CN111678777A - 一种可开展包括压剪等多种复合模式断裂的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可开展包括压剪等多种复合模式断裂的试验装置，包括一对回旋形钢臂，所述回旋形钢臂上安装有若干个加载孔，在回旋形钢臂上固定安装有固定件，试件固定装夹在固定件上。本发明的通过新颖的回旋形钢臂设计，进行巧妙地构件组合，从而实现了外界单一的拉伸荷载通过该装置不仅能够轻松转换为拉伸、剪切，而且还能转换为压缩、压剪等不同形式的力施加到目标试件上。装置的结构简单，操作非常简单，因此具有很强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种可开展包括压剪等多种复合模式断裂的试验装置，属于材料复合断裂试验领域
背景技术
在工程结构中，材料常常受到复杂的荷载作用，从而产生不同的断裂模式。随着航空航天、海洋和其他行业不断发展，结构承受的荷载环境越来越复杂，对材料性能认知的要求不断地提升。因此，往往需要更好地理解复合材料在复杂多轴载荷条件下的断裂性能，以便能对结构进行合理的设计以及安全性评估，从而在一系列载荷应用中对材料和结构进行有效的部署。多轴载荷作用下的材料的分析已经通过许多一些断裂试验取得了进展，但由于多轴试验和试件设计的复杂性，目前缺乏可靠的复合断裂试验装置。
虽然国际上已经对复合型断裂试验装置有了一些研究，专利CN 202793900 U公开了一种可以开展任意裂纹角度断裂试验的装置，专利CN 107389454公开了一种多种形状试件的复合断裂试验装置，但是这些装置仅仅能开展剪切和拉伸复合状态的破坏试验，无法开展压缩和压剪复合状态的破坏试验。而在实际的结构中，大部分荷载状态都是压剪型破坏，因此需要提出一种新型的装置吗，能够更加全面的对材料不同断裂的模式开展试验。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可开展包括压剪等多种复合模式断裂的试验装置，其可实现包括纯压缩，压剪，纯剪切，拉剪，准拉伸等多种裂纹角度和破坏模式的试验，装置的结构简单，操作非常简单，因此具有很强的实用性。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的可开展包括压剪等多种复合模式断裂的试验装置，包括一对回旋形钢臂，所述回旋形钢臂上安装有若干个加载孔，在回旋形钢臂上固定安装有固定件，试件固定装夹在固定件上。
作为优选，所述回旋形钢臂上安装有一对可旋转套环，两个回旋形钢臂上的可旋转套环通过防屈曲固定杆连接。
作为优选，所述回旋形钢臂结构相同，两个回旋形钢臂沿试件中心中心对称分布。
作为优选，所述加载孔沿试件中心均匀角度分布，两个回旋形钢臂上的加载孔沿试件中心中心对称分布。
在本发明中，回旋形钢臂：作为装置的主体结构，用于连接外部试验机，并能够实现从拉剪到压剪的断裂模式的改变。钢臂固定件：钢臂固定件用于控制上下两钢臂的相对位置，限制两钢臂的位移从而使外荷载的力线始终在一条直线上。固定件：固定件用于固定试件，提供机械夹力从而将外荷载传递到试件上。蝶形试件：试件被加工为蝶形，中间为凹槽，使得断裂从预设位置发生。装置的主体为两个相同的钢臂，其具有特殊设计的回旋形结构，钢臂上对应位置设有开孔，用于实现从压缩到压剪、纯剪、拉剪再到纯拉伸的不同断裂模式试验的自由切换。两个钢臂为中心对称式布置，两个钢臂上的开孔也为中心对称。固定件由两根钢制握把，对应数量的可旋转式握把套环，固定螺栓构成。钢制握把分别连接两个钢臂，且互相平行，握把两头用固定螺栓和可旋转式握把套环分别固定在两个回旋式钢臂上。该固定件可以限制两个钢臂的相对位移，同时又能允许在试验过程中装置随试件的变形而产生合适的变形。所述的固定件由两块叠加钢片构成，钢片一头通过螺栓连接在钢臂上，另一头用螺栓连接夹紧试件的一端。所述的蝶形试件在翼缘两边各开多个螺栓孔，以使试件能够通过螺栓与装置固定。
有益效果：本发明的通过新颖的回旋形钢臂设计，进行巧妙地构件组合，从而实现了外界单一的拉伸荷载通过该装置不仅能够轻松转换为拉伸、剪切，而且还能转换为压缩、压剪等不同形式的力施加到目标试件上。装置的结构简单，操作非常简单，因此具有很强的实用性。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的试验原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，包括加载孔1、回旋形钢臂2、防屈曲固定杆3、固定件4、可旋转套环5、蝶形试件6。回旋形钢臂2作为装置的主体结构，通过加载孔1将外部试验机施加的荷载传递到固定件4上，其回旋式的结构提供了不同位置的加载孔1，实现了可以将试验机施加的单一的拉伸形式的荷载转换为拉伸、拉剪、剪切、压剪和压缩等不同复合断裂模式的荷载，并将其最终施加至蝶形试件6上。
在本发明中，可旋转套环5被分别固定在回旋形钢臂2上，利用套环和防屈曲固定杆3将两个单独的回旋形钢臂连接起来。在加载时，防屈曲固定杆3平行于回旋形钢臂2所构成的平面，被作为一种平面外约束，其可以达到防止回旋形钢臂2发生平面外失稳的目的。且由于可旋转套环5的设计使防屈曲固定杆3有一个转动自由度，所以在试件发生变形的过程中，可旋转套环5和防屈曲固定杆3会与试件变形相协调产生转动和位移，不会影响试件的变形。这样的设计使得回旋形钢臂的稳定性大大提升，从而达到简化装置，节约材料，提高装置经济性的目的。
在本发明中，固定件4用于连接回旋形钢臂2和蝶形试件6，固定件4上由两片高强合金板构成，其上分别留有和回旋形钢臂2连接还有和蝶形试件6连接的螺栓孔，通过高强螺栓将固定件的一端与回旋形钢臂2连接，试验前通过螺栓与试件连接，固定件可对试件施加机械夹力，并以此传递回旋形钢臂对其施加的荷载力。蝶形试件6位于装置的正中心，以保证断裂模式与设计相符。试件被加工为蝶形，即中间为凹槽，这使得受到外荷载时，试件中部将拥有较大的应力集中，从而保证了断裂从该预设位置发生。
实施例：结合图2介绍本发明加载试件实现不同模式断裂的实验过程。
如图1所示，通过调整蝶形试样6和固定件4的空间关系，即两者的螺栓孔对准后加螺栓夹紧，将试件6用固定件4固定。将装置通过对应回旋臂的0°加载孔与通用试验机连接，当试验机施加拉伸荷载时，试件受到单轴拉伸荷载。将装置通过对应回旋臂的0°-90°之间的加载孔与通用试验机连接，当试验机施加拉伸荷载时，试件受到拉伸和剪切的共同作用，随着角度的增大，试件所受的剪切分量不断增大。将装置通过对应回旋臂的0°加载孔与通用试验机连接，当试验机施加拉伸荷载时，试件受到纯剪切荷载。将装置通过对应回旋臂的90°-180°之间的加载孔与通用试验机连接，当试验机施加拉伸荷载时，试件受到拉伸和压缩的共同作用，随着角度的增大，试件所受的压缩分量不断增大。将装置通过对应回旋臂的180°加载孔与通用试验机连接，当试验机施加拉伸荷载时，试件受到纯压缩荷载。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种可开展包括压剪等多种复合模式断裂的试验装置，其特征在于：包括一对回旋形钢臂，所述回旋形钢臂上安装有若干个加载孔，在回旋形钢臂上固定安装有固定件，试件固定装夹在固定件上。
2.根据权利要求1所述的可开展包括压剪等多种复合模式断裂的试验装置，其特征在于：所述回旋形钢臂上安装有一对可旋转套环，两个回旋形钢臂上的可旋转套环通过防屈曲固定杆连接。
3.根据权利要求1所述的可开展包括压剪等多种复合模式断裂的试验装置，其特征在于：所述回旋形钢臂结构相同，两个回旋形钢臂沿试件中心中心对称分布。
4.根据权利要求1所述的可开展包括压剪等多种复合模式断裂的试验装置，其特征在于：所述加载孔沿试件中心均匀角度分布，两个回旋形钢臂上的加载孔沿试件中心中心对称分布。
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