CN113310788A - 一种橡胶材料的双向拉伸夹持装置及试样 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种橡胶材料的双向拉伸夹持装置，其特征在于，包括双轴夹持机构和单轴夹持机构，所述双轴夹持机构和单轴夹持机构分别设置在试样的邻边上，所述双轴夹持机构上设置有若干个第一连接部，所述第一连接部滑动连接在所述双轴夹持机构上，所述单轴夹持机构上设置有若干个第二连接部，所述第二连接部滑动连接在所述单轴夹持机构上；所述第一连接部和第二连接部均用于连接试样。本发明的橡胶材料的双向拉伸夹持装置，结构简单，成本低，自由度高，试验结果更准确。本发明还提供了一种橡胶材料的双向拉伸试样。

Description

一种橡胶材料的双向拉伸夹持装置及试样

技术领域

本发明涉及拉伸试验装置技术领域，特别涉及一种橡胶材料的双向拉伸夹持装置及试样。

背景技术

燃料电池通过氢气和氧气发生化学反应产生电能，由多组件按照一定的顺序堆叠而成。为了防止反应物泄露，组件间需要设置密封件。密封件是确保燃料电池正常工作的重要部件，通常由橡胶材料制作而成，在一定的压缩率下，密封件产生足够的界面接触压力，实现密封功能。压缩率过大密封件容易出现耐久破坏导致密封失效，压缩率过小密封件容易出现界面密封失效，合理的设计密封结构使其在较低的压缩率下能产生足够的界面接触压力是当前密封件结构设计的关键问题。

目前，一般通过环向拉伸和液压胀形实验来替代等双拉实验，但这种实验设备昂贵，且仅能支持橡胶等超弹性材料的测试，成本高；或者直接采用十字试样进行橡胶双向拉伸实验，但是十字试样在橡胶的大应变状态下，中心区域变形变大，而夹持区域尺寸依然不变，会导致十字臂区域发生畸变，准确性较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种橡胶材料的双向拉伸夹持装置及试样，结构简单，成本低，自由度高，试验结果更准确。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种橡胶材料的双向拉伸夹持装置，包括双轴夹持机构和单轴夹持机构，所述双轴夹持机构和单轴夹持机构分别设置在试样的邻边上，所述双轴夹持机构上设置有若干个第一连接部，所述第一连接部滑动连接在所述双轴夹持机构上，所述单轴夹持机构上设置有若干个第二连接部，所述第二连接部滑动连接在所述单轴夹持机构上；所述第一连接部和第二连接部均用于连接试样。

可选地，所述双轴夹持机构包括双轴连接件，所述双轴连接件的下侧设置有两个第一光轴，所述第一光轴的两端通过第一连接结构连接在所述双轴连接件的两端，所述双轴连接件用于与试验机连接，所述第一光轴上滑动连接有所述第一连接部。

可选地，两个所述第一光轴平行设置，二者设置在同一个水平面上；

所述第一连接结构为第一双孔套环，所述第一双孔套环包括上下设置的第一上通孔和第一下通孔，所述第一上通孔与所述双轴连接件的端部配合连接，所述第一下通孔与所述第一光轴的端部配合连接。

可选地，所述第一连接部包括第一卡爪，所述第一卡爪包括固定连接在一起的第一分卡爪和第二分卡爪，所述第一分卡爪和第二分卡爪之间设置有用于容置试样连接处的第一间隙，所述第一卡爪通过第一螺栓和第一螺母连接试样的夹持部；所述第一卡爪的顶部固定连接有第一直线轴承，所述第一直线轴承滑动连接在所述第一光轴上。

可选地，每个所述第一卡爪的顶部设置有两个所述第一直线轴承，每个所述第一直线轴承连接在一个对应位置的所述第一光轴上。

可选地，所述单轴夹持机构包括单轴连接件，所述单轴连接件的下侧设置有一个第二光轴，所述第二光轴的两端通过第二连接结构连接在所述单轴连接件的两端，所述单轴连接件用于与试验机连接，所述第二光轴上滑动连接有所述第二连接部。

可选地，所述第二连接结构第二双孔套环，所述第二双孔套环包括上下设置的第二上通孔和第二下通孔，所述第二上通孔与所述单轴连接件的端部配合连接，所述第二下通孔与所述第二光轴的端部配合连接。

可选地，所述第二连接部包括第二卡爪，所述第二卡爪包括固定连接在一起的第三分卡爪和第四分卡爪，所述第三分卡爪和第四分卡爪之间设置有用于容置试样连接处的第二间隙，所述第二卡爪通过第二螺栓和第二螺母连接试样连接处；所述第二卡爪的顶部固定连接有第二直线轴承，所述第二直线轴承滑动连接在所述第二光轴上。

本发明还提供了一种橡胶材料的双向拉伸试样，所述试样为应用在上述的夹持装置上的试样，所述试样的边缘设置有若干夹持部，所述夹持部用于与所述双轴夹持机构或单轴夹持机构连接；所述夹持部的数量与所述第一连接部或第二连接部的数量一致。

可选地，所述夹持部为连接耳，每个连接耳上均设置有连接通孔。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的橡胶材料的双向拉伸夹持装置，通过在双轴夹持机构上设置若干个滑动连接的第一连接部，单轴夹持机构上设置若干个滑动连接的第二连接部，第一连接部和第二连接部用于连接试样，从而使得连接试样的第一连接部或者第二连接部可根据试样的变形自由滑动，即夹持区域的夹持位置能够根据试样的变形调整位置，避免了夹持位置不变对应变的束缚，从而使橡胶在大变形状态下始终处于准确的双向拉伸状态，拉伸试验只需要采用常用的双向拉伸试验设备即可，试验成本低，试验结果准确度高。

本发明还提供了一种橡胶材料的双向拉伸试样，所述试样为应用在上述的夹持装置上的试样，因此其具有上述装置的优点，此处不再赘述。

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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例提供的橡胶材料的双向拉伸试样的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的橡胶材料的双向拉伸夹持装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的双轴夹持机构的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的双轴连接件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的第一连接部的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的单轴夹持机构的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的第二连接部的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的橡胶材料等双拉的应力-应变曲线示意图。

其中：

1、夹持部，2、连接通孔，3、试样变形区，4、试样开槽区域，5、拉伸机连接件，6、双轴夹持机构，61、第一连接结构，62、双轴连接件，6201、中间连接板，6202、第一连接臂，63、第一光轴，64、第一连接部，6401、第一直线轴承，6402、第一螺栓，6403、第一分卡爪，6404、第二分卡爪，6405、第一螺母，7、单轴夹持机构，71、第二连接结构，72、单轴连接件，73、第二光轴，74、第二连接部，7401、第二螺母，7402、第二直线轴承，7403、第四分卡爪，7404、第三分卡爪，7405、第二螺栓。

具体实施方式

本发明公开了一种橡胶材料的双向拉伸夹持装置及试样，结构简单，成本低，自由度高，试验结果更准确。

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。

请参阅图2至图7，本发明的橡胶材料的双向拉伸夹持装置，包括双轴夹持机构6和单轴夹持机构7。双轴夹持机构6和单轴夹持机构7分别设置在试样的邻边上，双轴夹持机构6上设置有若干个第一连接部64，第一连接部64滑动连接在双轴夹持机构6上，单轴夹持机构7上设置有若干个第二连接部74，第二连接部74滑动连接在单轴夹持机构7上。双轴夹持机构6和单轴夹持机构7用于连接试样和试验机。第一连接部64和第二连接部74均用于连接试样。

其中，若干个第一连接部64相互独立设置，若干个第二连接部74相互独立设置。试样的主体结构为正方形，如图1所示。为避免干涉，相对布置的子夹持装置相同，试样的一组相对设置的两个边与双轴夹持机构6连接，另一组相对设置的两个边与单轴夹持机构7连接。

本发明的橡胶材料的双向拉伸夹持装置，通过在双轴夹持机构6上设置若干个滑动连接的第一连接部64，单轴夹持机构7上设置若干个滑动连接的第二连接部74，第一连接部64和第二连接部74用于连接试样，从而使得连接试样的第一连接部64或者第二连接部74可根据试样的变形自由滑动，即夹持区域的夹持位置能够根据试样的变形调整位置，避免了夹持位置不变对应变的束缚，从而使橡胶在大变形状态下始终处于准确的双向拉伸状态，拉伸试验只需要采用常用的双向拉伸试验设备即可，试验成本低，试验结果准确度高。

具体的，双轴夹持机构6包括双轴连接件62，双轴连接件62的下侧设置有两个第一光轴63，第一光轴63的两端通过第一连接结构61连接在双轴连接件62的两端，使得双轴连接件62与第一光轴63形成一个整体，双轴连接件62悬置在第一光轴63的上方。双轴连接件62远离第一光轴63的一端用于与试验机连接。所述第一光轴上滑动连接有所述第一连接部。

进一步的，两个第一光轴63平行设置，两个第一光轴63设置在同一个水平面上。双轴连接件62包括中间连接板6201，中间连接板6201的垂直第一光轴63的侧面上设置有第一连接臂6202，每个侧面上设置有两个第一连接臂6202，第一连接臂6202的设置位置与第一光轴63对应设置，同一侧的第一连接臂6202和第一光轴63位于同一个竖直面内。

在一具体实施例中，第一连接结构61为第一双孔套环，所述第一双孔套环包括上下设置的第一上通孔和第一下通孔，所述第一上通孔与第一连接臂6202的端部配合连接，所述第一下通孔与第一光轴63的端部配合连接。第一连接臂6202的横截面为矩形面，所述第一上通孔为与所述矩形面对应的矩形通孔。第一光轴63的横截面为圆形面，所述第一下通孔为与所述圆形面对应的圆形通孔。上述的配合连接为过渡配合连接。

为了方便与试样进行连接，第一连接部64包括第一卡爪，所述第一卡爪包括固定连接在一起的第一分卡爪6403和第二分卡爪6404，第一分卡爪6403和第二分卡爪6404之间设置有用于容置试样连接处的第一间隙，所述第一间隙用于放置试样的夹持部1。所述第一卡爪通过第一螺栓6402和第一螺母6405连接试样的夹持部1。所述第一卡爪的顶部固定连接有第一直线轴承6401，第一直线轴承6401滑动连接在第一光轴63上。连接时，第一螺栓6402依次穿过第一分卡爪6403、试样的夹持部1和第二分卡爪6404，最终通过第一螺母6405拧紧，达到夹紧试样的目的。第二分卡爪6404的上顶端通过线切割加工成两个圆弧状，圆弧大小与第一直线轴承6401的外径一致，第一直线轴承6401固定连接在所述圆弧位置，每个第一直线轴承6401连接在一个对应位置的第一光轴63上。可以理解的，第一直线轴承6401的轴线方向与第一光轴63的轴线方向布置一致。第一直线轴承6401通过焊接胶连接到第二分卡爪6404上，第一直线轴承6401内壁含有滚珠，可以使整个第一连接部64同时在两根第一光轴63上自由移动。

其中，单轴夹持机构7包括单轴连接件72，单轴连接件72的下侧设置有一个第二光轴73，第二光轴73的两端通过第二连接结构71连接在单轴连接件72的两端，单轴连接件72远离第二光轴73的一端用于与试验机连接。第二光轴73上滑动连接有第二连接部74。单轴连接件72包括中间连接部，所述中间连接部的垂直第二光轴73的侧面上设置有第二连接臂，每个侧面上设置有一个第二连接臂，第二连接臂的设置位置与第二光轴73对应设置，同一侧的第二连接臂和第二光轴73位于同一个竖直面内。

在一具体实施例中，第二连接结构71第二双孔套环，所述第二双孔套环包括上下设置的第二上通孔和第二下通孔，所述第二上通孔与单轴连接件72的端部配合连接，所述第二下通孔与第二光轴73的端部配合连接。具体第二连接结构71的结构与第一连接结构61的结构相同，此处不再赘述。

进一步的，第二连接部74包括第二卡爪，所述第二卡爪包括固定连接在一起的第三分卡爪7404和第四分卡爪7403，第三分卡爪7404和第四分卡爪7403之间设置有用于容置试样连接处的第二间隙。所述第二卡爪通过第二螺栓7405和第二螺母7401连接试样连接处，具体连接方式参照第一连接部64，此处不再赘述。所述第二卡爪的顶部固定连接有第二直线轴承7402，第二直线轴承7402滑动连接在第二光轴73上。第二直线轴承7402的结构、连接及设置方式与第一直线轴承6401相同，此处不再赘述。

第一光轴63和第二光轴73采用高强钢材料，使其在试样拉伸过程中不至于刚度过低而发生变形，其余结构的材料均采用普通可加工铝合金即可。

本发明的橡胶材料的双向拉伸夹持装置进行等双拉实验时，需控制四个方向的独立夹持装置以同等速度和同等位移进行拉伸。如果进行平面应变实验，需控制左右方向的夹持装置处于静止状态，上下方向的夹持装置相对拉伸，或上下方向的夹持装置静止，左右方向的夹持装置相对拉伸。图8为本发明一具体试验中得到的橡胶材料等双拉的应力-应变曲线示意图。

本发明还提供了一种橡胶材料的双向拉伸试样，所述试样为应用在上述的夹持装置上的试样。如图1所示，所述试样的边缘设置有若干夹持部1，夹持部1用于与双轴夹持机构6或单轴夹持机构7连接。夹持部1的数量与第一连接部64或第二连接部74的数量一致。具体的，试样用于与双轴夹持机构6连接的边上的夹持部1的数量与第一连接部64的数量相同，试样用于与单轴夹持机构7连接的边上的夹持部1的数量与第二连接部74的数量相同。夹持部1为连接耳，每个连接耳上均设置有连接通孔2。连接通孔2用于第一螺栓6402或者第二螺栓7405穿过。

在一具体实施例中，试样厚度为1.5～2.5mm。可根据实际料片厚度进行调整，试样整体为中心对称，可根据双向拉伸机工作范围及原始料片大小按比例放大或缩小。试样每边设置五个夹持部1，相邻夹持部1间通过试样开槽区域4减小应力集中造成的影响，同时使应变更加均匀。试样开槽区域4的开槽长度与夹持部1的长度相等。试样开槽区域4的顶端为圆弧形，所述圆弧形的半径大小为1.5mm。试样除连接通孔2外均由定制裁刀，通过冲片机裁切而成。连接通孔2通过打孔器手动加工而成，由第一螺栓6402或者第二螺栓7405穿过，从而防止试样在实验过程中发生脱落，连接通孔2可根据所用螺栓的外径调整大小。试样变形区3为应变采集区域(图1中划斜线部分)，由数字图像相关技术(DIC)采集不同方向的应变变化，此为本领域常用的技术，此处不再赘述。

本发明的橡胶材料的双向拉伸试样，过四周开槽的方法减小应力集中造成的影响，试样开槽区域4的开槽顶部设置圆角结构，降低了应力集中，使应变更加均匀。通过在夹持部的中心开连接通孔2，使夹紧螺栓穿过连接通孔2与螺母拧紧，防止试样在大应变状态下脱落。

试验时，试样尺寸测量方法：试样变形区3的长度及宽度通过游标卡尺进行测量，测量范围为其一试样开槽区域4的圆弧形顶点至其相对的试样开槽区域4的圆弧形顶点，共测量三个不同位置，其中任一数值不得偏离其中位数的2％。最终取平均值作为所测量尺寸。试样厚度通过测厚计进行测量，随机选取五个位置进行测量，任一数值不得偏离其中位数的2％。最终取平均数作为测量尺寸。

本发明的橡胶材料的双向拉伸夹持装置，结构简单，成本低，且自由度高，可以通过设置不同方向的拉伸位移及速度进行多种双向拉伸状态下的实验。第一连接部64和第二连接部74会随试样变形而移动，从而在大应变下使试样始终处于准确的双向拉伸状态。本装置及试样针对橡胶等双拉和平面应变实验均有效。

在本方案的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本方案的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本方案的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种橡胶材料的双向拉伸夹持装置，其特征在于，包括双轴夹持机构和单轴夹持机构，所述双轴夹持机构和单轴夹持机构分别设置在试样的邻边上，所述双轴夹持机构上设置有若干个第一连接部，所述第一连接部滑动连接在所述双轴夹持机构上，所述单轴夹持机构上设置有若干个第二连接部，所述第二连接部滑动连接在所述单轴夹持机构上；所述第一连接部和第二连接部均用于连接试样。

2.根据权利要求1所述的橡胶材料的双向拉伸夹持装置，其特征在于，所述双轴夹持机构包括双轴连接件，所述双轴连接件的下侧设置有两个第一光轴，所述第一光轴的两端通过第一连接结构连接在所述双轴连接件的两端，所述双轴连接件用于与试验机连接，所述第一光轴上滑动连接有所述第一连接部。

3.根据权利要求2所述的橡胶材料的双向拉伸夹持装置，其特征在于，两个所述第一光轴平行设置，二者设置在同一个水平面上；

所述第一连接结构为第一双孔套环，所述第一双孔套环包括上下设置的第一上通孔和第一下通孔，所述第一上通孔与所述双轴连接件的端部配合连接，所述第一下通孔与所述第一光轴的端部配合连接。

4.根据权利要求2所述的橡胶材料的双向拉伸夹持装置，其特征在于，所述第一连接部包括第一卡爪，所述第一卡爪包括固定连接在一起的第一分卡爪和第二分卡爪，所述第一分卡爪和第二分卡爪之间设置有用于容置试样连接处的第一间隙，所述第一卡爪通过第一螺栓和第一螺母连接试样的夹持部；所述第一卡爪的顶部固定连接有第一直线轴承，所述第一直线轴承滑动连接在所述第一光轴上。

5.根据权利要求4所述的橡胶材料的双向拉伸夹持装置，其特征在于，每个所述第一卡爪的顶部设置有两个所述第一直线轴承，每个所述第一直线轴承连接在一个对应位置的所述第一光轴上。

6.根据权利要求1所述的橡胶材料的双向拉伸夹持装置，其特征在于，所述单轴夹持机构包括单轴连接件，所述单轴连接件的下侧设置有一个第二光轴，所述第二光轴的两端通过第二连接结构连接在所述单轴连接件的两端，所述单轴连接件用于与试验机连接，所述第二光轴上滑动连接有所述第二连接部。

7.根据权利要求6所述的橡胶材料的双向拉伸夹持装置，其特征在于，所述第二连接结构第二双孔套环，所述第二双孔套环包括上下设置的第二上通孔和第二下通孔，所述第二上通孔与所述单轴连接件的端部配合连接，所述第二下通孔与所述第二光轴的端部配合连接。

8.根据权利要求6所述的橡胶材料的双向拉伸夹持装置，其特征在于，所述第二连接部包括第二卡爪，所述第二卡爪包括固定连接在一起的第三分卡爪和第四分卡爪，所述第三分卡爪和第四分卡爪之间设置有用于容置试样连接处的第二间隙，所述第二卡爪通过第二螺栓和第二螺母连接试样连接处；所述第二卡爪的顶部固定连接有第二直线轴承，所述第二直线轴承滑动连接在所述第二光轴上。

9.一种橡胶材料的双向拉伸试样，所述试样为应用在权利要求1-8任一项所述的夹持装置上的试样，其特征在于，所述试样的边缘设置有若干夹持部，所述夹持部用于与所述双轴夹持机构或单轴夹持机构连接；所述夹持部的数量与所述第一连接部或第二连接部的数量一致。

10.根据权利要求9所述的橡胶材料的双向拉伸试样，其特征在于，所述夹持部为连接耳，每个连接耳上均设置有连接通孔。

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