CN110455617B - 一种拉脱试验夹具 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及机械设备技术领域，提供了一种拉脱试验夹具，包括顶部夹具和底部夹具；顶部夹具包括第一法兰盘接头、第一套筒和第二套筒，两个套筒同轴，两套筒筒体径向开设有通孔，销钉穿过通孔固定两个套筒；底部夹具与拉伸机的机架座刚性连接，包括帽型件底座，帽型件的中心开始有圆孔，与层合板试件连接的螺栓穿过圆孔，与第二套筒的中心内螺纹连接；所述层合板试件与帽型件靠近底座一侧面面配合，实现对所述层合板试件的固定。该夹具与螺栓装配采用螺纹啮合方式，连接可靠性更高，便于试验时螺栓试件的拆卸。且通过套筒部件中心处内螺纹结构保证了试验过程中螺杆与夹具轴线的一致性，提高了试验结果的精度。

Description

一种拉脱试验夹具
技术领域
本申请涉及机械设备技术领域，尤其涉及一种拉脱试验夹具。
背景技术
拉脱强度是指紧固件与层合板机械连接结构法向极限承载时，螺栓沿垂直板方向拉脱而出的载荷。相比于材料平面主方向，层合板法向承载性能较弱，拉脱阻抗性能是结构设计和强度校核的主要指标，一般通过实验测试验证。
拉脱强度研究初期多采用冲压头模拟沉头螺栓方法试验，夹具端部的冲压头模拟螺栓几何特征具有唯一性，夹具使用存在较大局限性，不利于开展结构强度参数化研究，且夹具冲头动态加载方式与准静态拉脱载荷存在一定差异。后期学者基于ASTM标准提出了一种螺栓与纤维复合材料板连接结构拉脱强度的试验方法，将试验夹具划分为上下两部分。通过螺母配合将螺栓与上部分夹具固定，并由帽型件、销钉、双耳叉等复杂部件将拉伸机输出的载荷传递至试件，不仅不利于螺栓试件的装卸，且当层合板材料拉脱阻抗性较强时，较小的啮合面可能产生滑丝甚至螺杆断裂卡在夹具内等情况，对试验效率和进展产生影响。夹具T型端通过面夹持的配合方式实现与拉伸机的装配固定。
现有拉脱夹具设计方案中螺栓与顶部夹具通过螺母预紧的方式实现刚性连接。受螺杆直径尺寸的影响，螺母预紧力量级与常规拉脱极限载荷量级相当，对于某些屈服强度较高的金属材料板，通常前者会弱于后者。这将导致试验机拉伸过程中，螺栓与夹具出现偏轴甚至是脱落现象。螺母预紧的连接方式可能会导致试验结果与设计预期误差较大，甚至试验中止。
除此之外，现有技术受螺母预紧方式的影响，与螺杆相连的部件设计成帽型结构，受夹具体积影响，帽型部件线切割开口区域有限，装配螺母时扳手尺寸因侧向开口特征，对大直径螺杆等试件的装调存在一定困难。另外，由于夹具端截面尺寸有限，夹持配合方式降低了载荷传递的可靠性及方向精确性，且根据工程力学理论，夹具结构的许用应力值也相对较低，在拉脱试验时夹具可能产生较大塑性变形甚至断裂等隐患。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种拉脱试验夹具，以解决现有技术中存在较大塑性变形甚至断裂的问题。
本申请实施例的提供了一种拉脱试验夹具，包括：顶部夹具和底部夹具；
顶部夹具包括第一法兰盘接头，与第一法兰盘接头连接的第一套筒和第二套筒，两个套筒同轴，两套筒筒体径向开设有通孔，销钉穿过所述通孔，以固定两个套筒，第二套筒内加工有内螺纹；
底部夹具与拉伸机的机架座刚性连接，包括帽型件、与帽型件连接的底座，底座包括梯形纵立柱，梯形纵立柱与第二法兰盘接头相连接；
层合板试件与帽型件靠近底座一侧面面配合，帽型件的中心开设有圆孔，所述层合板试件的连接结构穿过所述圆孔，与第二套筒的内螺纹连接，以实现对所述层合板试件的固定。
可选地，在本申请提供的另一实施例中，所述底座还包括横板，横板两端开设有沟槽，螺栓穿过帽型件和所述沟槽，与所述螺栓配合使用的螺母固定帽型件和底座。
可选地，在本申请提供的另一实施例中，梯形纵立柱端面开设6个螺纹孔，通过内六角螺钉与第二法兰盘接头刚性固定。
可选地，在本申请提供的另一实施例中，帽型件与所述层合板试件面面配合一侧设置有限位结构，用于在水平方向限定所述层合板试件的位置。
可选地，在本申请提供的另一实施例中，所述第一套筒底部设置有橛结构，通过所述橛结构与第二套筒实现轴向配合。
可选地，在本申请提供的另一实施例中，所述第一套筒通过螺栓与第一法兰盘接头相连接。
可选地，在本申请提供的另一实施例中，底部夹具与拉伸机的机架座刚性连接包括：
通过销钉穿过第二法兰盘接头的贯穿孔与拉脱机底座的通孔，以使所述拉脱试验夹具与所述拉脱机连接。
可选地，在本申请提供的另一实施例中，所述第二法兰盘接头外表面设置有外螺纹，通过丝扣盘面与所述拉脱机底座端面配合的丝扣与所述外螺纹配合，以固定所述拉脱试验夹具与所述拉脱机。
本申请提供的拉脱试验夹具包括顶部夹具和底部夹具，底部夹具与拉伸机的机架座刚性连接，本申请提供的拉脱试验夹具具有以下有益效果：
该拉脱试验夹具与螺栓装配采用螺纹啮合方式，连接可靠性更高，便于试验时螺栓试件的拆卸。且通过套筒部件中心处内螺纹结构保证了试验过程中螺杆与夹具轴线的一致性，进而提高了试验结果的精度。
该拉脱试验夹具与拉伸机法兰盘通过销、套筒等结构实现轴向及径向的刚性固定，省略了含有弹簧锁紧机构的夹头部件，提升了试验的可靠性并降低了夹具制备成本。
在帽型件结构设计时，考虑了层合板试件XOY面内的自由度问题，为实现固支边界条件约束，进行了限位结构设计。
该拉脱试验夹具中各部件结构在设计时均给予适当的截面计算，通过有限元方法及工程力学理论校核了夹具强度并保留一定的安全裕度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的拉脱试验夹具的装配图；
图2为本申请实施例提供的拉脱试验夹具的爆炸图；
图3是本申请实施例提供的第二法兰盘接头与拉伸机的装配示意图；
图4是本申请实施例提供的第二法兰盘接头与拉伸机的装配截面图；
图5是本申请实施例提供的底座、第二法兰盘接头以及帽型件的装配示意图；
图6是本申请实施例提供的帽型件与层合板试件的限位示意图；
图7是本申请实施例提供的第一套筒、第二套筒及层合板试件的装配图。
其中，1.顶部夹具；2.底部夹具；11.第一法兰盘接头；12.第一套筒；13.第二套筒；14.销钉；121.橛结构；21.帽型件；22.底座；23.第二法兰盘接头；24.螺栓；25.螺母；26.内六角螺钉；27.销钉；211.圆孔；212.限位结构；221.梯形纵立柱；222.横板；3.拉伸机底座。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
本申请提供了一种拉脱试验夹具请参阅图1-图7，包括：顶部夹具(1)和底部夹具(2)；顶部夹具(1)包括第一法兰盘接头(11)，与第一法兰盘接头(11)连接的第一套筒(12)和第二套筒(13)，两个套筒同轴，两套筒筒体径向开设有通孔，销钉(14)穿过所述通孔，以固定两个套筒，第二套筒(13)内加工有内螺纹；底部夹具(2)与拉伸机底座(3)刚性连接，包括帽型件(21)、与帽型件(21)连接的底座(22)，底座(22)包括梯形纵立柱(221)，梯形纵立柱(221)与第二法兰盘接头(23)相连接；层合板试件与帽型件(21)靠近底座(22)一侧面面配合，帽型件(21)的中心开设有圆孔(211)，所述层合板试件的连接结构(23)穿过所述圆孔，与第二套筒(13)的内螺纹连接，以实现对所述层合板试件的固定。
可选地，所述底座(22)还包括横板(222)，横板(222)两端开设有沟槽，螺栓(24)穿过帽型件(21)和所述沟槽，与所述螺栓配合使用的螺母(25)固定帽型件(21)和底座(22)。梯形纵立柱(221)端面开设6个螺纹孔，通过内六角螺钉(26)与第二法兰盘接头(23)刚性固定。帽型件(21)与所述层合板试件面面配合一侧设置有限位结构(212)，用于在水平方向限定所述层合板试件的位置。所述第一套筒(12)底部设置有橛结构(121)，通过所述橛结构(121)与第二套筒(13)实现轴向配合。所述第一套筒(12)通过螺栓与第一法兰盘接头(11)相连接。底部夹具(2)与拉伸机的机架座刚性连接包括：通过销钉(27)穿过第二法兰盘接头(23)的贯穿孔与拉脱机底座(3)的通孔，以使所述拉脱试验夹具与所述拉脱机连接。所述第二法兰盘接头(23)外表面设置有外螺纹，通过丝扣盘面与所述拉脱机底座(3)端面配合的丝扣与所述外螺纹配合，以固定所述拉脱试验夹具与所述拉脱机。
具体地，如图1所示：本申请计的拉脱试验夹具分为上下两部分，分别与力学拉伸机接头两端固定，夹具零部件爆炸图如图2所示。底部夹具2主要由帽型件21、底座22及第二法兰盘接头23部件构成，顶部夹1具主要由第一套筒12、第二套筒13、销钉14及第一法兰盘接头11组成。底部夹具2与拉伸机机底座3刚性连接，为试件提供固支边界条件；顶部夹具1与拉伸机移动端连接，为试验提供准静态的拉脱载荷。
本申请顶部、底部夹具均通过相同尺寸的法兰盘接头部件与拉伸机进行连接。连接方式如图3所示，通过销钉27使第二法兰盘接头23的贯通孔与拉伸机底座3的通孔保持同轴，进而实现二者的径向固定；通过丝扣与第二法兰盘接头23表面外螺纹的啮合，及丝扣盘面与拉伸机接头端面的配合，实现夹具与拉伸机的刚性固定。如图5所示：底部夹具2中第二法兰盘接头23与试验机机架刚性固定，并通过6颗M12内六角螺钉26经螺纹啮合方式与底座22结构连接。底座22的结构由梯形纵立柱221与横板222组成。梯形立柱221端面含有6个M10螺纹孔，通过内六角螺钉与第二法兰盘接头23刚性固定；横板222呈矩形状，两端包含开槽结构，并利用螺栓24穿过板槽，通过螺母25与横板外侧面的配合实现底座22与帽型件21的轴向连接。
如图6所示，帽型件21上板部位中心开圆孔211，层合板试件(紧固件)得以通过并与顶部夹具中第二套筒13部件进行连接；帽型件21两端在相应的位置设有螺纹间隙孔，保证螺栓通过，并通过部件底面与夹具底座22形成配合。试验时，层合板试件与帽型件21上板下边缘面面配合，进而对层合板施加边界条件的约束。虽然帽型件21对试件施加了法向位移约束，但试件在XOY面上仍存在自由度，为保证层合板固支边界条件，结合试件正方形状，在帽型件21上板部分设置四边形限位结构212。进一步地，第一套筒12第二套筒13通过中心内螺纹与螺栓配合。两套筒1、2在筒体径向贯通开孔，并通过销钉进行径向固定。通过第一套筒12底部橛结构121与第二套筒13顶端实现轴向配合，进而达到二者刚性固定的目的。第一套筒12与第一法兰盘接头11通过螺栓实现固定，进而将拉伸机法向位移载荷通过第二套筒13传递至螺栓。
本申请提供的拉脱试验夹具，适用于螺栓与纤维金属增强层合板(FML)等具备大量级法向承载能力的连接结构进行拉脱强度试验。针对螺栓几何特征、板多元化边界条件等因素的参数化拉脱试验研究，在设计时考虑了夹具通用性和实用性。
本申请提供的拉脱试验夹具包括顶部夹具和底部夹具，底部夹具与拉伸机的机架座刚性连接，本申请提供的拉脱试验夹具具有以下有益效果：
该拉脱试验夹具与螺栓装配采用螺纹啮合方式，连接可靠性更高，便于试验时螺栓试件的拆卸。且通过套筒部件中心处内螺纹结构保证了试验过程中螺杆与夹具轴线的一致性，进而提高了试验结果的精度。
该拉脱试验夹具与拉伸机法兰盘通过销、套筒等结构实现轴向及径向的刚性固定，省略了含有弹簧锁紧机构的夹头部件，提升了试验的可靠性并降低了夹具制备成本。
在帽型件结构设计时，考虑了层合板试件XOY面内的自由度问题，为实现固支边界条件约束，进行了限位结构设计。
该拉脱试验夹具中各部件结构在设计时均给予适当的截面计算，通过有限元方法及工程力学理论校核了夹具强度并保留一定的安全裕度。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种拉脱试验夹具，其特征在于，包括：顶部夹具(1)和底部夹具(2)；
顶部夹具(1)包括第一法兰盘接头(11)，与第一法兰盘接头(11)连接的第一套筒(12)和第二套筒(13)，两个套筒同轴，两套筒筒体径向开设有通孔，销钉(14)穿过所述通孔，以固定两个套筒，第二套筒(13)内加工有内螺纹；所述第一套筒(12)底部设置有橛结构(121)，通过所述橛结构(121)与第二套筒(13)实现轴向配合，所述第一套筒(12)通过螺栓与第一法兰盘接头(11)相连接，将拉伸机法向位移载荷通过所述第二套筒传递至层合板试件的连接结构(23)；
底部夹具(2)与拉伸机底座(3)刚性连接，包括帽型件(21)、与帽型件(21)连接的底座(22)，底座(22)包括梯形纵立柱(221)，梯形纵立柱(221)与第二法兰盘接头(23)相连接；
层合板试件与帽型件(21)靠近底座(22)一侧面面配合，帽型件(21)的中心开设有圆孔(211)，所述层合板试件的连接结构(23)穿过所述圆孔，与第二套筒(13)的内螺纹连接，以形成所述层合板试件与所述拉脱试验夹具之间的螺纹啮合连接，保证试验过程中所述层合板试件的连接结构(23)与所述拉脱试验夹具轴线的一致性，进而提高试验结果的精度。
2.如权利要求1所述的拉脱试验夹具，其特征在于，所述底座(22)还包括横板(222)，横板(222)两端开设有沟槽，螺栓(24)穿过帽型件(21)和所述沟槽，与所述螺栓配合使用的螺母(25)固定帽型件(21)和底座(22)。
3.如权利要求1或2所述的拉脱试验夹具，其特征在于，梯形纵立柱(221)端面开设6个螺纹孔，通过内六角螺钉(26)与第二法兰盘接头(23)刚性固定。
4.如权利要求1所述的拉脱试验夹具，其特征在于，帽型件(21)与所述层合板试件面面配合一侧设置有限位结构(212)，用于在水平方向限定所述层合板试件的位置。
5.如权利要求1所述的拉脱试验夹具，其特征在于，底部夹具(2)与拉伸机的机架座刚性连接包括：
通过销钉(27)穿过第二法兰盘接头(23)的贯穿孔与拉脱机底座(3)的通孔，以使所述拉脱试验夹具与所述拉脱机连接。
6.如权利要求5所述的拉脱试验夹具，其特征在于，所述第二法兰盘接头(23)外表面设置有外螺纹，通过丝扣盘面与所述拉脱机底座(3)端面配合的丝扣与所述外螺纹配合，以固定所述拉脱试验夹具与所述拉脱。
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