CN112665967A - 用于江海直达船复合型裂纹扩展测试的精准调角装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于江海直达船复合型裂纹扩展测试的精准调角装置，包括：滑轨片组包括结构相同的两块滑轨片，两块滑轨片首尾相连，在两块滑轨片上均设置有弧形的第一滑轨；夹片包括与待测试件连接的连接部以及设置在连接部上且滑接在所述第一滑轨中的滑块；推动件，在其上设置有第二滑轨，第二滑轨的尺寸形状与滑块相适配，并将推动件上的第二滑轨套装在滑块从所述第一滑轨中露出的部分上，且推动件还与所述滑轨片可移动连接。本发明则极大地提高了拉剪复合疲劳裂纹扩展实验加载角的精确度，可以实现角度的无极调节，使实验更真实地反映江海直达船结构节点复合疲劳问题，省去在变角度调节中的反复拆装，极大低提升拉剪复合疲劳实验的精确性与便捷性。
Description
技术领域
本发明属于船舶与海洋工程的技术领域，具体涉及一种用于江海直达船复合型裂纹扩展测试的精准调角装置。
背景技术
江海直达船在其营运年限中，承受来自海段、江段不同波浪载荷的作用使其历经疲劳循环，由于江海直达船为宽扁肥大船型，其船身受横向波浪弯矩影响较普通船型更大，在江海直达船局部结构中体现为拉伸-剪切复合载荷，产生裂纹I-II型复合裂纹。
为研究江海直达船局部船体结构的疲劳特性，CTS试件被用于疲劳实验研究。目前所用的CTS试件采用的复合加载装置为Richard.HA于1983年设计的，一般是在扇形夹片内90°圆弧上均匀分布间隔15°的螺栓孔，其角度调节精度局限于15°，角度调节方式是通过改变与MTS疲劳试验系统夹具连接的螺栓孔来调节疲劳实验加载角。这种装置不仅在角度调节精度上存在一定缺陷，使实验结果产生较大偏差，且存在可调角度受螺栓孔数量限制的问题，并且在调节角度时需将实验工装拆卸并重新安装，这对裂纹扩展过程的校准与测量同样有影响。为保证江海直达船复合疲劳实验的精确性与实验安装的便捷性，急需设计一种便捷的精准调角装置。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种用于江海直达船复合型裂纹扩展测试的精准调角装置，该装置确保了江海直达船复合裂纹疲劳试验可变角度的精确性与角度可调节范围，并且提高了变角度操作的便捷。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于江海直达船复合型裂纹扩展测试的精准调角装置，包括滑轨片组、夹片以及推动件；其中，
滑轨片组，其用于精准调节角度，所述滑轨片组包括结构相同的两块滑轨片，两块滑轨片首尾相连，在两块滑轨片上均设置有弧形的第一滑轨；
夹片，其用于带动待测试件进行角度调节，所述夹片包括与所述待测试件连接的连接部以及设置在所述连接部上且滑接在所述第一滑轨中的滑块，所述滑块为弧形且其曲率半径与所述第一滑轨的曲率半径相同；以及
推动件，其用于推动所述夹片在所述第一滑轨中移动，在所述推动件上设置有第二滑轨，所述第二滑轨的尺寸形状与所述滑块相适配，并将所述推动件上的第二滑轨套装在所述滑块从所述第一滑轨中露出的部分上，且所述推动件还与所述滑轨片可移动连接；
将两块滑轨片分别与测试夹具连接，再将待测试件与连接部固连，松开紧固件，推动推动件，所述推动件带动所述滑块在所述第一滑轨中滑动进而实现待测试件角度的调节，角度调节完成后将紧固件调紧。
进一步地，在所述每块滑轨片首端的端面上均设置有卡块，在每块滑轨片尾端的端面上均设置有与所述卡块配合的卡槽，在连接时，将其中一块滑轨片首端的卡块卡设在另一块滑轨片尾端的卡槽中，同时将所述另一块滑轨片首端的卡块卡设在所述其中一块滑轨片尾端的卡槽中。
进一步地，在每块滑轨片上均设置有角度刻度尺，所述角度刻度尺沿所述第一滑轨一侧的弧长方向设置。
进一步地，在所述滑块背离所述连接部的端面上设置有第一刻度线，在所述推动件背离所述连接部的端面上设置有第二刻度线，在将推动件套装在滑块上时，滑块上的第一刻度线和推动件的第二刻度线在同一条直线上。
进一步地，在滑块位于滑轨片上的第一滑轨中其中一侧的极限位置时，滑块上的第一刻度线和推动件的第二刻度线的连线指向所述角度刻度尺上的0刻度处。
进一步地，所述角度刻度尺为0～90°角度刻度，其精度为1°。
进一步地，所述推动件包括推动片，所述第二滑轨设置在所述推动片上，在所述推动片套装在所述滑块上时，所述推动片通过第一连接件与滑轨片可移动连接，第一连接件穿过推动片、与推动片对应的滑轨片上的第一滑轨以将两者连接，在推动推动片移动时，第一连接件在第一滑轨中移动。
进一步地，在所述滑轨片上还设置有弧形的第三滑轨，所述第三滑轨的曲率半径与所述第一滑轨的曲率半径相同，所述推动片还通过第二连接件与滑轨片可移动连接，所述第二连接件穿过推动片、与推动片对应的滑轨片上的第三滑轨以将两者连接，在推动推动片移动时，第二连接件在第三滑轨中移动。
进一步地，在所述滑块上与所述第一滑轨接触的表面上设置一层增阻层。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的精准调角装置，可在不拆除MTS疲劳试验系统夹具的情况下，实现拉剪复合疲劳实验精准调角，角度可变范围在0～90°，精度为1°，而现有的装置一般是在扇形夹片内90°圆弧上均匀分布间隔特定角度的螺栓孔，通过改变与MTS疲劳试验系统夹具连接的螺栓孔来调节疲劳实验加载角，这种方法不仅存在角度调节的精度受制于螺栓孔的数量的问题，其加载角的准确度同样存在问题；对于江海直达船的特定结构节点，该处拉伸载荷与剪切载荷的作用角具有特异性，原有的相对简单的实验装置并不能达到所需精度，简单地研究I-II型复合裂纹扩展规律难以真实反映实际工程问题，本发明则极大地提高了拉剪复合疲劳裂纹扩展实验加载角的精确度，可以实现角度的无极调节，使实验更真实地反映江海直达船结构节点复合疲劳问题，在使用方面，本发明具有角度调节便捷的优点，省去在变角度调节中的反复拆装；此外，本发明也将极大低提升拉剪复合疲劳实验的精确性与便捷性。
附图说明
图1为本发明实施例精准调角装置与MTS夹具连接的立体结构示意图；
图2为本发明实施例精准调角装置与MTS夹具连接的主视图；
图3是本发明实施例滑轨片的结构示意图；
图4是本发明实施例夹片的结构示意图；
图5是本发明实施例推动片的结构示意图；
图6是本发明实施例精准调角装置的组装示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
如图1和图2所示，本发明提供一种用于江海直达船复合型裂纹扩展测试的精准调角装置，包括滑轨片组1、夹片2以及推动件。在本实施例中，该装置包括两组滑轨片组1，每组滑轨片组1包括结构相同的两块滑轨片11，两块滑轨片11均为半圆环形且两者首尾相连围合形成闭合环形结构，为了提高两者连接时的稳定性，见图3，在每块滑轨片11首端的端面上均设置有卡块12，在每块滑轨片11尾端的端面上均设置有与卡块12配合的卡槽13，在连接时，将其中一块滑轨片11首端的卡块12卡设在另一组滑轨片11尾端的卡槽13中，且将另一组滑轨片11首端的卡块12卡设在其中一组滑轨片11尾端的卡槽13中，从而使得两者连接稳固而不易发生周向上的移动。每块滑轨片11上预留有便于与MTS疲劳试验系统夹具5连接的通孔14，便于测试时将该装置连接到MTS疲劳试验系统夹具5上。为了方便调节待测试件4的角度，在每块滑轨片11上均设置有弧形的第一滑轨15，且在每片滑轨片11上均设置有角度刻度尺16，该角度刻度尺16沿第一滑轨15一侧的弧长方向设置，为避免使用时间增加造成装置上的角度刻度尺16磨损，角度刻度尺16上的刻度线应采用钢刻工艺并保证一定深度后涂漆上色。而为了满足角度调节范围和精度的要求，角度刻度尺16为0～90°的角度刻度，且其精度为1°。
与滑轨片11对应，本实施例中设置四块夹片2，每块夹片2与一块滑轨片11连接。具体地，如图4所示，每块夹片2包括与待测试件4连接的连接部21以及设置在连接部21上且滑接在第一滑轨15中的滑块22，连接部21与待测试件4通过螺栓螺母连接，从而方便安装拆卸。而为了便于滑动，滑块22为弧形且其曲率半径与第一滑轨15的曲率半径相同，为了减小滑块22与第一滑轨15之间的磨损程度，在滑块22上与第一滑轨15接触的表面上设置一层增阻层。推动件包括弧形的推动片3，在本实施例中，也对应地也设置有四块推动片3，每块推动片3与一块滑轨片11对应设置，具体地，见图5，在弧形的推动片3上设置有第二滑轨31，第二滑轨31的形状尺寸与滑块22相同，将推动片3上的第二滑轨31套装在滑块22从第一滑轨15中露出的部分上，再用第一连接螺栓32依次穿过该精度调节装置上半部分的第一块推动片、第一块滑轨片上的第一滑轨、第一块夹片、第二块夹片、第二块滑轨片上的第一滑轨以及第二块推动片，之后在第一连接螺栓32上拧上螺母以将六者连接在一起，下半部分的所有推动片、滑轨片的第一滑轨以及夹片也采用同样的方式连接。
而为了提高推动片3移动时的稳定性，在每块滑轨片11上还设置有第三滑轨17，取一第二连接螺栓33依次穿过上半部分的第一块推动片、第一块滑轨片上的第三滑轨、第一块夹片、第二块夹片、第二块滑轨片上的第三滑轨以及第二块推动片，再在该第二连接螺栓33上拧上螺母以将六者连接，且该第二连接螺栓33与第一滑轨15不在同一圆周上，再用同样的方法将下半部分的所有推动片、滑轨片上的第三滑轨以及夹片进行连接，这样在推动片3带动滑块22在第一滑轨15中移动时，该第二连接螺栓33对应地在滑轨片11上的第三滑轨17中移动从而起到导向作用以提高推动片移动的稳定性。此外，在滑块22背离连接部21的端面上设置有第一刻度线23，在推动片3背离连接部21的端面上设置有第二刻度线34，在推动片3套设在滑块22上时，第一刻度线23和第二刻度线34在同一条直线上。且为了方便直接调节和读取角度调节量，在滑块22位于滑轨片11上的第一滑轨15其中一侧的极限位置时，第一刻度线23和第二刻度线34的连线指向角度刻度尺16上的0°处。
在安装本实施例的精准调角装置时，如图6所示，先用几个螺栓螺母将待测试件4的上端与其中两个夹片2的连接部21固定连接，再将待测试件4的下端与另外两个夹片2的连接部21用螺栓螺母固定连接。然后将每组滑轨片组1中的两个滑轨片11首尾连接，之后将每块夹片2上的滑块22滑接在相应滑轨片11中的第一滑轨15中，再取一推动片2套设在该滑块22露出于第一滑轨15外的部分上，套装完成的推动片3上的第二刻度线34和滑块22上的第一刻度线23在同一条直线上。最后将上半部分的所有推动片3、滑轨片11、夹片3按照前述顺序和方法通过多根第一连接螺栓32和第二连接螺栓33连接，同时将下半部分的所有推动片3、滑轨片11、夹片2按照前述顺序和方法通过多根第一连接螺栓32和第二连接螺栓33连接，其中，在调节角度前多根第一连接螺栓32和第二连接螺栓33上的螺母均不完全紧固。连接完成后，将滑块22推至第一滑轨15中的极限位置处以使得第一刻度线23和第二刻度线34均指向角度刻度上的0°处，此时待测试件4被四块夹片2夹紧在中间，之后对待测试件4进行角度调节。在使用本实施例的精准调角装置角度时，具体包括如下步骤：
步骤1、将每块滑轨片11分别用螺栓(或插销)与MTS疲劳试验系统夹具5连接；
步骤2、推动推动片3从而带动滑块22在第一滑轨15中移动进而推动与夹片2连接的待测试件4移动以将其角度调节到目标角度，具体地，根据第一刻度线23和第二刻度线34在角度刻度尺16上移动的角度来确定是否到达目标角度，在移动前，确保第一刻度线23、第二刻度线34与角度刻度尺上的0°线对准，角度调节完成后先将穿过第一滑轨15中的第一连接螺栓32上的螺母完全拧紧，再将穿过第三滑轨中的第二连接螺栓33上的螺母完全拧紧；
步骤3、检第一刻度线23、第二刻度线34与角度刻度尺16上的刻度线是否对准，若所有第一连接螺栓32和第二连接螺栓33均拧紧后仍然对准，则进行下述步骤4；否则松开所有第一连接螺栓32和第二连接螺栓33重复步骤2重新调节角度；
步骤4、开启MTS疲劳试验系统进行加载，加载过程中若需变更加载角，则停止疲劳加载，将载荷归零，稍微松开所有第一连接螺栓32和第二连接螺栓33，从步骤2开始重新调节。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种用于江海直达船复合型裂纹扩展测试的精准调角装置，其特征在于，包括滑轨片组、夹片以及推动件；其中，
滑轨片组，其用于精准调节角度，所述滑轨片组包括结构相同的两块滑轨片，两块滑轨片首尾相连，在两块滑轨片上均设置有弧形的第一滑轨；
夹片，其用于带动待测试件进行角度调节，所述夹片包括与所述待测试件连接的连接部以及设置在所述连接部上且滑接在所述第一滑轨中的滑块，所述滑块为弧形且其曲率半径与所述第一滑轨的曲率半径相同；以及
推动件，其用于推动所述夹片在所述第一滑轨中移动，在所述推动件上设置有第二滑轨，所述第二滑轨的尺寸形状与所述滑块相适配，并将所述推动件上的第二滑轨套装在所述滑块从所述第一滑轨中露出的部分上，且所述推动件还与所述滑轨片可移动连接；
将两块滑轨片分别与测试夹具连接，再将待测试件与连接部固连，松开紧固件，推动推动件，所述推动件带动所述滑块在所述第一滑轨中滑动进而实现待测试件角度的调节，角度调节完成后将紧固件调紧。
2.根据权利要求1所述的用于江海直达船复合型裂纹扩展测试的精准调角装置，其特征在于，在所述每块滑轨片首端的端面上均设置有卡块，在每块滑轨片尾端的端面上均设置有与所述卡块配合的卡槽，在连接时，将其中一块滑轨片首端的卡块卡设在另一块滑轨片尾端的卡槽中，同时将所述另一块滑轨片首端的卡块卡设在所述其中一块滑轨片尾端的卡槽中。
3.根据权利要求1所述的用于江海直达船复合型裂纹扩展测试的精准调角装置，其特征在于，在每块滑轨片上均设置有角度刻度尺，所述角度刻度尺沿所述第一滑轨一侧的弧长方向设置。
4.根据权利要求3所述的用于江海直达船复合型裂纹扩展测试的精准调角装置，其特征在于，在所述滑块背离所述连接部的端面上设置有第一刻度线，在所述推动件背离所述连接部的端面上设置有第二刻度线，在将推动件套装在滑块上时，滑块上的第一刻度线和推动件的第二刻度线在同一条直线上。
5.根据权利要求4所述的用于江海直达船复合型裂纹扩展测试的精准调角装置，其特征在于，在滑块位于滑轨片上的第一滑轨中其中一侧的极限位置时，滑块上的第一刻度线和推动件的第二刻度线的连线指向所述角度刻度尺上的0刻度处。
6.根据权利要求3所述的用于江海直达船复合型裂纹扩展测试的精准调角装置，其特征在于，所述角度刻度尺为0～90°角度刻度，其精度为1°。
7.根据权利要求1所述的用于江海直达船复合型裂纹扩展测试的精准调角装置，其特征在于，所述推动件包括推动片，所述第二滑轨设置在所述推动片上，在所述推动片套装在所述滑块上时，所述推动片通过第一连接件与滑轨片可移动连接，第一连接件穿过推动片、与推动片对应的滑轨片上的第一滑轨以将两者连接，在推动推动片移动时，第一连接件在第一滑轨中移动。
8.根据权利要求7所述的用于江海直达船复合型裂纹扩展测试的精准调角装置，其特征在于，在所述滑轨片上还设置有弧形的第三滑轨，所述第三滑轨的曲率半径与所述第一滑轨的曲率半径相同，所述推动片还通过第二连接件与滑轨片可移动连接，所述第二连接件穿过推动片、与推动片对应的滑轨片上的第三滑轨以将两者连接，在推动推动片移动时，第二连接件在第三滑轨中移动。
9.根据权利要求1所述的用于江海直达船复合型裂纹扩展测试的精准调角装置，其特征在于，在所述滑块上与所述第一滑轨接触的表面上设置一层增阻层。
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| 宋彦琦;刘济琛;刘小珍;李小龙;李向上;: "三维复合型疲劳裂纹扩展试验研究与数值分析", 实验力学, no. 04, 15 August 2020 (2020-08-15) * |
| 张玉海;高杨;: "利用Eclipse治疗计划系统修正瓦里安治疗床对放射治疗剂量的影响", 肿瘤学杂志, no. 08, 20 August 2010 (2010-08-20) * |
| 朱莉: "三维复合型脆性断裂行为的数值计算与实验研究", 中国博士学位论文全文数据库 基础科学辑, no. 04, 15 April 2014 (2014-04-15), pages 12 - 23 * |
| 江波;陈刚;赵海;肖蔚荣;刘鹏;任学冲;: "中碳车轮钢复合型裂纹疲劳扩展行为", 钢铁, no. 12, 15 December 2018 (2018-12-15) * |
| 熊勋 等: "基于FRANC3D和ABAQUS联合仿真三维疲劳裂纹扩展分析及寿命预测", 武汉理工大学学报(交通科学与工程版), vol. 44, no. 03, 15 July 2020 (2020-07-15) * |
| 甘进;赵凯;唐卫国;吴卫国;: "变历程两级交变载荷下切口试件疲劳试验研究", 武汉理工大学学报(交通科学与工程版), no. 02, 15 May 2020 (2020-05-15) * |
| 苏少普;曹淑森;廖江海;董登科;: "基于表观断裂韧性的Ⅰ-Ⅱ型复合断裂准则分析", 航空科学技术, no. 03, 15 March 2018 (2018-03-15) * |
| 蔡洁琼: "Ti-6Al-4V钛合金微动磨损中微裂纹的研究", 中国硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑, no. 02, 15 February 2018 (2018-02-15) * |
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