CN113203621A - 一种用于板状试样的力学试验的专用夹具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于板状试样的力学试验的专用夹具。本发明夹具包括夹具主体，夹具主体包括主体呈对称设置的四个夹紧块，调整时夹紧块之间能够相对位移，调整后夹紧块与试件锁紧为一体，同侧的上、下夹紧块之间通过纵向导向柱导向，至少其中一侧的上、下夹紧块上开设用于安装横向定位装置的槽，该横向定位装置用于在第一状态下对试件进行横向定位，该侧上、下夹紧块上均设有用于定位试件纵向位置的标尺，上夹紧块的顶端以及下夹紧块的底端均为匹配试验机夹块的预设形状。本发明实现了在一般的万能试验机上进行一定范围长度、宽度、厚度的材料性能测试，扩大了试样尺寸的限定范围，提高了试验时试样的纵向和横向对中精度，提高了试验数据的可信度。

Description

一种用于板状试样的力学试验的专用夹具

技术领域

本发明涉及材料力学试验测试技术领域，尤其涉及一种用于板状试样的力学试验的专用夹具。

背景技术

在对金属材料进行力学性能测试时，经常需要将材料加工成不同形状要求的试验件。比如将试验件加工成两端宽，中心窄板状试样，或者是矩形带中间缺孔的板材。在试验中要尽量保持试验试件与疲劳试验机的纵向和横向对中，这样可以保证得到的实验数据有较大的参考价值，在试验时若是直接将试验材料直接夹持在疲劳试验机的两端，很可能会对试验试件产生破坏，使试验时试件从夹持部位断裂，造成试验结果无效或者可信度不高。在金属进行拉伸试验或者拉-拉疲劳试验时，如果试件不能与试验机对中，所得到的结果可能会不能反应材料真实力学性能的数据，影响试验数据的可信度和精准度。在金属压缩或者拉—压疲劳或者压—压疲劳中，在试验时会产生弯曲，对试验结果产生影响，国标GB/T3075-2008给出了增加衬板，用来提高夹持力和增加夹持部位厚度的做法或者是增加一个板材试样的抗屈曲的约束装置，这两种方法第一种需要针对每种试件制作加强衬板且不能重复利用，第二种方式会不可避免的将一定程度的压缩力传递到抗屈曲约束装置上，对试验结果产生影响。

碳纤维是由有机纤维经过一系列热处理转化而成，含碳量高于90％的无机高性能纤维，是一种力学性能优异的新材料.由碳纤维制成的材料和结构件，往往具有高强度(是钢铁的5倍)、出色的耐热性(可以承受2000℃以上的高温)、出色的抗热冲击性、比重小、高比强度、高比刚度、可设计性强、耐疲劳等一系列优点，经常用于飞机结构材料、制作火箭外壳、机动船、工业机器人、电磁屏蔽除电材料等。

在对复合材料层合板进行力学性能测试时一般会按照相关标准将其加工成符合要求的试件形式，然后按照相关的试验标准进行拉伸测试、压缩测试和疲劳性能测试。现有的压缩试验方法主要有：1.通过剪切作用将压缩载荷引入到试验件的工作段；2.通过端部加载和侧边剪切组合的方式将压缩载荷引入到试件的工作段。常用的压缩标准有ASTMD6486、GB/T 30968.4-2014，其采用液压夹持加载和端部加载，由于其夹持方式相对特殊，若不能保证压缩试件的对中精度，测试时试验件容易发生弯曲或者提前失稳破坏，导致得到的试验数据与真实值相差过大，不能够真实的反应碳纤维复合材料的压缩性能，所以在进行压缩试验时必须对材料进行对中操作，并保证试件与试验机加载轴线重合。在进行复合材料拉—压疲劳试验或者压—压疲劳试验时若不采用防失稳装置会导致试件在疲劳试验时发生失稳，导致疲劳寿命与真实值相差过大，而采用加强衬板每种规格试件都需加装不同规格的衬板且不能重复利用，在试验机上装夹时也不容易对中。

目前，国内进行碳纤维复合材料试验时，为了保证对中精度，往往是采用人工划线的方式。但是这种方式容易出现的问题是1.不同试验人员在划线时都会产生一定的偏差，对试验人员的经验要求较高；2.靠肉眼观察夹具是否放置到位，是否对中，难以达到比较高的精确度。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种适用于金属板状试件和复合材料层合板力学性能测试的专用夹具及方法(包括拉伸试验、压缩试验、拉—拉疲劳、拉—压疲劳)。本发明针对不同样式的板状试验件，可以有效的保证试验件夹持在疲劳试验机的正中间，在材料的压缩试验和拉—压疲劳以及压—压疲劳试验中起到辅助支撑的作用。本发明采用的技术手段如下：

一种用于板状试样的力学试验的专用夹具，包括夹具主体，所述夹具主体包括主体呈对称设置的四个夹紧块，第一状态下，两上夹紧块之间能够相对位移，两下夹紧块之间能够相对位移，第二状态下，夹紧块与试件锁紧为一体，上、下夹紧块之间通过纵向导向柱导向，至少其中一侧的上、下夹紧块上开设用于安装横向定位装置的槽，该横向定位装置用于在第一状态下对试件进行横向定位，该侧上、下夹紧块上均设有用于定位试件纵向位置的标尺，所述上夹紧块的顶端以及下夹紧块的底端均为匹配试验机夹块的预设形状。

进一步地，各夹紧块上均开设孔，其间能够插入锁紧螺栓，通过所述锁紧螺栓完成第二状态下夹紧块与试件锁紧为一体，进行金属材料、复合材料的力学性能测试。

进一步地，两上夹紧块纵向均开设有通孔，两下夹紧块的上端开设盲孔，通孔与盲孔对齐，所述纵向导向柱设置于其中，所述纵向导向柱用于防止试件发生弯曲和扭转。

进一步地，所述纵向导向柱为4根，两同侧夹紧块上分别对称设置2根，同一夹紧块上的2根纵向导向柱也对称设置。

进一步地，所述横向定位装置包括具有正反螺纹的螺纹杆以及设置于该螺纹杆上的定位螺母。

进一步地，所述横向定位装置包括定位螺母和连接在定位螺母上的光杆，所述光杆上套接有弹簧。

进一步地，所述横向定位装置包括螺旋测微器。

进一步地，开设的所述槽包括T形槽或燕尾槽，所述定位螺母为T形螺母或者与槽匹配的其他形式，T形螺母表面距离夹持表面的高度小于试件厚度。

进一步地，所述力学性能测试包括拉伸性能测试，压缩性能测试及疲劳性能测试。

进一步地，所述的疲劳性能测试包括拉—拉疲劳性能测试、拉—压疲劳测试以及应变疲劳测试。

本发明安装过程中，通过夹紧块顶部的柱面结构配合试验机的通用V型块夹具可以实现夹具的横向对中，同时通过夹紧块上T形螺母实现试验件相对于夹具的自动对中，最终实现疲劳试验件相对于试验机的横向对中；

本发明夹紧块表面通过激光打标机进行标尺加工，既不影响夹持表面又减轻了加工的复杂程度，同时实现了试件的纵向调整对中；

本发明在夹紧块一侧使用2根导柱进行连接(共4根)，既防止了试验时夹具弯曲失稳，又避免了试验夹具产生扭转变形；

由此可见，本发明能够有效解决不同长度、不同宽度、不同厚度板状试验试件在力学性能测试中的夹持问题，同时也能保证试验时不同长度、不同宽度、不同厚度板的纵向对中和横向对中问题。夹具制作工艺简单，易于加工制作，拆卸方便，可在测试中多次使用，能够保证试验件的对中精度，满足不同形式板状试件的试验夹持要求，提高试验的准确性。

本发明既可用于金属材料的板状试验件，也可用于复合材料层合板，包括带孔试验件的力学性能试验，在一定范围内变化试验件的长度、宽度、厚度无需更换夹具，安装便捷，实用性高，有很好的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中所述专用夹具的整体立体图。

图2为本发明实施例的透视图。

图3为本发明实施例的正视图。

图4为本发明实施例上右夹紧块夹紧试件的结构透视图。

图中：1、左上夹紧块，2、锁紧螺栓，3、标尺；4、右上夹紧块，5、衬板，6、横向定位装置，7、纵向导向柱；8、试件，9、左下夹紧块，10、右下夹紧块，11、定位螺母。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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做出创造性劳动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。

如图1～4所示，本发明实施例公开了一种用于板状试样的力学试验的专用夹具，包括夹具主体，所述夹具主体包括主体呈对称设置的四个夹紧块，具体为左上夹紧块1、右上夹紧块4、左下夹紧块9和右下夹紧块10。第一状态下，两上夹紧块之间能够相对位移，两下夹紧块之间能够相对位移，第二状态下，夹紧块与试件锁紧为一体，上、下夹紧块之间能够通过纵向导向柱7导向，至少其中一侧的上、下夹紧块上开设用于安装横向定位装置的槽，该横向定位装置用于在第一状态下对试件进行横向定位，为了便于描述，此处为左侧，左侧上、下夹紧块上均设有用于调整试件位置的标尺3，两个夹紧板上标尺中心对称，当试件长度有差别时可以通过调整对准标尺实现试件位置的纵向调整和对中，通过标尺上刻度可在调整过程中实现试件8的纵向精确对中。左上、左下夹紧块上还设有用于调节不同宽度试件的横向定位装置6，右上夹紧块4和右下夹紧块10上为平面，无对中装置。上夹紧块的顶端以及下夹紧块的底端为夹紧部，所述夹紧部均为匹配试验机夹块的预设形状，具体地，所述预设形状为半圆形柱面，试验时可配合万能材料试验机上的V形夹紧块实现夹具的自动对中夹紧。所述夹具可以用于不同长度、宽度、厚度的金属板状材料试件以及复合材料板状试件的夹持。

作为优选的实施方式，标尺3采用激光打标机打在夹持表面，上下两块夹紧板刻度对称，由此实现调整过程中试件的纵向对中。

各夹紧块上均开设孔，其间能够插入锁紧螺栓2，安装试件后，通过锁紧螺栓对试件进行锁紧，防止其滑动，进行金属材料、复合材料的力学性能测试，本实施例中，使用六颗螺栓(具体地，上端六根，下端六根共十二根)将左右两个夹紧块进行并拢夹紧试样，可采用M6螺栓，横向夹紧试样。

两上夹紧块纵向均开设有通孔，两下夹紧块的上端开设盲孔(导柱相对下夹板静止)，防止导柱导向时受孔内压缩空气影响，通孔与盲孔对齐，所述纵向定位装置包括可拆卸地设置于孔内的纵向导向柱7。作为优选的实施方式，为了防止试验时试件出现弯曲、扭转，所述纵向导向柱为4根，两同侧夹紧块上分别对称设置2根，同一夹紧块上的2根纵向导向柱也对称设置，纵向导向柱与夹具上开孔配合，且其运动精度需不低于0.1mm。

作为其中一种可选的实施方式，所述横向定位装置包括导向装置6，具体为具有正反螺纹的螺纹杆以及设置于该螺纹杆上的定位螺母11，通过旋转两侧具有正反螺纹的螺纹杆可以实现定位螺母沿槽移动并对试件进行自动对中和夹紧。

作为另一种可选的实施方式，所述横向定位装置包括定位螺母和连接在定位螺母上的光杆，所述光杆上套接有弹簧。

作为另一种可选的实施方式，所述横向定位装置包括定位螺母和螺旋测微器。

具体地，开设的所述槽包括T形槽或燕尾槽，所述定位螺母为T形螺母，所述T形螺母的横部设置在T形槽内，纵部起到对试件的横向夹紧作用，T形螺母表面距离夹持表面的高度小于试件厚度。

实际使用过程中，上端柱面横向夹紧时需要在两块夹紧板之间添加与试验件厚度相同的衬板5，或者是与试验件材料相同、厚度一致的衬板，防止柱面被夹头损坏。

进一步地，所述力学性能测试包括拉伸性能测试，压缩性能测试及疲劳性能测试。

进一步地，所述的疲劳性能测试包括拉—拉疲劳性能测试、拉—压疲劳测试以及应变疲劳测试。

本实施例所述专用夹具由Q235制成，夹紧板长100mm,宽100mm,厚度25mm，半圆柱面高50mm。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于板状试样的力学试验的专用夹具，其特征在于，包括夹具主体，所述夹具主体包括主体呈对称设置的四个夹紧块，第一状态下，两上夹紧块之间能够相对位移，两下夹紧块之间能够相对位移，第二状态下，夹紧块与试件锁紧为一体，上、下夹紧块之间能够通过纵向导向柱导向，至少其中一侧的上、下夹紧块上开设用于安装横向定位装置的槽，该横向定位装置用于在第一状态下对试件进行横向定位，该侧上、下夹紧块上均设有用于定位试件纵向位置的标尺，所述上夹紧块的顶端以及下夹紧块的底端均为匹配试验机夹块的预设形状。

2.根据权利要求1所述的用于板状试样的力学试验的专用夹具，其特征在于，各夹紧块上均开设孔，其间能够插入锁紧螺栓，通过所述锁紧螺栓完成第二状态下夹紧块与试件锁紧为一体，进行金属材料、复合材料的力学性能测试。

3.根据权利要求1所述的用于板状试样的力学试验的专用夹具，其特征在于，两上夹紧块纵向均开设有通孔，两下夹紧块的上端开设盲孔，通孔与盲孔对齐，所述纵向导向柱设置于其中，所述纵向导向柱用于防止试件发生弯曲和扭转。

4.根据权利要求3所述的用于板状试样的力学试验的专用夹具，其特征在于，所述纵向导向柱为4根，两同侧夹紧块上分别对称设置2根，同一夹紧块上的2根纵向导向柱也对称设置。

5.根据权利要求1所述的用于板状试样的力学试验的专用夹具，其特征在于，所述横向定位装置包括具有正反螺纹的螺纹杆以及设置于该螺纹杆上的定位螺母。

6.根据权利要求1所述的用于板状试样的力学试验的专用夹具，其特征在于，所述横向定位装置包括定位螺母和连接在定位螺母上的光杆，所述光杆上套接有弹簧。

7.根据权利要求1所述的用于板状试样的力学试验的专用夹具，其特征在于，所述横向定位装置包括螺旋测微器。

8.根据权利要求5或6所述的用于板状试样的力学试验的专用夹具，其特征在于，开设的所述槽包括T形槽或燕尾槽，所述定位螺母为T形螺母或者与槽匹配的其他螺母形式，T形螺母表面距离夹持表面的高度小于试件厚度。

9.根据权利要求2所述的用于板状试样的力学试验的专用夹具，其特征在于，所述力学性能测试包括拉伸性能测试，压缩性能测试及疲劳性能测试。

10.根据权利要求9所述的用于板状试样的力学试验的专用夹具，其特征在于，所述的疲劳性能测试包括拉-拉疲劳性能测试、拉-压疲劳测试以及应变疲劳测试。

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