所述第三夹片靠近所述被测试材料的一侧和所述第四夹片靠近所述被测试材料的一侧的表面均保持Ra≥12.5的粗糙度。

7.根据权利要求3所述的夹具，其特征在于，所述第一夹片、所述第二夹片、所述第三夹片和所述第四夹片在与所述被测试材料的轴线垂直的方向上均设置有0.6-1.0mm的倒角。

8.根据权利要求1-7任一项所述的夹具，其特征在于，所述夹具还包括第一支杆和第二支杆，所述第一支杆与所述第一夹臂相连以提高所述第一夹臂沿所述被测试材料拉伸方向的刚度，所述第二支杆与所述第二夹臂相连以提高所述第二夹臂沿所述被测试材料拉伸方向的刚度。

9.根据权利要求8所述的夹具，其特征在于，所述第一支杆远离所述第一夹臂的一侧还设置有滑轮定位杆，所述第二支杆远离所述第二夹臂的一侧还设置有拉线固定杆。

10.一种疲劳试验设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的夹具。