CN111238969A - 一种用于复合材料管的疲劳试验固定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于复合材料管的疲劳试验固定装置，包括底座，在底座上设置有用于固定实验用复合管材试样的扣压接头；所述扣压接头包括：上部转接法兰、下部转接法兰、上内芯、下内芯、上外套、下外套；在所述实验用复合管材试样的上下两端分别设置有一个扣压接头，上端的扣压接头包括：与加载装置固定连接的上部转接法兰，所述上部转接法兰的下面与所述上内芯固定连接，上外套套在所述上内芯上；下端的扣压接头包括：与底座固定连接的下部转接法兰，所述下部转接法兰的上面与下内芯固定连接，下外套套在所述下内芯上；所述用于固定实验用复合管材试样的两端分别套在所述上外套、下外套内。本发明对试样的初始损伤要小。

Description

一种用于复合材料管的疲劳试验固定装置
技术领域
本发明涉及材料力学试验装备技术领域，尤其涉及一种用于复合材料管的疲劳试验固定装置。
背景技术
材料发生疲劳破坏指的是材料在交变应力作用下，经过一定的循环周期后，而发生破坏或失效的现象。疲劳破坏是由循坏应力引起的延时破坏，其破坏时的应力水平往往低于材料的抗拉强度，甚至低于材料的屈服强度。材料的疲劳寿命与其遭受的循环应力有关，应力水平越高时寿命越短，应力水平越低时寿命越长，当材料遭受的应力小于材料的疲劳强度时，其寿命可无限长。要获得一种新型材料的疲劳性能的方法是对该材料进行疲劳试验。材料的疲劳试验是众多材料力学试验的一种，对材料开展疲劳试验是研究材料的疲劳性能，而材料的疲劳性能直接关乎用该种材料制成的构件的使用寿命，因此对材料开展疲劳试验是研究一种新型材料过程中的重要环节。
对材料进行疲劳试验通常是将材料固定于专业的疲劳试验机上，使试样遭受循环荷载，同时观察与记录材料的疲劳性能。传统的疲劳试验标准试样的形状一般是哑铃状，在进行疲劳试验时利用疲劳试验机上的夹具固定哑铃状试样的两端，已达到将试样充分固定的效果。
随着复合材料的日益广泛应用，尤其是复合材料管在航空航天、石油和核等工业上的广泛应用，人们对复合材料管进行疲劳试验的研究日益增多。由于复合材料的非均匀性的力学性能，使得需要对复合材料管进行实物试样疲劳试验。由于复合材料管的实物试样是管状的，而传统夹具只针对片状试样的疲劳试验，难以适用于管状试样的疲劳试验。如果用传统夹具固定复合管材试样，根本无法满足基本的疲劳试验要求(会出现试样滑脱、被夹伤现象)，而且需要施加比传统标准试样更大的循环荷载，因此传统的夹具不能够满足复合材料管的疲劳试验要求。
发明内容
本发明装置改变了传统的夹具固定试样方法，设计了一种能够适应复合材料管疲劳试验的固定装置。
为实现上述目的，本发明专利采用以下技术方案：
一种用于复合材料管的疲劳试验固定装置，包括底座，在底座上设置有用于固定实验用复合管材试样的扣压接头；
所述扣压接头包括：上部转接法兰、下部转接法兰、上内芯、下内芯、上外套、下外套；
在所述实验用复合管材试样的上下两端分别设置有一个扣压接头，上端的扣压接头包括：与加载装置固定连接的上部转接法兰，所述上部转接法兰的下面与所述上内芯固定连接，上外套套在所述上内芯上；
下端的扣压接头包括：与底座固定连接的下部转接法兰，所述下部转接法兰的上面与下内芯固定连接，下外套套在所述下内芯上；
所述用于固定实验用复合管材试样的两端分别套在所述上外套、下外套内。
进一步地，如上所述的一种用于复合材料管的疲劳试验固定装置，所述上内芯、下内芯均设置有倒齿。
进一步地，如上所述的一种用于复合材料管的疲劳试验固定装置，在所述底座的四角分别安装有一根螺纹拉杆，所述螺纹拉杆与底座螺纹连接，通过螺母及垫圈来调节底座的高度。
进一步地，如上所述的一种用于复合材料管的疲劳试验固定装置，所述上部转接法兰一共开有内圈、外圈两组螺栓孔，内圈有6个螺栓孔，用于将上部转接法兰与上内芯连接在一起；外圈有8个螺栓孔，用于将上部转接法兰与疲劳试验机上的加载装置连接在一起。
进一步地，如上所述的一种用于复合材料管的疲劳试验固定装置，所述下部转接法兰共开有内圈、外圈两组螺栓孔；
外圈6个为螺栓孔，用于将下部转接法兰与内芯连接在一起，中间1个螺纹孔为内圈，用于将下部转接法兰与底座连接在一起。
本发明的优点：
1、本装置由于使用扣压接头与转接法兰将试样与疲劳试验机上的加载装置连接在一起，其固定效果较好，不易发生试样滑动和脱落等情况。
2、由于是使用扣压接头与试样连接固定的，与传统的夹具固定相比，本装置对试样的初始损伤要小。
3、由于本装置的连接大多采用的是螺栓连接，因此使用者的操作简单、方便、安全。
4、使用者在一系列的试验中扣压接头中的内芯与转接法兰是可以循环利用的，因此其具有环保、经济成本较低等优势。
附图说明
图1为本发明装置的整体结构图；
图2(a)为本发明试样上部连接细节图一；
图2(b)为本发明试样上部连接爆炸图；
图2(c)为本发明试样上部连接细节图二；
图3(a)为本发明试样下部连接细节图；
图3(b)为本发明试样下部连接爆炸图；
图4为本发明试样与底座连接细节图；
图5为本发明扣压接头内芯的结构示意图；
图6为本发明上部转接法兰结构图；
图7为本发明下部转接法兰结构图；
图8为本发明可调节式底座结构图；
附图标记：
1-上部转接法兰；2-上内芯；3-上外套；4-实验用复合管材试样；5-螺纹拉杆；6-螺母；7-垫圈；8-下部转接法兰；9-底座；10-螺纹孔；11-下外套；12-下内芯。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明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。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。
本发明提供的装置利用扣压式接头与转接法兰结合的方式将试样固定于疲劳试验机上，其主要分为三个部分：第一个是扣压式接头，用于在复合材料管试样两端引出便于加工的金属部件；第二个是转接法兰，用于将复合材料管试样两端的扣压式接头与疲劳试验机加载装置及可调节式底座的连接；第三个是可调节式底座，用于适应不同规格长度的试样。疲劳试验试样固定装置的目的是将试样与疲劳试验机的加载装置尽好的连接在一起，以便更好地将疲劳试验机上的的循环荷载传递到试样上。本发明装置是将复合材料管试样与扣压式接头连接在一起，再利用转接法兰将扣压式接头与疲劳试验机的加载装置及可调节式底座连接在一起，这就达到了将试样与疲劳试验机的加载装置连接在一起的目的，也有助于更好地开展复合材料管的疲劳试验。
本发明装置的连接结构主要分为扣压接头、转接法兰和可调节式底座。扣压接头主要由内芯和外保护套组成，并且在内芯上加工有倒齿，且在端部开有一组螺栓孔，以便于将内芯与转接法兰连接；转接法兰上开有两组螺栓孔，一组用于转接法兰与内芯相连，一组用于转接法兰与疲劳试验机上的的加载装置相连；可调节式底座由四根拉杆及一个底座组成，拉杆固定在疲劳试验机上，底座可以沿着拉杆上下移动及固定。
本发明适用于复合材料管试样疲劳试验的连接固定，内芯及转接法兰的具体尺寸根据用于试验样管及疲劳试验机加载装置的具体尺寸而调整。
具体地，如图1-8所示，本发明提供的用于复合材料管的疲劳试验固定装置，包括底座9，在底座9上设置有用于固定实验用复合管材试样的扣压接头；
所述扣压接头包括：上部转接法兰1、下部转接法兰8、上内芯2、下内芯12、上外套3、下外套11；
在所述实验用复合管材试样4的上下两端分别设置有一个扣压接头，上端的扣压接头包括：与加载装置固定连接的上部转接法兰1，所述上部转接法兰1的下面与所述上内芯2固定连接，上外套3套在所述上内芯2上；
下端的扣压接头包括：与底座9固定连接的下部转接法兰8，所述下部转接法兰8的上面与下内芯12固定连接，下外套11套在所述下内芯12上；
所述用于固定实验用复合管材试样的两端分别套在所述上外套3、下外套11内。在所述底座9的四角分别安装有一根螺纹拉杆5，所述螺纹拉杆5与底座9螺纹连接，通过螺母6及垫圈7来调节底座9的高度。
所述上内芯2、下内芯12均设置有倒齿。设置倒齿的目的是防止样管与内芯发生滑移脱落(具有更大的摩擦力)，使得试验安全可靠的进行。
为方便尺寸说明，假设实验用复合管材试样4的外径为6个单位，内径为4.8个单位，长度为76个单位，其中试验段长度为6倍的外径即36个单位(内、外径指直径)。
所述上内芯2、下内芯12为实心结构，内芯的直径为4.8个单位，长度为18个单位，一根实验用复合管材试样4上需要两个内芯。在上内芯2、下内芯12的外端部一周均开6个螺纹孔，螺纹孔的直径为0.8个单位。所述上外套3、下外套11均为薄壁筒状结构，内径为6个单位，壁厚为0.25个单位，长度为20个单位，现将实验用复合管材试样4、上内芯2、下内芯12及上外套3、下外套11组装在一起，再用扣压机扣压外保护套，这就将样管与内芯牢固地连接在一起了。
所述上部转接法兰1一共开有两组螺栓孔，共14个孔。内圈有6个孔，用于将转接法兰与内芯连接在一起，孔的直径为0.8个单位。外圈有8个孔，用于将转接法兰与疲劳试验机上的加载装置连接在一起，孔的直径为0.6个单位。下部转接法兰共开有两组螺栓孔，共7个孔。外圈6个为螺栓孔，用于将转接法兰与内芯连接在一起，孔直径为0.8个单位。中间1个螺纹孔，用于将转接法兰与疲劳试验机底座连接在一起，孔直径为1个单位。
螺纹拉杆5、螺母6、垫圈7、底座9组成了可调节式底座。可调节式底座主要由4根螺纹拉杆5、1个底座9、一些螺母6及垫圈7组成。螺纹拉杆5的直径为1个单位，长度为60个单位，通过螺纹连接固定于疲劳试验机上。底座厚度为2个单位，开有5个孔，其中4个孔被拉杆穿过，借助于螺母及垫圈来调节底座的高度；中间1个孔用于底座与下部转接法兰8连接。
实施例：
安装本发明装置时，包括以下步骤：
(1)将四根螺纹拉杆5固定于疲劳试验机上；
(2)根据实验用复合管材试样4的长度调节好底座9的高度，并固定；
(3)将样管、内芯及外套组装在一起，再用扣压机扣压外保护套；
(4)用6根外径为0.8个单位的螺栓将上部转接法兰与内芯连接起来；
(5)用6根外径为0.8个单位的螺栓将下部转接法兰与内芯连接起来；
(6)用8根0.6个单位的螺栓将上部转接法兰与疲劳试验机的加载装置连接起来；
(7)用1根直径1个单位的螺栓将上部转接法兰与疲劳试验机的底座连接起来。安装完毕。
安装完毕后，根据事先设计好的试验方案，设置实验参数，进行疲劳试验。在试验的过程中试样较好的固定于疲劳试验机上，试验荷载较好的传递到试样上，有利于完成试验，从而达到试验目的。
最后应说明的是：以上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。

Claims (5)

1.一种用于复合材料管的疲劳试验固定装置，其特征在于，包括底座(9)，在底座(9)上设置有用于固定实验用复合管材试样的扣压接头；
所述扣压接头包括：上部转接法兰(1)、下部转接法兰(8)、上内芯(2)、下内芯(12)、上外套(3)、下外套(11)；
在所述实验用复合管材试样(4)的上下两端分别设置有一个扣压接头，上端的扣压接头包括：与加载装置固定连接的上部转接法兰(1)，所述上部转接法兰(1)的下面与所述上内芯(2)固定连接，上外套(3)套在所述上内芯(2)上；
下端的扣压接头包括：与底座(9)固定连接的下部转接法兰(8)，所述下部转接法兰(8)的上面与下内芯(12)固定连接，下外套(11)套在所述下内芯(12)上；
所述用于固定实验用复合管材试样的两端分别套在所述上外套(3)、下外套(11)内。
2.根据权利要求1所述的一种用于复合材料管的疲劳试验固定装置，其特征在于，所述上内芯(2)、下内芯(12)均设置有倒齿。
3.根据权利要求1所述的一种用于复合材料管的疲劳试验固定装置，其特征在于，在所述底座(9)的四角分别安装有一根螺纹拉杆(5)，所述螺纹拉杆(5)与底座(9)螺纹连接，通过螺母(6)及垫圈(7)来调节底座(9)的高度。
4.根据权利要求1所述的一种用于复合材料管的疲劳试验固定装置，其特征在于，所述上部转接法兰(1)一共开有内圈、外圈两组螺栓孔，内圈有6个螺栓孔，用于将上部转接法兰(1)与上内芯(2)连接在一起；外圈有8个螺栓孔，用于将上部转接法兰(1)与疲劳试验机上的加载装置连接在一起。
5.根据权利要求1所述的一种用于复合材料管的疲劳试验固定装置，其特征在于，所述下部转接法兰(8)共开有内圈、外圈两组螺栓孔；
外圈6个为螺栓孔，用于将下部转接法兰(8)与内芯连接在一起，中间1个螺纹孔为内圈，用于将下部转接法兰(8)与底座(9)连接在一起。
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