CN112798404A - 一种小样品剪切试验用夹具 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料力学领域，具体涉及一种小样品剪切试验用夹具，包括上连接块和下连接块，其分别连接导向柱连接块a和导向柱连接块b，导向柱连接块a和导向柱连接块b之间同轴设有剪切冲头连接块、剪切冲头和固定底座，且通过切冲头连接块和固定底座安装竖直方向的导向柱；剪切冲头下方为试样夹具体，结构简单、操作方便、稳定性高，合理的间隙配合可基本排除摩擦力的干扰，装载在拉伸试验机上可快速、精准测量小样品的剪切强度，解决试验中只有拉伸功能的高精度小样品力学试验机无法测量剪切强度的问题。

Description

一种小样品剪切试验用夹具
技术领域
本发明属于材料力学领域，具体涉及一种用于小样品剪切试验的夹具。
背景技术
聚变堆包层结构的第一壁及冷却管道的厚度仅为数毫米，在测试其力学性能时，不能使用标准样品，而需要减少测试样品尺寸；在对包层结构材料进行中子辐照实验时，由于中子辐照容器的尺寸有限(如国际聚变堆材料辐照设施(IFMIF)的高通量测试模块(HFTM)的辐照体积仅0.5L，但需要容纳上千个样品)，且受辐照过程中通量及温度分布的均匀性所限制，也需要使用小样品来测试其抗辐照性能。另外，采用小样品有利于降低放射活性、减少中子辐照后实验对人体和环境危害。因而，小样品测试技术是至关重要的。
聚变堆材料力学性能测试所需小样品的尺寸为毫米级，对力学设备和检测工装夹具的精度要求更高，常规材料力学性能测试的通用设备和工装夹具无法满足小样品测量的要求，因而需要专用的高精度小样品力学试验机和新型的小样品试验专用夹具装置。小样品力学性能测试的种类很多，本发明仅涉及剪切试验专用夹具装置；除了聚变堆材料，本发明也适用于需要涉及到小样品剪切试验的其他非聚变材料领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种小样品剪切试验用夹具，其夹持稳定性高，且能够满足小样剪切试验中的夹持条件，从而能够顺利的进行小样品(尺寸举例：长5～30mm、宽1～5mm、高1～5mm)的剪切试验。
本发明的技术方案如下：
一种小样品剪切试验用夹具，包括分别设于夹具上下端的同轴安装的上连接块和下连接块，所述的上连接块和下连接块分别固定连接对应的导向柱连接块，即导向柱连接块a和导向柱连接块b，所述的导向柱连接块a和导向柱连接块b水平放置，且导向柱连接块a和导向柱连接块b之间同轴设有剪切冲头连接块和固定底座，且通过切冲头连接块和固定底座安装竖直方向的导向柱；所述的剪切冲头连接块中心处固定设有剪切冲头，所述的剪切冲头下方设有为试样夹具体，试样夹具体固定在固定底座上表面中间处；
所述的导向柱分为若干个竖直方向平行安装的内导向柱和外导向柱，且所述的内导向柱相对夹具中心轴线的距离小于外导向柱相对夹具中心轴线的距离；
所述的外导向柱穿过剪切冲头连接块，其上端与导向柱连接块a固定连接，其下端与固定底座固定连接；所述的内导向柱穿过固定底座，其上端与剪切冲头连接块固定连接，其下端与导向柱连接块b固定连接；
所述的试样夹具体上设有试样安装口，剪切试样置于试样安装口内，部分剪切试样位于剪切冲头的剪切面下方。
所述的试样夹具体为U型试样夹具体，其设有U形开口，且开口位于剪切冲头的剪切面下方。
所述的U型试样夹具体的U形开口的底部加工试样安装口。
所述的试样安装口为方形口。
所述的导向柱的外导向柱或内导向柱的数量为2个、3个或4个，且在夹具的径向方向均匀布置。
所述的外导向柱包括左外导向柱和右外导向柱，所述的内导向柱包括左内导向柱右内导向柱；所述的导向柱连接块a和导向柱连接块b的两端分别加工有导向柱安装孔，且导向柱连接块a上两个导向柱安装孔之间的距离r2大于导向柱连接块b上两个导向柱安装孔之间的距离为r1；所述的固定底座加工有4个导向柱安装孔，内侧两个孔之间的距离为r1，外侧两个孔之间的距离为r2；所述的剪切冲头连接块加工有4个导向柱安装孔，且内侧两个孔之间的距离为r1，外侧两个孔之间的距离为r2；所述的左外导向柱和右外导向柱，均穿过剪切冲头连接块上外侧的两个导向柱安装孔，上端固定安装在导向柱连接块a的两个导向柱安装孔内，下端固定安装在固定底座外侧的两个导向柱安装孔内；所述的左内导向柱和右内导向柱，均穿过固定底座上内侧的两个导向柱安装孔，上端固定安装在剪切冲头连接块内侧的两个导向柱安装孔内，下端固定安装在导向柱连接块b8的两个导向柱安装孔内。
所述的剪切冲头为带有一定厚度的竖直截面为T形的结构，其下端为方形柱状结构。
所述的剪切冲头的剪切面与立面的夹角为70°～80°。
所述的U型试样夹具体与固定底座采用两定位销和两螺栓以对角线方向分布的方式连接。
所述的上连接块和下连接块的结构相同，其中间为加工有安装孔的固定面板，固定面板一端固定安装在导向柱连接块的中部。
本发明的显著效果如下：结构简单、操作方便、稳定性高，合理的间隙配合可基本排除摩擦力的干扰，装载在拉伸试验机上可快速、精准测量小样品的剪切强度，解决试验中只有拉伸功能的高精度小样品力学试验机无法测量剪切强度的问题。
整体的左右导向柱的结构设计保证剪切力在测试过程中始终垂直作用于试样，U型试样夹具体侧面设有镂空观察窗口可实时观测试验进程及剪切试样状态，方便排除试验因夹具内部故障和试样异常的带来的数据误差，使得测试的运行稳定性提高，测量精度也有所提升。
附图说明
图1为小样品剪切试验用夹具结构示意图；
图2为小样品剪切试验用夹具正视图；
图3为小样品剪切试验用夹具左视图；
图4为小样品剪切试验用夹具俯视图；
图5为剪切冲头剪切面角度示意图；
图6为U型试样夹具体与剪切试样示意图；
图7为剪切试样放置正视图；
图8为U型试样夹具体6上定位销和螺栓位置俯视图；
图9为剪切试样示意图；
图中：1.上连接块；2.导向柱连接块a；3.剪切冲头连接块；4.剪切冲头；5.导向柱；6.U型试样夹具体；7.固定底座；8.导向柱连接块b；9.下连接块；10.方形孔；11.剪切试样；
5-1.左内导向柱；5-2.左外导向柱；5-3.右外导向柱；5-4.右内导向柱。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1～图4所示，在上方为与试验机连接的上连接块1，在下方的为与试验机连接的下连接块9，无论是上连接块1还是下连接块9都是与试验机固定连接安装的，上连接块1和下连接块9的结构相同，且中心线位于同一轴线上，及同轴放置，其中间为加工有安装孔的固定面板，固定面板一端固定安装在导向柱连接块的中部，与上连接块1固定安装的为导向柱连接块a2，与下连接块9上固定安装的为导向柱连接块b8。导向柱连接块a2和导向柱连接块b8的两端分别加工有导向孔，且导向柱连接块a2上两个导向柱安装孔之间的距离(记为r2)大于导向柱连接块b8上两个导向柱安装孔之间的距离(记为r1)。
在导向柱连接块a2和导向柱连接块b8之间安装有导向柱5、剪切冲头连接块3、剪切头4、U型试样夹具体6和固定底座7，导向柱5分为左内导向柱5-1、左外导向柱5-2、右外导向柱5-3、右内导向柱5-4，其中导向柱连接块a2和固定底座7之间安装有平行安装左外导向柱5-2和右外导向柱5-3，切冲头连接块3和导向柱连接块b8之间平行安装左内导向柱5-1和右内导向柱5-4。
其中固定底座7位于导向柱连接块b8上方，其上加工有4个导向柱安装孔，并且两端对称布置，内侧两个孔之间的距离为r1，外侧两个孔之间的距离为r2。在固定底座7中间固定安装U型试样夹具体6。U型试样夹具体6上方为剪切冲头4，该剪切冲头4固定安装在剪切冲头连接块3的中部，该剪切冲头连接块3两端分别对称加工有4个导向柱安装孔，且内侧两个孔之间的距离为r1，外侧两个孔之间的距离为r2。
上述的左外导向柱5-2和右外导向柱5-3，均穿过剪切冲头连接块3上外侧的两个导向柱安装孔，上端固定安装在导向柱连接块a2的两个导向柱安装孔内，下端固定安装在固定底座7外侧的两个导向柱安装孔内。由于U型试样夹具体6是固定在固定底座7上部中心处的，上连接块1固定安装在导向柱连接块a2的中部，因此上连接块1、导向柱连接块a2、U型试样夹具体6、固定底座7、左外导向柱5-2、右外导向柱5-3连接为一个整体组件。
上述的左内导向柱5-1和右内导向柱5-4，均穿过固定底座7上内侧的两个导向柱安装孔，上端固定安装在剪切冲头连接块3内侧的两个导向柱安装孔内，下端固定安装在导向柱连接块b8的两个导向柱安装孔内。由于剪切冲头4是固定在剪切冲头连接块3的中心处的，因此剪切冲头连接块3、剪切冲头4、导向柱连接块b8、下连接块9、左内导向柱5-1、右内导向柱5-4连接为一个整体组件。
由于左外导向柱5-2和右外导向柱5-3均穿过剪切冲头连接块3，左内导向柱5-1和右内导向柱5-4穿过固定底座7，剪切冲头连接块3上固定安装剪切冲头4，切冲头连接块3相对左外导向柱5-2和右外导向柱5-3移动，带动左内导向柱5-1和右内导向柱5-4相对固定底座7移动，同时带动剪切冲头4相对固定底座7移动，即剪切冲头4相对U型试样夹具体6移动。剪切冲头4的下端位于U型试样夹具体6的开口上方，因此如果带动两个或者其中一个组件整体移动，就可以将力学试验机的拉力通过设计的机械结构转化为对剪切小样品的剪切力，达到实验目的。
如图5所示，剪切冲头4为带有一定厚度的竖直截面为T形的结构，其下端为方形柱状结构。
如图6所示，U型试样夹具体6为带有一定厚度的水平截面为U形的结构，在两侧板面上加工矩形观察口，以便实时观察实验过程中的变形状态。在U型试样夹具体6底部板面中心处加工方形孔10。
由上述的剪切冲头4下端位于U型试样夹具体6的U形开口上方，且如图9所示的剪切试样11穿过方形孔10，如图6、图7和图8所示，使得部分剪切试样置于U型试样夹具体6的开口内，剪切冲头4向下移动过程中与部分如图9所示的剪切试样10相互作用，完成剪切强度的测试。
导向柱5与导向柱连接块a2、剪切冲头连接块3、固定底座7以及导向柱连接块b8用定位销连接。
上连接块1与导向柱连接块a2、下连接块9与导向柱连接块b8分别采用螺栓或者T型键槽的方式固定连接。
各个导向柱5分别与剪切冲头连接块3、固定底座7上的导向柱安装孔的公差配合优先但不仅限于采用基孔制
Figure BDA0002249997190000071
的间隙配合，在保证导向功能的基础上，可排除摩擦力的干扰。
剪切冲头4的下端为截面(5～10)mm×(5～10)mm的方柱，剪切冲头4与小样品试样直接接触的剪切面与立面的夹角为70°～80°，如图5所示。
U型试样夹具体6俯视图为U型，其轮廓尺寸(15～30)mm×(15～30)mm；U型试样夹具体侧面设有镂空观察窗口以便实时观察实验过程中的变形状态。，实验时将剪切试样11置于方形孔10中，使得部分试样置于U型试样夹具体6开口内，试样部分与剪切冲头4相作用。方形孔10也可以替换为其他与试样形状相适配的形状孔，可加工具有大小不同、形状不同的试样安装孔的U型试样夹具体6备用。
如图8所示，U型试样夹具体6与固定底座7采用两定位销和两螺栓以对角线方向分布的方式连接，即两定位销分别位于不同侧的上下端，同样两螺栓分别位于不同侧的上下端，以便对具有不同尺寸的剪切小样品进行实验的过程中快捷更换相应的具有不同大小回字方孔的U型试样夹具体，提高小样品剪切试验专用夹具装置通用性。

Claims (10)

1.一种小样品剪切试验用夹具，包括分别设于夹具上下端的同轴安装的上连接块(1)和下连接块(9)，其特征在于：所述的上连接块(1)和下连接块(9)分别固定连接对应的导向柱连接块，即导向柱连接块a(2)和导向柱连接块b(8)，所述的导向柱连接块a(2)和导向柱连接块b(8)水平放置，且导向柱连接块a(2)和导向柱连接块b(8)之间同轴设有剪切冲头连接块(3)和固定底座(7)，且通过切冲头连接块(3)和固定底座(7)安装竖直方向的导向柱(5)；所述的剪切冲头连接块(3)中心处固定设有剪切冲头(4)，所述的剪切冲头(4)下方设有为试样夹具体，试样夹具体固定在固定底座(7)上表面中间处；
所述的导向柱(5)分为若干个竖直方向平行安装的内导向柱和外导向柱，且所述的内导向柱相对夹具中心轴线的距离小于外导向柱相对夹具中心轴线的距离；
所述的外导向柱穿过剪切冲头连接块(3)，其上端与导向柱连接块a(2)固定连接，其下端与固定底座(7)固定连接；所述的内导向柱穿过固定底座(7)，其上端与剪切冲头连接块(3)固定连接，其下端与导向柱连接块b(8)固定连接；
所述的试样夹具体上设有试样安装口，剪切试样置于试样安装口内，部分剪切试样位于剪切冲头(4)的剪切面下方。
2.如权利要求1所述的一种小样品剪切试验用夹具，其特征在于：所述的试样夹具体为U型试样夹具体(6)，其设有U形开口，且开口位于剪切冲头(4)的剪切面下方。
3.如权利要求2所述的一种小样品剪切试验用夹具，其特征在于：所述的U型试样夹具体(6)的U形开口的底部加工试样安装口。
4.如权利要求3所述的一种小样品剪切试验用夹具，其特征在于：所述的试样安装口为方形口。
5.如权利要求1所述的一种小样品剪切试验用夹具，其特征在于：所述的导向柱(4)的外导向柱或内导向柱的数量为2个、3个或4个，且在夹具的径向方向均匀布置。
6.如权利要求1所述的一种小样品剪切试验用夹具，其特征在于：所述的外导向柱包括左外导向柱(5-2)和右外导向柱(5-3)，所述的内导向柱包括左内导向柱(5-1)和右内导向柱(5-4)；所述的导向柱连接块a(2)和导向柱连接块b(8)的两端分别加工有导向柱安装孔，且导向柱连接块a(2)上两个导向柱安装孔之间的距离r2大于导向柱连接块b(8)上两个导向柱安装孔之间的距离为r1；所述的固定底座(7)加工有4个导向柱安装孔，内侧两个孔之间的距离为r1，外侧两个孔之间的距离为r2；所述的剪切冲头连接块(3)加工有4个导向柱安装孔，且内侧两个孔之间的距离为r1，外侧两个孔之间的距离为r2；所述的左外导向柱(5-2)和右外导向柱(5-3)，均穿过剪切冲头连接块(3)上外侧的两个导向柱安装孔，上端固定安装在导向柱连接块a(2)的两个导向柱安装孔内，下端固定安装在固定底座(7)外侧的两个导向柱安装孔内；所述的左内导向柱(5-1)和右内导向柱(5-4)，均穿过固定底座(7)上内侧的两个导向柱安装孔，上端固定安装在剪切冲头连接块(3)内侧的两个导向柱安装孔内，下端固定安装在导向柱连接块b(8)的两个导向柱安装孔内。
7.如权利要求1所述的一种小样品剪切试验用夹具，其特征在于：所述的剪切冲头(4)为带有一定厚度的竖直截面为T形的结构，其下端为方形柱状结构。
8.如权利要求7所述的一种小样品剪切试验用夹具，其特征在于：所述的剪切冲头(4)的剪切面与立面的夹角为70°～80°。
9.如权利要求2所述的一种小样品剪切试验用夹具，其特征在于：所述的U型试样夹具体(6)与固定底座(7)采用两定位销和两螺栓以对角线方向分布的方式连接。
10.如权利要求1所述的一种小样品剪切试验用夹具，其特征在于：所述的上连接块(1)和下连接块(9)的结构相同，其中间为加工有安装孔的固定面板，固定面板一端固定安装在导向柱连接块的中部。
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