CN111596039A - 一种适用于织物纱线面外抽出滑移力学性能的测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于织物力学性能测试领域，具体涉及一种适用于织物纱线面外抽出滑移力学性能的测试装置。包括预应力施加系统、中间支架、底部旋转支座、支撑杆、外部钢框架及单轴加载系统；预应力施加系统包括短十字钢框架，滑块式平口夹钳以及曲柄摇杆施力部件，通过曲柄摇杆施力部件，可施加工程所需双向预张拉荷载；通过中间支架与底部旋转支座的配合，可实现纱线在不同角度下抽出；单轴加载系统可控制加载速率和获取抽出力和抽出位移值。本发明能实现试验条件高效模拟工程实际，显著提高试验的科学性及适用性；在施加荷载的稳定性，获取抽出力和位移值的稳定性、同步性以及试验的可操作性方面性能优异。

Description

一种适用于织物纱线面外抽出滑移力学性能的测试装置

技术领域

本发明属于织物力学性能测试领域，具体涉及一种适用于织物纱线面外抽出滑移力学性能的测试装置。

背景技术

织物在使用过程中往往会因为各种原因而发生破坏。当织物发生破坏时，织物纱线会发生断裂，或是与织物平面以一个夹角在平面外抽出，而不常是严格的在织物平面内抽出。纱线间的作用力以及纱线本身的力学性能对织物总体力学性能有决定性影响。因此，进行面外纱线抽出试验将有助于理解实际织物发生刺破、碎片冲击及其他破坏时的物理本质。

现如今，国内外可进行纱线面内抽出试验的装置较少，关于纱线面外抽出的试验装置更是如此。试验装置存在试验条件局限性大，获取荷载-位移值同步性差，试验条件与工程实际相差大等问题，且无法实现纱线在不同角度下的面外抽出试验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可施加单、双向预张拉荷载，进行单、多根纱线在不同抽出角度、不同抽出速率下面外抽出试验的测试装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种适用于织物纱线面外抽出滑移力学性能的测试装置，包括施加预应力系统、中间支架、底部旋转支座、支撑杆，外部钢框架及单轴加载系统；

所述单轴加载系统可滑动的设置在钢框架的顶框上，用于对织物纱线进行单轴加载；

所述施加预应力系统用于夹持固定织物，并对其施加预应力；所述施加预应力系统的一侧与中间支架连接，与中间支架连接侧的相对侧连接有支撑杆，支撑杆的另一端与中间支架连接；通过调整施加预应力系统与支撑杆的连接位置，能够实现施加预应力系统与中间支架夹角的可调；

所述中间支架与底部旋转支座连接，所述底部旋转支座设置在钢框架的底框上，通过底部旋转支座，实现预应力施加系统和中间支架在水平面内0～360°中任意角度准确的切换；

通过旋转底部旋转支座并调节支撑杆的夹持长度，同时与单轴加载系统配合，实现纱线在指定角度、速率下的面外抽出试验，获取抽出力和抽出位移值。

进一步的，所述施加预应力系统包括短十字钢框架，滑块式平口夹钳以及曲柄摇杆施力部件；

所述短十字钢框架四臂的内侧设有八条两两相对的导轨，用于放置四个滑块式平口夹钳，所述滑动式平口夹钳用于夹持试件，通过四个曲柄摇杆施力部件实现所需双向预张拉荷载的预加载。

进一步的，所述滑动式平口夹钳包括滑块式底座、力传感器、带孔平面压块、带孔平面橡胶垫块和多个拧紧螺栓；

所述试件夹持在滑块式底座和带孔平面橡胶垫块之间，带孔平面橡胶垫块上部设有带孔平面压块，所述试件与拧紧螺栓相对应的位置设有孔，所述拧紧螺栓穿过带孔平面压块、带孔平面橡胶垫块和试件实现对试件的夹持；所述滑动式平口夹钳与曲柄摇杆施力部件之间通过力传感器连接。

进一步的，所述曲柄摇杆施力部件包括与短十字钢框架外侧刚接的带孔台座，一端与力传感器刚接的带台座圆杆以及带螺纹曲柄摇杆；

所述带台座圆杆的台座顶部设有一圆环，所述带孔台座上部的孔为螺纹孔，所述带螺纹曲柄摇杆端部设有螺帽；

所述带螺纹曲柄摇杆穿过带孔台座上的螺纹孔和带台座圆杆台座上的圆环，所述螺帽卡住带台座圆杆，带螺纹曲柄摇杆与带孔台座的螺纹孔螺纹配合；通过转动带螺纹曲柄摇杆实现对滑动式平口夹钳的张力的预加载。

进一步的，所述中间支架包括支架主体、连接螺栓、带孔圆轴盖以及两个固定螺母；

所述支架主体的一端通过带孔圆轴盖以及两个固定螺母，与预应力施加系统的连接；

所述支架主体的另一端设有三个凸台，两侧的凸台中部设有长条型槽，所述支撑杆通过长条型槽与中间支架连接；另一个凸台用于保证预应力施加系统与钢框架底部平面的平行；

所述连接螺栓用于中间支架与底部旋转支座的连接。

进一步的，所述底部旋转支座包括带孔矩形块、底座旋转圆轴、带角刻度薄圆环、底部轴承、定位支座以及定位螺母；

所述带孔矩形块与中间支架连接，所述底座旋转圆轴一端与带孔矩形块刚接、另一端与底部轴承相配合，底座旋转圆轴的中间刚接带角刻度薄圆环，定位支座与钢框架下部刚接，定位支座与带角刻度薄圆环相对应的位置设有凹槽，凹槽上部设有定位螺母；通过旋转底座旋转圆轴以及使用定位螺母实现中间支架和施加预应力系统平面内任意角度的切换。

进一步的，所述支撑杆一端刚接一螺纹柱，支撑杆中间设有长条型槽，通过改变支撑杆与中间支架连接位置，以及支撑杆与施加预应力系统连接位置，实现试件平面与底面进行不同夹角的切换。

进一步的，所述外部钢框架包括框架主体和圆形导轨柱；

框架主体的底框截面宽度大于其他框的截面宽度，且预留与底部轴承匹配的圆洞；所述圆形导轨柱设置在框架主体的顶框上，所述单轴加载系统在圆形导轨柱可滑动设置。

进一步的，所述单轴加载系统包括定位滑块、速度控制加载机、导力圆轴、连接插销、重力感应器、位移传感器以及条型竖钩；

所述速度控制加载机用于模拟工程实际的抽出速率，通过重力感应器和位移传感器用于实时获取抽出速率和抽出位移的试验值，条型竖钩用于保证抽出力方向与Z轴正向一致，所述Z轴正向即平行于铅直线向上。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明的测试装置可根据工程实际需求，灵活施加单、双向预张拉荷载，并通过对力传感器信号的分析实时把控预应力的变化。

(2)本发明通过在施加预应力系统和中间支架之间，一端可转动连接且另一端通过带有长条型凹槽的支撑杆连接，实现纱线抽出时与织物平面呈现不同的夹角。

(3)本发明的单轴加载系统包括位移传感器和重力感应器，通过位移传感器和重力感应器同步获取纱线面外抽出的拔出力和抽出位移值，为后续分析提供有效的数据。

(4)本发明的测试装置能有效实现试验条件贴近于工程实际，显著提高试验的科学性及适用性。

(5)本发明的测试装置试验时，可同步获取抽出力和抽出位移值，为后续分析提供有效的数据；具有高同步性，高稳定性，高效模拟织物工程实际以及试验可操作性好等优点。

附图说明

图1为本发明的测试装置示意图；其中图(a)为试件平面与底面呈锐角时的三维结构前视图，图(b)为试件平面与底面呈锐角时的三维结构西南等轴视图，图(c)为试件平面与底面平行时的三维结构西南等轴视图。

图2为本发明预应力施加系统的三维结构示意图。

图3为本发明除预应力施加系统及支撑杆的三维结构示意图。

图4为本发明滑块式平口夹钳的三维结构示意图。

图5为本发明曲柄摇杆施力部件的三维结构示意图。

图6为本发明中间支架的三维结构示意图。

图7为本发明底部旋转支座的三维示意图。

图8为本发明外部钢框架的三维结构示意图。

图9为本发明单轴加载系统的三维结构示意图。

图10为本发明支撑杆的三维结构示意图。

附图标记说明：

1-预应力施加系统，2-中间支架，3-底部旋转支座，4-支撑杆，5-外部钢框架，6-单轴加载系统，7-短十字钢框架，8-滑块式平口夹钳，9-曲柄摇杆施力部件，10-滑块式底座，11-力传感器，12-带孔平面压块，13-带孔平面橡胶垫块，14-拧紧螺栓，15-台座，16-带台座圆杆，17-带螺纹曲柄摇杆，18-支架主体，19-连接螺栓，20-带孔圆轴盖，21-固定螺母，22-带孔矩形块，23-底座旋转圆轴，24-带角刻度薄圆环，25-底部轴承，26-定位支座，27-定位螺母，28-框架主体，29-圆形导轨柱，30-定位滑块，31-速度控制加载机，32-导力圆杆，33-连接插销，34-传感器，35-条型竖钩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1-10所示，一种适用于织物纱线面外抽出滑移力学性能的测试装置，包括施加预应力系统1、中间支架2、底部旋转支座3、支撑杆4，外部钢框架5及单轴加载系统6。

预应力施加系统1由短十字钢框架7、滑块式夹钳8以及曲柄摇杆施力部件9组成。短十字钢框架7四臂的内侧设有八条两两相对的导轨，用于放置四个滑块式夹钳8。

滑块式平口夹钳8包括滑块式底座10、力传感器11、带孔平面压块12、带孔平面橡胶垫块13以及四个拧紧螺栓14，试验时试样同样在夹持位置设置四个圆形孔洞，以便于夹钳对试样的夹持。带孔平面橡胶垫块13用于保证所施加预应力的均匀性；曲柄摇杆施力部件9包括与短十字钢框架7刚接的带孔台座15、一端与力传感器11刚接的带台座圆杆以及带螺纹曲柄摇杆17，试验时摇动带螺纹曲柄摇杆17可实现对试件的张拉及卸载，并通过力传感器11实时把控预应力的变化。

中间支架2包括支架主体18、四个连接螺栓19、带孔圆轴盖20以及两个固定螺母21。支架主体18的一端有带孔圆轴盖20以及两个固定螺母21可实现中间支架2与预应力施加系统1的组装和拆卸，另一端有三个凸台，其中带孔的两个用于支撑杆4的固定，剩余的一个用于保证预应力施加系统1与水平面平行。四个连接螺栓19可实现中间支架2与底部旋转支座3的组装和拆卸。

底部旋转支座3包括带孔矩形块22、底座旋转圆轴23、带角刻度薄圆环24、底部轴承25、定位支座26以及定位螺母27。带孔矩形块22用于连接中间支架，底座旋转圆轴23一端与带孔矩形块22刚接、另一端与底部轴承25相配合，并且在中间一合适高度上刚接带角刻度薄圆环24、高度应与定位支座26相关部位相匹配，通过旋转底座旋转圆轴23以及使用定位螺母27，可实现平面内任意角度的切换。定位支座26与门字框下部刚接，并在靠近底座旋转圆轴23的侧面以及顶面画有中线。以图7所示位置定位支座26中线所对应带角刻度薄圆环24上刻度为0°/360°。

支撑杆4一端刚接一带螺纹柱，中间镂空，通过改变支撑杆4与中间支架(2)连接位置和支撑杆4与施加预应力系统1连接位置，可实现试件平面与底面进行不同夹角的切换。

外部钢框架5包括框架主体和圆形导轨柱29。框架主体下部截面宽度较大并且预留与底部轴承25匹配的圆洞，圆形导轨柱29与定位滑块(30)协同完成单轴加载系统6在上部的移动。

单轴加载系统6由定位滑块30、速度控制加载机31、导力圆轴32、连接插销、重力感应器34和位移传感器35以及条型竖钩36。速度控制加载机31可模拟工程实际的抽出速率，通过重力感应器34和位移传感器35可实时获取抽出速率和抽出位移的试验值，条型竖钩36可保证抽出力方向与Z轴正向一致。

本申请的测试装置工作过程如下：

第一种情况：在抽出力方向平行于试件平面法线方向(向上为正)的条件下进行正交两根纱线面外抽出试验。具体步骤为:

第一步，预应力施加系统1作为单独的一部分进行调整，滑块式平口夹钳8可以在导轨上滑动，同时夹钳上的带孔平面压块12和带孔平面橡胶垫块13可以拆卸下来，为试样的夹持做准备。

第二步，确定试验方案，根据要测试的试样特性以及试验预期结果，结合短十字钢框架7及滑块式平口夹钳8尺寸，确定试样的尺寸及样式。本实例中选取短十字试样，具体为调节四个平口夹钳的位置，使之与试件的尺寸匹配，试样的四端分别伸入一个夹钳，在试样上面覆盖垫块和压快，垫块可使得试样端部的夹持力分布更均匀，再用螺栓固定。夹持后夹钳可有效地均匀地对试样施加预应力，减小试样在试样平面外的变形。

第三步，选取试件中心两根正交纱线，将两根被抽纱线在两端截断，截断距离可以是两侧距中心处50根纱线位置处，再将预应力施加系统与中间支架组装，中间支架与底部旋转底座用螺栓连接起来，调整底部旋转底座3和支撑杆4的连接位置，使预应力施加系统底面与水平面平行(夹角为0°)。同时调整导力圆轴32的夹持长度以及定位滑块30的位置，保证在试验时条形竖钩36始终处于试件中央并与被抽出纱线能有效的连接起来。

第四步，根据试验方案，对试样施加预应力，具体为摇动四臂上的带螺纹曲柄摇杆17，通过力传感器11可实时把控施加预应力的大小，可实现常规工况及不同预应力比例的施加。最后再次进行调整，确保条形竖钩36中心受力点与被正交两根抽出纱线交汇点在同一铅直线上。

第五步，通过速度控制加载机31，实现纱线面外抽出滑移力学性能的测试，试验时可通过重力感应器34和位移传感器35实时获取抽出力和抽出位移，为后续分析提供有效的数据。

第二种情况：

在抽出力方向与试件平面法线方向(向上为正)夹角为45°的条件下进行单根纱线面外抽出试验。具体步骤为:

第一步，与第一种情况步骤一相同。

第二步，与第一种情况步骤二相同。

第三步，只选取试件中心两根正交纱线中的一根，并使预应力施加系统底面与水平面夹角为45°而不是0°。定位支座26中线所对应带角刻度薄圆环24上刻度为0°/360°。其余部分与第一种情况相同步骤三中内容相同。

第四步，施加预应力方案与第一种情况相同。在最后的调整中，确保条形竖钩36中心受力点与该根被截断被抽出纱线中点(第一种情况为正交两根抽出纱线交汇点)在同一铅直线上。

第五步，与第一种情况步骤五相同。

Claims (9)

1.一种适用于织物纱线面外抽出滑移力学性能的测试装置，其特征在于，包括施加预应力系统(1)、中间支架(2)、底部旋转支座(3)、支撑杆(4)，外部钢框架(5)及单轴加载系统(6)；

所述单轴加载系统(6)可滑动的设置在钢框架(5)的顶框上，用于对织物纱线进行单轴加载；

所述施加预应力系统(1)用于夹持固定织物，并对其施加预应力；所述施加预应力系统(1)的一侧与中间支架(2)连接，与中间支架连接侧的相对侧连接有支撑杆(4)，支撑杆(4)的另一端与中间支架连接；通过调整施加预应力系统(1)与支撑杆(4)的连接位置，能够实现施加预应力系统(1)与中间支架(2)夹角的可调；

所述中间支架(2)与底部旋转支座(3)连接，所述底部旋转支座(3)设置在钢框架(5)的底框上，通过底部旋转支座(3)，实现预应力施加系统(1)和中间支架(2)在水平面内0～360°中任意角度准确的切换；

通过旋转底部旋转支座(3)并调节支撑杆(4)的夹持长度，同时与单轴加载系统(6)配合，实现纱线在指定角度、速率下的面外抽出试验，获取抽出力和抽出位移值。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述施加预应力系统(1)包括短十字钢框架(7)，滑块式平口夹钳(8)以及曲柄摇杆施力部件(9)；

所述短十字钢框架(7)四臂的内侧设有八条两两相对的导轨，用于放置四个滑块式平口夹钳(8)，所述滑动式平口夹钳(8)用于夹持试件，通过四个曲柄摇杆施力部件(9)实现所需双向预张拉荷载的预加载。

3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述滑动式平口夹钳(8)包括滑块式底座(10)、力传感器(11)、带孔平面压块(12)、带孔平面橡胶垫块(13)和多个拧紧螺栓(14)；

所述试件夹持在滑块式底座(10)和带孔平面橡胶垫块(13)之间，带孔平面橡胶垫块(13)上部设有带孔平面压块(12)，所述试件与拧紧螺栓相对应的位置设有孔，所述拧紧螺栓(14)穿过带孔平面压块(12)、带孔平面橡胶垫块(13)和试件实现对试件的夹持；所述滑动式平口夹钳(8)与曲柄摇杆施力部件(9)之间通过力传感器(11)连接。

4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述曲柄摇杆施力部件(9)包括与短十字钢框架(7)外侧刚接的带孔台座(15)，一端与力传感器(11)刚接的带台座圆杆(16)以及带螺纹曲柄摇杆(17)；

所述带台座圆杆(16)的台座顶部设有一圆环，所述带孔台座(15)上部的孔为螺纹孔，所述带螺纹曲柄摇杆(17)端部设有螺帽；

所述带螺纹曲柄摇杆(17)穿过带孔台座(15)上的螺纹孔和带台座圆杆(16)台座上的圆环，所述螺帽卡住带台座圆杆(16)，带螺纹曲柄摇杆(17)与带孔台座(15)的螺纹孔螺纹配合；通过转动带螺纹曲柄摇杆(17)实现对滑动式平口夹钳(8)的张力的预加载。

5.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于，所述中间支架(2)包括支架主体(18)、连接螺栓(19)、带孔圆轴盖(20)以及两个固定螺母(21)；

所述支架主体(18)的一端通过带孔圆轴盖(20)以及两个固定螺母(21)，与预应力施加系统(1)的连接；

所述支架主体(18)的另一端设有三个凸台，两侧的凸台中部设有长条型槽，所述支撑杆(4)通过长条型槽与中间支架(2)连接；另一个凸台用于保证预应力施加系统(1)与钢框架(5)底部平面的平行；

所述连接螺栓(19)用于中间支架(2)与底部旋转支座(3)的连接。

6.根据权利要求5的测试装置，其特征在于，所述底部旋转支座(3)包括带孔矩形块(22)、底座旋转圆轴(23)、带角刻度薄圆环(24)、底部轴承(25)、定位支座(26)以及定位螺母(27)；

所述带孔矩形块(22)与中间支架(2)连接，所述底座旋转圆轴(23)一端与带孔矩形块(22)刚接、另一端与底部轴承(25)相配合，底座旋转圆轴(23)的中间刚接带角刻度薄圆环(24)，定位支座(26)与钢框架下部刚接，定位支座(26)与带角刻度薄圆环(24)相对应的位置设有凹槽，凹槽上部设有定位螺母(27)；通过旋转底座旋转圆轴(23)以及使用定位螺母(27)实现中间支架和施加预应力系统(1)平面内任意角度的切换。

7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述支撑杆(4)一端刚接一螺纹柱，支撑杆(4)中间设有长条型槽，通过改变支撑杆(4)与中间支架(2)连接位置，以及支撑杆(4)与施加预应力系统(1)连接位置，实现试件平面与底面进行不同夹角的切换。

8.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述外部钢框架(5)包括框架主体(28)和圆形导轨柱(29)；

框架主体(28)的底框截面宽度大于其他框的截面宽度，且预留与底部轴承(25)匹配的圆洞；所述圆形导轨柱(29)设置在框架主体的顶框上，所述单轴加载系统(6)在圆形导轨柱(29)可滑动设置。

9.根据权利要求8所述的测试装置，其特征在于，所述单轴加载系统(6)包括定位滑块(30)、速度控制加载机(31)、导力圆轴(32)、连接插销(33)、重力感应器(34)、位移传感器(35)以及条型竖钩(36)；

所述速度控制加载机(31)用于模拟工程实际的抽出速率，通过重力感应器(34)和位移传感器(35)用于实时获取抽出速率和抽出位移的试验值，条型竖钩(36)用于保证抽出力方向与Z轴正向一致。

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