CN111122307A - 一种海洋户外大气环境拉压疲劳试验夹具及其试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海洋户外大气环境拉压疲劳试验夹具及其试验方法，夹具包括可设置于疲劳试验机上且上下正对的上夹具体、下夹具体，上夹具体下方通过上锁紧螺栓可调定位有上夹具压盘，该上夹具压盘与上夹具体之间设置有上试件夹块，该上试件夹块与上夹具压盘楔形活动设置；下夹具体上方通过下锁紧螺栓可调定位有下夹具压盘，该下夹具压盘与下夹具体之间设置有下试件夹块，该下试件夹块与下夹具压盘楔形活动设置，其中，各部件采用各类保护层进行海洋大气环境的防腐保护，并结合试件的夹持方式来提升拉压疲劳试验在海洋户外大气环境下的持续有效试验。

Description

一种海洋户外大气环境拉压疲劳试验夹具及其试验方法
技术领域
本发明涉及一种海洋户外大气环境拉压疲劳试验夹具及其试验方法，用于辅助装备或产品在海洋户外大气环境下作长期拉压疲劳试验，属于环境试验技术领域。
背景技术
装备(产品)在恶劣、复杂的海洋大气环境下使用时，将经受严酷海洋大气环境腐蚀与拉伸/压缩等载荷的综合作用，给装备(产品)关重结构的安全可靠使用带来很大隐患，尤其会加剧以高性能结构钢、铝合金、钛合金、镁合金等金属材料为主体的关重承力结构的腐蚀疲劳破坏，加速其性能退化和功能失常。通过开发能在海洋户外大气环境下长期使用的拉压疲劳试验夹具，实现在海洋户外大气环境下对不同类型、尺寸试件开展长期、稳定、可靠的拉压疲劳试验，进而掌握材料及结构海洋大气环境腐蚀与拉伸/压缩载荷耦合作用下环境损伤规律及机制，对于提升装备(产品)海洋大气环境适应性具有重要意义。
目前，国内外在拉压疲劳试验夹具设计上多采用两种形式：一是在夹具座上开楔形槽、通过楔形夹块对试样施加压紧力；二是通过套筒、转接头以螺纹连接的形式夹紧试样。例如，CN106885729A公开了一种平板试件的高温拉压疲劳试验夹具及方法，该夹具通过螺纹自锁结构与楔形夹块的组合实现对平板试件的稳定支持，满足平板试件在高温环境下(高温800℃)的拉伸/压缩疲劳试验需求；CN108548716A公开了一种圆棒试件高温拉压疲劳试验夹具及试验方法，该夹具通过转接头、承压圆盘、套筒的组合，实现对圆棒试件在室温至高温800℃范围内的单轴拉伸、拉伸/压缩疲劳试验；CN206618630U和CN206618631U则公开了一种万能拉压力试验机夹具，该夹具通过手柄齿轮、齿条、楔形夹块、限位槽、转轴、铰接座的组合，避免试样受压时楔形夹块松动，实现对试样的有效夹紧。
前述夹具虽然都能用于拉压疲劳试验，但均未针对严酷海洋环境条件下拉压疲劳试验夹具的使用特点从结构设计、防护工艺设计等方面综合考虑夹具的防腐蚀性能，难以适用于海洋户外大气环境下的长期拉压疲劳试验。同时，有的夹具结构较为复杂，有的夹具通用性较差，往往只能针对特定类型、特定尺寸的试件开展试验，不能直接推广应用于海洋户外大气环境下平板与棒材试件的拉压疲劳试验。
发明内容
针对上述现有技术中的不足之处，本发明提出一种海洋户外大气环境拉压疲劳试验夹具及其试验方法，满足疲劳试验机在海洋户外大气环境下长久开展拉压疲劳试验的需求，适用于不同尺寸的平板与棒材试件开展拉压疲劳试验。
为了实现上述目的，本发明的技术方案：一种海洋户外大气环境拉压疲劳试验夹具，其包括可设置于疲劳试验机上且上下正对的上夹具体、下夹具体，所述上夹具体下方通过上锁紧螺栓可调定位有上夹具压盘，该上夹具压盘与所述上夹具体之间设置有上试件夹块，该上试件夹块与所述上夹具压盘楔形活动设置；所述下夹具体上方通过下锁紧螺栓可调定位有下夹具压盘，该下夹具压盘与所述下夹具体之间设置有下试件夹块，该下试件夹块与所述下夹具压盘楔形活动设置，其中，
所述上试件夹块、下试件夹块的楔形方向相反，该上试件夹块、下试件夹块对应试件的两端进行夹持定位；
所述上夹具体、上夹具压盘、下夹具压盘、下夹具体分别由3Cr13不锈钢一体成型，且各表面由内到外依次均设置有TH52-80锶铬黄防腐底漆层、TS55-80聚氨酯面漆层；
所述上试件夹块、下试件夹块分别由20CrMnTi钢一体成型，且各表面均设置有氟聚合物协合改性涂层；
所述上锁紧螺栓、下锁紧螺栓分别由316L不锈钢一体成型，且各表面均涂抹防锈油。
进一步的，所述上夹具压盘、下夹具压盘中间均开有楔形槽孔，所述上试件夹块、下试件夹块端部对应贯穿于上夹具压盘、下夹具压盘的楔形槽孔上，且该上夹具压盘、下夹具压盘通过其上的楔形槽孔对所述上试件夹块、下试件夹块形成限位。
进一步的，所述上试件夹块、下试件夹块的夹持面为锯齿形平面或/和锯齿形V形槽面。
进一步的，所述上夹具体、下夹具体对应通过上夹具连杆、下夹具连杆定位于所述疲劳试验机上，其中，所述上夹具连杆、下夹具连杆分别由3Cr13不锈钢一体成型，且各表面由内到外依次均设置有TH52-80锶铬黄防腐底漆层、TS55-80聚氨酯面漆层。
本发明同时公开一种海洋户外大气环境拉压疲劳试验方法，其采用前述海洋户外大气环境拉压疲劳试验夹具对试件进行拉伸或压缩载荷的施加试验，其步骤包括如下，
S1、将下夹具体固定于疲劳试验机上，试件的下夹持端装入下试件夹块内，拧紧下锁紧螺栓，使得下夹具压盘驱使下试件夹块将试件的下夹持端夹紧固定；
S2、驱动疲劳试验机，使得上夹具体、下夹具体相向移动，待试件的上夹持端可进入上试件夹块时停止；
S3、将上夹具体固定于疲劳试验机上，试件的上夹持端装入上试件夹块内，拧紧上锁紧螺栓，使得上夹具压盘驱使上试件夹块将试件的上夹持端夹紧固定；
S4、在疲劳试验机输入拉压疲劳试验参数，拉力或压力通过疲劳试验机传递至上夹具体、下夹具体，进而刚性传递至试件上，实现拉压疲劳试验过程中的拉伸或压缩载荷施加。
本发明的有益效果：
(1)、通过结构设计及防护处理，可针对平板类或棒材试件在海洋大气环境下开展拉压疲劳试验，也可以用于实验室模拟疲劳试验，经验证，拉压疲劳试验夹具能够在海洋大气环境中使用三年以上，确保严酷海洋大气环境拉压疲劳试验可靠、有效地连续开展。
(2)、采用锁紧螺栓进行调节夹具体与夹具压盘之间的距离，进而调整两试件夹块间距，可满足不同长度尺寸试件的夹持需求。
(3)、通过试件夹块的设计可有效防止拉压疲劳试验过程中试件打滑，实现在海洋户外大气环境的单轴拉伸、压缩疲劳试验。
(4)、对拉压夹具各部件采用特定材质及防护处理，防腐防锈性能优异，极大地提升了拉压夹具海洋大气户外环境适应能力。其中，夹具连杆、夹具体、夹具压盘采用3Cr13不锈钢，表面设置保护层，保证足够强度的同时又满足耐腐蚀要求；试件夹块采用20CrMnTi钢，满足抗疲劳性能要求，表面设置氟聚合物协合改性涂层满足耐腐蚀要求；锁紧螺栓采用316L不锈钢并涂抹防锈油。
综上所述，本发明满足疲劳试验机在海洋户外大气环境下长久开展拉压疲劳试验的需求，适用于不同尺寸的平板与棒材试件开展拉压疲劳试验。
附图说明
图1是本发明夹具的整体装配结构图；
图2是上夹具装配图；
图3是夹具压盘的俯视图；
图4是夹具压盘的立体图；
图5是板材试件夹块的立体图；
图6是图5的侧视图；
图7是图5的正视图；
图8是棒材试件夹块的立体图；
图9是图8的侧视图；
图10是图8的正视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本发明。
一种如图1-图10所示的海洋户外大气环境拉压疲劳试验夹具，其包括可设置于疲劳试验机上且上下正对的上夹具体2、下夹具体10，上夹具体2下方通过上锁紧螺栓5可调定位有上夹具压盘4，该上夹具压盘4与上夹具体2之间设置有上试件夹块3，该上试件夹块3与上夹具压盘5楔形活动设置；下夹具体10上方通过下锁紧螺栓7可调定位有下夹具压盘8，该下夹具压盘8与下夹具体10之间设置有下试件夹块9，该下试件夹块9与下夹具压盘8楔形活动设置，其中，
上试件夹块3、下试件夹块9的楔形方向相反，该上试件夹块3、下试件夹块9对应试件6的两端进行夹持定位；
上夹具体2、上夹具压盘4、下夹具压盘8、下夹具体10分别由3Cr13不锈钢一体成型，且各表面由内到外依次均设置有TH52-80锶铬黄防腐底漆层、TS55-80聚氨酯面漆层；
上试件夹块3、下试件夹块9分别由20CrMnTi钢一体成型，且各表面均设置有氟聚合物协合改性涂层；
上锁紧螺栓5、下锁紧螺栓7分别由316L不锈钢一体成型，且各表面均涂抹防锈油。
通过在上夹具压盘4、下夹具压盘8中间均开有楔形槽孔，上试件夹块3、下试件夹块9端部对应贯穿于上夹具压盘4、下夹具压盘8的楔形槽孔上，且该上夹具压盘4、下夹具压盘8通过其上的楔形槽孔对上试件夹块3、下试件夹块9形成限位。
上夹具体2与上夹具压盘4之间的距离通过上锁紧螺栓5调节，进而完成上试件夹块3内对试件6夹持间距的调整，满足不同尺寸试件6上夹持端的夹持；下夹具体10与下夹具压盘8之间的距离通过下锁紧螺栓7调节，进而完成下试件夹块9内对试件6夹持间距的调整，满足不同尺寸试件6下夹持端的夹持。
试件6包括平板试件和棒材试件，平板试件的夹持面为锯形齿表面，锯形齿表面牢固夹紧平板试件，防止拉压疲劳试验过程中平板试件打滑；棒材试件中间开有锯形齿V型槽，锯形齿V型槽表面牢固夹紧棒材试件，防止拉压疲劳试验过程中棒材试件打滑。
最后，上夹具体2、下夹具体8对应通过上夹具连杆1、下夹具连杆11定位于疲劳试验机上，其中，上夹具连杆1、下夹具连杆11分别由3Cr13不锈钢一体成型，且各表面由内到外依次均设置有TH52-80锶铬黄防腐底漆层、TS55-80聚氨酯面漆层。
上夹具压盘4的上锁紧螺栓5向内部收缩将上夹具压盘4与上夹具体2锁紧固定，形成上夹具部分；下夹具压盘8的下锁紧螺栓7向内部收缩将下夹具压盘8与下夹具体10锁紧固定，形成下夹具部分；上夹具、下夹具和试件6形成一个整体并具有一定的刚度，在拉压疲劳试验过程中，拉力/压力通过疲劳试验机的作动器由下夹具连杆11传递至试件6，进行疲劳试验，从而实现拉压疲劳试验中拉伸/压缩载荷的施加。
一种海洋户外大气环境拉压疲劳试验方法，其采用前述海洋户外大气环境拉压疲劳试验夹具对试件6进行拉伸或压缩载荷的施加试验，其步骤包括如下，
S1、将下夹具体10固定于疲劳试验机上，试件6的下夹持端装入下试件夹块9内，拧紧下锁紧螺栓7，使得下夹具压盘8驱使下试件夹块9将试件6的下夹持端夹紧固定；
S2、驱动疲劳试验机，使得上夹具体2、下夹具体10相向移动，待试件6的上夹持端可进入上试件夹块3时停止；
S3、将上夹具体2固定于疲劳试验机上，试件6的上夹持端装入上试件夹块3内，拧紧上锁紧螺栓5，使得上夹具压盘4驱使上试件夹块3将试件6的上夹持端夹紧固定；
S4、在疲劳试验机输入拉压疲劳试验参数，拉力或压力通过疲劳试验机传递至上夹具体2、下夹具体10，进而刚性传递至试件6上，实现拉压疲劳试验过程中的拉伸或压缩载荷施加。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种海洋户外大气环境拉压疲劳试验夹具，其特征在于：包括可设置于疲劳试验机上且上下正对的上夹具体(2)、下夹具体(10)，所述上夹具体(2)下方通过上锁紧螺栓(5)可调定位有上夹具压盘(4)，该上夹具压盘(4)与所述上夹具体(2)之间设置有上试件夹块(3)，该上试件夹块(3)与所述上夹具压盘(5)楔形活动设置；所述下夹具体(10)上方通过下锁紧螺栓(7)可调定位有下夹具压盘(8)，该下夹具压盘(8)与所述下夹具体(10)之间设置有下试件夹块(9)，该下试件夹块(9)与所述下夹具压盘(8)楔形活动设置，其中，
所述上试件夹块(3)、下试件夹块(9)的楔形方向相反，该上试件夹块(3)、下试件夹块(9)对应试件(6)的两端进行夹持定位；
所述上夹具体(2)、上夹具压盘(4)、下夹具压盘(8)、下夹具体(10)分别由3Cr13不锈钢一体成型，且各表面由内到外依次均设置有TH52-80锶铬黄防腐底漆层、TS55-80聚氨酯面漆层；
所述上试件夹块(3)、下试件夹块(9)分别由20CrMnTi钢一体成型，且各表面均设置有氟聚合物协合改性涂层；
所述上锁紧螺栓(5)、下锁紧螺栓(7)分别由316L不锈钢一体成型，且各表面均涂抹防锈油。
2.根据权利要求1所述一种海洋户外大气环境拉压疲劳试验夹具，其特征在于：所述上夹具压盘(4)、下夹具压盘(8)中间均开有楔形槽孔，所述上试件夹块(3)、下试件夹块(9)端部对应贯穿于上夹具压盘(4)、下夹具压盘(8)的楔形槽孔上，且该上夹具压盘(4)、下夹具压盘(8)通过其上的楔形槽孔对所述上试件夹块(3)、下试件夹块(9)形成限位。
3.根据权利要求1或2所述一种海洋户外大气环境拉压疲劳试验夹具，其特征在于：所述上试件夹块(3)、下试件夹块(9)的夹持面为锯齿形平面或/和锯齿形V形槽面。
4.根据权利要求1所述一种海洋户外大气环境拉压疲劳试验夹具，其特征在于：所述上夹具体(2)、下夹具体(8)对应通过上夹具连杆(1)、下夹具连杆(11)定位于所述疲劳试验机上，其中，所述上夹具连杆(1)、下夹具连杆(11)分别由3Cr13不锈钢一体成型，且各表面由内到外依次均设置有TH52-80锶铬黄防腐底漆层、TS55-80聚氨酯面漆层。
5.一种海洋户外大气环境拉压疲劳试验方法，其特征在于：采用权利要求1-4任一所述一种海洋户外大气环境拉压疲劳试验夹具对试件(6)进行拉伸或压缩载荷的施加试验，其步骤包括如下，
S1、将下夹具体(10)固定于疲劳试验机上，试件(6)的下夹持端装入下试件夹块(9)内，拧紧下锁紧螺栓(7)，使得下夹具压盘(8)驱使下试件夹块(9)将试件(6)的下夹持端夹紧固定；
S2、驱动疲劳试验机，使得上夹具体(2)、下夹具体(10)相向移动，待试件(6)的上夹持端可进入上试件夹块(3)时停止；
S3、将上夹具体(2)固定于疲劳试验机上，试件(6)的上夹持端装入上试件夹块(3)内，拧紧上锁紧螺栓(5)，使得上夹具压盘(4)驱使上试件夹块(3)将试件(6)的上夹持端夹紧固定；
S4、在疲劳试验机输入拉压疲劳试验参数，拉力或压力通过疲劳试验机传递至上夹具体(2)、下夹具体(10)，进而刚性传递至试件(6)上，实现拉压疲劳试验过程中的拉伸或压缩载荷施加。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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