CN113281167A - 一种实现双向匀速拉伸或压缩加载的实验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种实现双向匀速拉伸或压缩加载的实验装置，其安装于扩展单轴试验仪主轴上，包括：沿主轴端部边缘均匀分布的四个连杆，所述四个连杆呈十字型分布；设于连杆另一端部的加载臂，其远离主轴的一侧设有一滑动片，该滑动片垂直于主轴轴线；通过一轴设于加载臂远离连杆一端、用于夹紧试件的夹头，其与加载臂之间设有力传感器和位移传感器，所述力传感器和位移传感器设于轴上；活动设于滑动片远离加载臂一侧的底座，所述加载臂通过滑动片实现其与底座方向上的移动。该实现双向拉伸或压缩加载实验装置及方法，其通过主轴带动其下方连杆匀速运动，可同时实现双向匀速拉伸或压缩，如此在确保实验结果精准的同时有利于实验的观察。

Description

一种实现双向匀速拉伸或压缩加载的实验装置及方法
【技术领域】
本发明涉及材料力学拉压试验设备领域，具体涉及一种实现双向匀速拉伸或压缩加载的实验装置及方法，特别是在需要同时双向匀速拉伸或双向匀速压缩条件下测试性能的材料时，能够发挥出最大的用途。
【背景技术】
通过对材料进行双向匀速拉伸或双向匀速压缩，可以研究该材料在双向应力下的力学性能。而现如今能实现双向拉伸的双轴试验仪器价格昂贵，为了节约成本，出现了用单轴进行改装，然而改装后的装置虽可以进行双向加载试验，即在一个方向上拉伸而在另一个方向上压缩，然而其不能匀速进行拉伸或压缩，这就使得研究结果存在一定误差。
【发明内容】
为了解决上述问题，本发明提供一种实现双向匀速拉伸或压缩加载的实验装置及方法，其通过主轴带动其下方连杆匀速运动，可同时实现双向匀速拉伸或压缩，如此在确保实验结果精准的同时有利于实验的观察。
本发明是通过以下技术方案实现的，提供一种实现双向匀速拉伸或压缩加载的实验装置，其安装于扩展单轴试验仪主轴上，包括：
沿主轴端部边缘均匀分布的四个连杆，所述四个连杆呈十字型分布，该连杆与主轴活动连接；
设于连杆另一端部的加载臂，其远离主轴的一侧设有一滑动片，该滑动片垂直于主轴轴线；
通过一轴设于加载臂远离连杆一端、用于夹紧试件的夹头，，其与加载臂之间设有传感器，该感器设于连接杆上；
活动设于滑动片远离加载臂一侧的底座，所述加载臂通过滑动片实现其与底座方向上的移动。
特别的，所述滑动片与底座通过铰支连接。
特别的，所述连杆为V型，其开口端朝向加载臂侧。
特别的，所述夹头包括上下两片夹片，所述试件通过螺栓固定夹设于两片夹片之间。
特别的，所述传感器包括：力传感器和位移传感器。
本发明还提供一种实现材料双向匀速拉伸或压缩加载实验方法，包括以下步骤：
S1将十字形试件的每个边固定于夹头内，对称地调节加载臂的位置，使试件无内力，并进行调零；
S2通过位移传感器的实时位移和加载臂运动速率，计算主轴的实时速度，使得主轴的运动带动连杆再传递到加载臂控制加载臂匀速运动，实现试件的匀速拉伸或压缩；
S3通过测量的位移和力传感器测量所得力的数值，计算机自动绘制试件拉伸或压缩性能及参数。
特别的，所述S1具体按照以下方法实施：
先向内移动滑动片,其上端的加载臂和夹头向内靠拢，打开夹头(4)的两相邻端,将十字形试件的两端夹在夹头内，并用螺栓固定夹固定；之后向远离主轴方向缓慢移动滑动片，至试件展平，固定十字形试件的剩余两端，打开力传感器和位移传感器并与外部计算机连通，将此处位移传感器和力传感器调零。
特别的，所述S2中主轴的速度按如下公式进行计算：
Figure BDA0003074191350000021
于该公式中，l0、h0分别为初始时延长主轴和加载臂运动轨迹形成一直角三角形的两个边长，其中，l0为主轴与连杆钢性连接位置到直角顶点的距离，h0为加载臂与连杆刚性连接位置到直角顶点的距离,v0为加载臂匀速运动速率，t为运动时间。
本发明提供一种实现双向匀速拉伸或压缩加载的实验装置及方法，其通过控制主轴的运动速度，可实现加载臂的匀速运动，从而保证在实验对试件进行双向拉伸或压缩是匀速的，如此有利于实验的观察、测试以及对试件性能和合理测试，而且通过控制主轴的运动速度，可实现这一匀速的速率按需求进行设置，应用性较广；通过将其安装于单轴试验机上来实现双向的测试试验，从而可以节约成本；可根据实际需要对该装置尺寸进行改进，从而实现主轴和四个对称连杆杆移动范围增大，从而使拉伸或压缩的实验范围更大，使用受限小，因此该发明装置对试件及性能的选择度降低，更具兼容性。因此该装置具有原理和结构简单，使用方便，便于加工和维护的优点。
【附图说明】
图1为试件的结构示意图；
图2为本发明一种实现双向匀速拉伸或压缩加载的实验装置的结构示意图；
图3为本发明一种实现双向匀速拉伸或压缩加载的实验装置中夹头的机构示意图；
图4为采用本发明一种实现双向匀速拉伸或压缩加载的实验装置在拉伸时的加载载荷示意图；
图5为采用本发明一种实现双向匀速拉伸或压缩加载的实验装置在压缩时的加载载荷示意图；
图6为采用本发明一种实现双向匀速拉伸或压缩加载的实验装置压缩时计算主轴运动速度示意图；
图7为采用本发明一种实现双向匀速拉伸或压缩加载的实验装置在拉伸时的力-位移曲线图。
于附图标记中，1-主轴，2-连杆，3-加载臂，4-夹头，5-滑动片，6-底座，7-传感器。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进一步详细说明。
请参阅图1-图2，本发明提供一种实现双向匀速拉伸或压缩加载的实验装置，其安装于扩展单轴试验仪主轴1下方，该装置包括：活动设于主轴1下方的四根V型连杆2，每根连杆向主轴的轴心方向铰支连接加载臂3、传感器7和夹头4，其中加载臂3和夹头4通过一连接杆连接在一起，传感器7设连接杆上，加载臂3向下连接在滑动片5上，可实现加载臂3在底座6上的移动，传感器7包括力传感器和位移传感器。
使用方法：
在使用时，首先固定试件，向内移动滑动槽5,使整个装置向内靠拢，打开夹头4的两相邻端,将十字试件其中两端夹在夹头4上，并用螺栓固定夹固定；向远离主轴1方向缓慢移动滑动片5，至试件展平；之后按照同样的方法固定十字形试件的剩余两端，待固定完成后，打开力传感器和位移传感器并与外部计算机连通，将此处位移传感器和力传感器调零；一般采用形状对称的十字形试件，以使各个方向上受到的力均衡体现，并可方便对中。
在固定完成后，主轴向下运动，带动连杆向下运动，而底座是不动的，滑动片和底座铰支连接，如此可实现滑动片于底座上方移动，如此在滑动片的作用下，实现试件于底座上方实现匀速拉伸或压缩；针对拉伸的材料，设置实验人员想要的合适的加载臂运动速率，通过公式计算出主轴的实时速度，实验中控制主轴的实时速度，实现试件的匀速拉伸或压缩，便于观察试件在实验中的变化。而试件在拉伸或压缩时所产生的数据通过力传感器和位移传感器记录数据，外部计算机根据数据自动绘制图像并导出参数，如图7所示，图7为一实施例的双轴拉伸力-位移图像。
请参阅图3-图7，本发明还提供一种实现双向匀速拉伸或压缩加载的实验装置及实验方法，包括如下步骤：
S1先向内移动滑动片,使加载臂和夹头形成整体向内靠拢，打开夹头的两相邻端,将十字形试件的其中两端夹在夹头上，并用螺栓固定夹固定；向远离主轴方向缓慢移动滑动片，至试件展平，用同样的方法固定十字形试件的剩余两端，打开力传感器和位移传感器并与外部计算机连通，将此处位移传感器和力传感器调零；
S2通过位移传感器的实时位移和设置的理想的每个加载臂运动速率，这里的理想是指针对拉伸的材料，设置实验人员想要的合适速率，使实验速度既不因为过快而导致难以观察现象，又不因过慢而导致实验时间过长；之后按如下公式计算主轴的实时速度，使得主轴的运动带动连杆再传递到加载臂控制加载臂匀速运动，实现试件的匀速拉伸或压缩，
Figure BDA0003074191350000051
请参阅图6，延长主轴和加载臂的运动轨迹，得到一直角，不失一般性，因此，l0、h0分别为初始时延长主轴和加载臂运动轨迹形成一直角三角形的两个边长，于该公式中，l0为主轴与连杆钢性连接位置到直角顶点的距离，h0为加载臂与连杆刚性连接位置到直角顶点的距离,v0为加载臂匀速运动速率，t为运动时间；
S3通过测量的位移和力传感器测量所得力的数值，计算机自动绘制试件拉伸或压缩性能及参数。
本发明提供的双向匀速拉伸或压缩加载的实验装置特别实用，通过控制主轴的运动速度，可实现加载臂的匀速运动，从而保证在实验对试件进行双向拉伸或压缩是匀速的，如此有利于实验的观察、测试以及对试件性能和合理测试。
本发明提供的试验方法在加载的同时能够测量试件的力和位移，通过计算机自动得到试件拉伸或压缩性能及参数。
至此，已给出本发明的实施例，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (8)

1.一种实现双向匀速拉伸或压缩加载的实验装置，其安装于扩展单轴试验仪主轴(1)上，其特征在于，包括：
沿主轴(1)端部边缘均匀分布的四个连杆(2)，所述四个连杆(2)呈十字型分布，该连杆(2)与主轴(1)活动连接；
设于连杆(2)另一端部的加载臂(3)，其远离主轴(1)的一侧设有一滑动片(5)，该滑动片(5)垂直于主轴(1)轴线；
通过一连接杆设于加载臂(3)远离连杆(2)一端、用于夹紧试件的夹头(4)，其与加载臂(3)之间设有传感器(7)，该感器(7)设于连接杆上；
活动设于滑动片(5)远离加载臂(3)一侧的底座(6)，所述加载臂(3)通过滑动片(5)实现其与底座(6)方向上的移动。
2.根据权利要求1所述的一种实现材料双向拉伸或压缩加载实验装置，其特征在于，所述滑动片(5)与底座(6)通过铰支连接。
3.根据权利要求1所述的一种实现材料双向拉伸或压缩加载实验装置，其特征在于，所述连杆(2)为V型，其开口端朝向加载臂(3)侧。
4.根据权利要求1所述的一种实现材料双向拉伸或压缩加载实验装置，其特征在于，所述夹头(4)包括上下两片夹片，所述试件通过螺栓固定夹设于两片夹片之间。
5.根据权利要求1所述的一种实现材料双向拉伸或压缩加载实验装置，其特征在于，所述传感器(7)包括：力传感器和位移传感器。
6.一种实现材料双向匀速拉伸或压缩加载实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1将十字形试件的每个边固定于夹头内，对称地调节加载臂的位置，使试件无内力，并进行调零；
S2通过位移传感器的实时位移和加载臂运动速率，计算主轴的实时速度，使得主轴的运动带动连杆再传递到加载臂控制加载臂匀速运动，实现试件的匀速拉伸或压缩；
S3通过测量的位移和力传感器测量所得力的数值，计算机自动绘制试件拉伸或压缩性能及参数。
7.根据权利要求6所述的一种实现材料双向匀速拉伸或压缩加载实验方法，其特征在于，所述S1具体按照以下方法实施：
先向内移动滑动片,其上端的加载臂和夹头向内靠拢，打开夹头的两相邻端,将十字形试件的两端夹在夹头内，并用螺栓固定夹固定；之后向远离主轴方向缓慢移动滑动片，至试件展平，固定十字形试件的剩余两端，打开力传感器和位移传感器并与外部计算机连通，将此处位移传感器和力传感器调零。
8.根据权利要求6所述的一种实现材料双向匀速拉伸或压缩加载实验方法，其特征在于，所述S2中主轴的速度按如下公式进行计算：
Figure FDA0003074191340000021
于该公式中，l0、h0分别为初始时延长主轴和加载臂运动轨迹形成一直角三角形的两个边长，其中，l0为主轴与连杆钢性连接位置到直角顶点的距离，h0为加载臂与连杆刚性连接位置到直角顶点的距离,v0为加载臂匀速运动速率，t为运动时间。
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