CN111678773B - 一种用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置，包括用于夹持试件的上端部的动端夹持组件和用于夹持试件的下端部的静端夹持组件，动端夹持组件与万能试验机的动端加载杆固定连接，静端夹持组件与万能试验机的静端加载杆固定连接，动端夹持组件包括用于夹持试件的上端部的动端夹头组件、动端套筒和动端连杆，动端加载杆的下端部与动端套筒相固定连接，动端连杆的下端部与动端夹头组件相固定连接，动端连杆的上端部能够转动且滑动地设置在动端套筒上。该试验装置可实时修正装夹过程中上下夹持面的角度偏差和消除夹头对试件的压缩或拉伸力，装夹过程中可有效地对试件进行保护，以确保实验结果的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及材料力学性能测试及表征技术领域，具体涉及一种用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置。
背景技术
万能试验机是一种用于材料力学性能试验的常用设备，其具有较宽的横梁移动距离和速度调节范围，可以进行金属、非金属、复合材料等的拉伸、压缩、剪切等力学性能试验，已经在材料、汽车、机械等行业进行了广泛的应用。汽车车身材料及零部件在碰撞过程中应变率涵盖了0.01/s~500/s的范围，准确的获取材料在不同应变率下的力学性能数据对于提高有限元仿真精度及汽车碰撞安全性能具有重要意义。
目前万能试验机可以进行低中应变率（0.001/s~1/s）的拉伸压缩试验，采用液压伺服系统控制的高速拉伸试验机可以进行中高应变率（0.1/s~800/s）的拉伸压缩试验。高速拉伸试验机在中应变率（0.1/s~1/s）加载时，由于此速度下设备油压不稳定及受系统固有频率的影响，试验曲线会呈现较大的振荡，而万能试验机在中应变率下加载由于动端夹头到达预定加载速度需要一定的时间及位移历程，导致测试结果不可靠。此外，万能试验机的动静端夹持组件由于方位、角度都已被约束死，往往导致试样在夹持过程中出现压缩、扭转等现象，尤其对于非金属等脆性材料造成严重的损伤，影响了试验结果的准确性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的问题，提供一种改进的用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置，包括用于夹持试件的上端部的动端夹持组件和用于夹持所述试件的下端部的静端夹持组件，所述动端夹持组件与万能试验机的动端加载杆固定连接，所述静端夹持组件与所述万能试验机的静端加载杆固定连接，所述动端夹持组件包括用于夹持所述试件的上端部的动端夹头组件、动端套筒和动端连杆，所述动端加载杆的下端部与所述动端套筒相固定连接，所述动端连杆的下端部与所述动端夹头组件相固定连接，所述动端连杆的上端部能够转动且滑动地设置在所述动端套筒上。
优选地，所述动端套筒设置有沿上下方向延伸的容腔，所述动端连杆的上端部能够转动地设置在所述容腔中，且能够沿所述容腔的长度延伸方向滑动地设置，所述动端套筒的内壁面与所述动端连杆的外壁面间隙配合。
进一步地，所述动端加载杆的下端部插设在所述动端套筒的容腔中，所述动端连杆位于所述动端套筒的容腔中的部分具有第一配合部和第二配合部，所述动端套筒上设置有第三配合部，所述动端加载杆的下端部具有第四配合部，所述动端连杆相对所述动端套筒滑动使得所述第一配合部能够与所述第三配合部配合或脱开配合，所述第二配合部能够与所述第四配合部配合或脱开配合。
进一步地，所述第一配合部为从上向下向所述动端连杆的中心轴线倾斜设置的锥斜面，所述第三配合部为与所述第一配合部相匹配的锥斜面。
进一步地，所述第二配合部为所述动端连杆的上端面，所述第四配合部为所述动端加载杆的下端面，所述动端连杆的上端面和所述动端加载杆的下端面均沿水平方向延伸。
进一步地，所述动端连杆伸出到所述动端套筒外的部分上设置有用于显示所述第一配合部与所述第三配合部之间的距离以及所述第二配合部与所述第四配合部之间的距离的刻度线。
进一步地，所述第一配合部与所述第三配合部之间的距离不小于所述万能试验机拉伸加载时动端提速所需要的位移，所述第二配合部与所述第四配合部之间的距离不小于所述万能试验机压缩加载时动端提速所需要的位移。
优选地，所述动端连杆上设置有自所述动端连杆的外圆周面向内凹的凹槽，所述凹槽部位的直径小于所述动端连杆其他部位的直径。
优选地，所述静端夹持组件包括用于夹持所述试件的下端部的静端夹头组件、静端套筒和两端部分别与所述静端夹头组件和所述静端套筒相固定连接的静端连杆，所述静端套筒与所述静端加载杆固定连接。
进一步地，所述动端夹头组件和所述静端夹持组件均包括夹头、楔形块、顶紧块和旋紧盘，所述夹头设置有容纳试件的开槽，所述开槽具有大端和小端，所述楔形块和所述顶紧块均位于所述开槽中，且所述楔形块和所述顶紧块均能够上下滑动地设置在所述开槽中，所述楔形块具有倾斜设置的斜面，所述斜面与所述夹头相配合，所述楔形块与所述顶紧块相抵设，所述楔形块分别位于所述试件的相对两侧，所述旋紧盘与所述夹头通过螺纹连接，所述旋紧盘的一端部抵设在所述顶紧块上，所述顶紧块在所述开槽内位于大端位置处，所述旋紧盘相对所述夹头转动驱使所述顶紧块和所述楔形块向所述开槽的小端方向滑动，所述静端连杆和所述动端连杆分别与所述旋紧盘通过螺纹连接。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置结构简单，可实时修正装夹过程中上下夹持面的角度偏差和消除夹头对试件的压缩或拉伸力，装夹过程中可有效地对试件进行保护，以确保实验结果的可靠性。
附图说明
附图1为本发明的用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置的立体图；
附图2为本发明的用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置的主视图；
附图3为本发明的用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置的部分剖视图；
附图4为附图3中A处局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
如图1~图4所示，本发明的用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置包括动端夹持组件和静端夹持组件，动端夹持组件用于夹持试件100的上端部，静端夹持组件用于夹持试件100的下端部，动端夹持组件与万能试验机的动端动端加载杆24固定连接，静端夹持组件与万能试验机的静端加载杆14固定连接。
静端夹持组件包括从上向下顺序设置的静端夹头组件、静端连杆12和静端套筒13，静端夹头组件用于夹持试件100的下端部，静端连杆12的两端部分别于静端夹头组件和静端套筒13相固定连接，静端加载杆14的上端部与静端套筒13相固定连接。
动端夹持组件包括从下向上顺序设置的动端夹头组件、动端连杆22和动端套筒23，动端夹头组件用于夹持试件100的上端部，动端加载杆24的下端部与动端套筒23相固定连接，动端连杆22的下端部与动端夹头组件相固定连接，动端连杆22的上端部能够转动且滑动地设置在动端套筒23上。这样，动端夹持组件可实时修正装夹过程中试件100上下夹持面的角度偏差和消除动端夹头组件对待测试件100的压缩或拉伸力，可在装夹过程中有效地对试件100进行保护，从而确保拉伸及压缩试验结果的可靠性。
具体的，动端套筒23上设置有沿上下方向延伸的的容腔，动端连杆22的上端部位于该容腔中，其能够绕自身轴心线转动，且沿还能够沿容腔的长度延伸方向滑动地设置，动端套筒23的内壁面与动端连杆22的外壁面间隙配合，这样，可对动端连杆22的上下滑动进行导向。本实施例中，动端连杆22呈T型结构，动端套筒23的容腔与动端连杆22的T型结构相匹配，动端套筒23的容腔的横截面和动端连杆22的横截面均呈圆形，即动端连杆22的外圆柱面与动端套筒23的内圆柱面之间通过间隙配合。
动端加载杆24的下端部插设在动端套筒23的容腔中，动端连杆22位于动端套筒23的容腔中的部分具有第一配合部221和第二配合部222，动端套筒23上设置有第三配合部231，动端加载杆24的下部插入动端套筒23的容腔中的部分具有第四配合部241，动端连杆22相对动端套筒23上下滑动使得第一配合部221能够与第三配合部231配合或脱开配合，第二配合部222能够与第四配合部241配合或脱开配合。
第一配合部221位于第二配合部222的下部，本实施例中，第一配合部221为从上向下向动端连杆22的中心轴线倾斜设置的锥斜面，第三配合部231为与第一配合部221相匹配的锥斜面。第二配合部222为动端连杆22的上端面，第四配合部241为动端加载杆24的下端面，动端连杆22的上端面和动端加载杆24的下端面均沿水平方向延伸。
动端连杆22的下部从动端套筒23的容腔中伸出到动端套筒23的外部，并与动端夹头组件相固定连接，其伸出到动端套筒23外的部分上设置有用于显示第一配合部221与第三配合部231之间的距离以及第二配合部222与第四配合部241之间的距离的刻度线。通过该刻度线，可直观地获得第一配合部221与第三配合部231之间的距离值以及第二配合部222与第四配合部241之间的距离值，要求第一配合部221与第三配合部231之间的距离不小于万能试验机拉伸加载时动端提速所需要的位移，第二配合部222与第四配合部241之间的距离不小于万能试验机压缩加载时动端提速所需要的位移。
动端连杆22上设置有自动端连杆22的外圆周面向内凹的凹槽223，凹槽223部位的直径小于动端连杆22其他部位的直径。凹槽223部位的抗拉强度为万能试验机量程的95%左右，通过在动端连杆22上设置凹槽223，可以在进行拉伸试验过程中，若载荷达到万能试验机量程的95%左右时，动端连杆22可及时断开，这可有限避免在拉伸试验时万能试验机超出载荷上限，达到保护万能试验机的目的。
静端夹头组件和动端夹头组件均包括夹头111/211、楔形块112/212、顶紧块113/213和旋紧盘114/214，静端连杆12和动端连杆22分别与旋紧盘114/214通过螺纹固定连接。
夹头111/211上设置有容纳试件100的开槽，开槽具有大端和小端。楔形块112/212和顶紧块113/213均位于开槽中，且顶紧块113/213在开槽内位于大端位置处，旋紧盘114/214的上部或下部伸入到夹头111/211的开槽中且能够与顶紧块113/213相抵设。楔形块112/212用于夹紧试件100，其对称设置在试件100的相对两侧，楔形块112/212具有倾斜设置的斜面，斜面与夹头111/211相配合，楔形块112/212同时与顶紧块113/213相抵设。旋紧盘114/214与夹头111/211通过螺纹连接，当正向转动旋紧盘114/214时,旋紧盘114/214同时向伸入夹头111/211的方向移动，旋紧盘114/214与顶紧块113/213相抵设，驱动顶紧块113/213和楔形块112/212在夹头111/211的开槽中向开槽的小端方向滑动，从而通过楔形块112/212将试件100夹紧。
本发明的试验装置的工作原理如下：
进行拉伸试验时，先将试件100的下端部放置在静端夹头组件中，旋转旋紧盘114，以通过静端夹头组件将试件100的下端部夹紧。再将试件100的上端部放置在动端夹头组件中，旋转旋紧盘214，以通过动端夹头组件将试件100的上端部夹紧。装夹试件100过程中，由于动端连杆22可以自由转动和在一定范围内的上下运动，因此，在装夹动端夹持组件时就有效避免了由于动静端装夹面角度偏差引起的试件100扭转和夹紧过程中出现的压缩和拉伸现象，在装夹过程中有效地保护了试件100。根据动端连杆22上的刻度线可获取动端连杆22上第一配合部221与动端套筒23上第三配合部231之间的竖直距离，需保证这一距离大于万能试验机拉伸加载时动端提速所需要的位移。接下来即可开展试验，试验时动端加载杆24带动动端套筒23同步向上运动，二者加速到预定试验速度后，动端套筒23上的第三配合部231与动端连杆22上的第一配合部221相抵设，从而带动动端连杆22和动端夹头组件按规定加载速度对试件100进行加载。
进行压缩试验时，同样先通过静端夹持组件夹紧试件100的下端部，再通过动端夹持组件夹紧试件100的上端部，根据动端连杆22上的刻度线可获取动端连杆22上第二配合部222与动端加载杆24上第四配合部241之间的竖直距离，需保证这一距离大于万能试验机压缩加载时动端提速所需要的位移。试验时动端加载杆24带动动端套筒23同步向下运动，二者加速到预定试验速度后，动端加载杆24上的第四配合部241与动端连杆22上的第二配合部222相抵设，从而带动动端连杆22和动端夹头组件按规定速度对试件100进行压缩加载。
综上，现有万能试验机在中应变（0.1/s~1/s）拉伸或压缩加载时动端通常需要几毫米至几十毫米不等的提速行程，本发明的试验装置可以给动端夹持组件一定的提速行程，使得动端套筒在接触动端连杆前就已达到预定的试验速度，然后带动动端连杆、动端夹头组件运动，实现万能试验机在中应变率（0.1/s~1/s）下准确速度的拉伸或压缩加载。同时，现有万能试验机动端夹持组件和静端夹持组件夹持试件的方式已将试件的上下夹持面距离和角度约束死，这容易造成试件在装夹过程中发生压缩和扭转使试件在试验前造成损伤，本发明的动端连杆可在动端套筒内自由转动和上下活动，这可以实时修正装夹过程中上下夹持面的角度偏差和消除夹头对试件的压缩或拉伸力，装夹过程中可有效地对试件进行保护，以确保实验结果的可靠性。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置，包括用于夹持试件的上端部的动端夹持组件和用于夹持所述试件的下端部的静端夹持组件，所述动端夹持组件与万能试验机的动端加载杆固定连接，所述静端夹持组件与所述万能试验机的静端加载杆固定连接，其特征在于：所述动端夹持组件包括用于夹持所述试件的上端部的动端夹头组件、动端套筒和动端连杆，所述动端加载杆的下端部与所述动端套筒相固定连接，所述动端连杆的下端部与所述动端夹头组件相固定连接，所述动端连杆的上端部能够转动且滑动地设置在所述动端套筒上，所述静端夹持组件包括用于夹持所述试件的下端部的静端夹头组件、静端套筒和两端部分别与所述静端夹头组件和所述静端套筒相固定连接的静端连杆，所述静端套筒与所述静端加载杆固定连接，所述动端夹头组件和所述静端夹持组件均包括夹头、楔形块、顶紧块和旋紧盘，所述夹头设置有容纳试件的开槽，所述开槽具有大端和小端，所述楔形块和所述顶紧块均位于所述开槽中，且所述楔形块和所述顶紧块均能够上下滑动地设置在所述开槽中，所述楔形块具有倾斜设置的斜面，所述斜面与所述夹头相配合，所述楔形块与所述顶紧块相抵设，所述楔形块分别位于所述试件的相对两侧，所述旋紧盘与所述夹头通过螺纹连接，所述旋紧盘的一端部抵设在所述顶紧块上，所述顶紧块在所述开槽内位于大端位置处，所述旋紧盘相对所述夹头转动驱使所述顶紧块和所述楔形块向所述开槽的小端方向滑动，所述静端连杆和所述动端连杆分别与所述旋紧盘通过螺纹连接，所述动端套筒设置有沿上下方向延伸的容腔，所述动端连杆的上端部能够转动地设置在所述容腔中，且能够沿所述容腔的长度延伸方向滑动地设置，所述动端加载杆的下端部插设在所述动端套筒的容腔中，所述动端连杆位于所述动端套筒的容腔中的部分具有第一配合部和第二配合部，所述动端套筒上设置有第三配合部，所述动端加载杆的下端部具有第四配合部，所述动端连杆相对所述动端套筒滑动使得所述第一配合部能够与所述第三配合部配合或脱开配合，所述第二配合部能够与所述第四配合部配合或脱开配合。
2.根据权利要求1所述的用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置，其特征在于：所述动端套筒的内壁面与所述动端连杆的外壁面间隙配合。
3.根据权利要求1所述的用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置，其特征在于：所述第一配合部为从上向下向所述动端连杆的中心轴线倾斜设置的锥斜面，所述第三配合部为与所述第一配合部相匹配的锥斜面。
4.根据权利要求1所述的用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置，其特征在于：所述第二配合部为所述动端连杆的上端面，所述第四配合部为所述动端加载杆的下端面，所述动端连杆的上端面和所述动端加载杆的下端面均沿水平方向延伸。
5.根据权利要求1所述的用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置，其特征在于：所述动端连杆伸出到所述动端套筒外的部分上设置有用于显示所述第一配合部与所述第三配合部之间的距离以及所述第二配合部与所述第四配合部之间的距离的刻度线。
6.根据权利要求1所述的用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置，其特征在于：所述第一配合部与所述第三配合部之间的距离不小于所述万能试验机拉伸加载时动端提速所需要的位移，所述第二配合部与所述第四配合部之间的距离不小于所述万能试验机压缩加载时动端提速所需要的位移。
7.根据权利要求1所述的用于万能试验机中应变率拉压加载的试验装置，其特征在于：所述动端连杆上设置有自所述动端连杆的外圆周面向内凹的凹槽，所述凹槽部位的直径小于所述动端连杆其他部位的直径。
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