CN113358475B - 一种点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置及方法，测试装置包括第一连接件、第二连接件和夹板组件，夹板组件中形成有用于装配点阵材料的装配空间，第一连接件与夹板组件连接，第二连接件上形成有用于连接螺栓一端穿过的第一通孔，夹板组件上还设有用于连接螺栓穿过的第二通孔。本发明可将点阵材料安装在装配空间内，然后将连接螺栓穿过第二连接件上的第一通孔以及夹板组件上的第二通孔，使连接螺栓与点阵材料上的螺栓孔螺纹连接，然后通过对第一连接件和第二连接件施加载荷作用力，对点阵材料螺栓孔对拉拔力的承受能力进行量化评估，能够确定特定点阵材料螺栓孔能够承受的最大拉拔力，进而对结构可靠性进行评估，保障结构安全。

Description

一种点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置及方法
技术领域
本发明涉及点阵材料相关试验测试领域，具体涉及一种点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置及方法。
背景技术
随着增材制造的快速兴起，点阵材料由于刚度可设计等特点，在航空航天、汽车等各个领域的应用正逐渐增加。但在使用过程中，由于点阵结构空隙率大，刚度和强度往往远低于原材料，因此在不合理使用下经常出现材料压溃、断裂等各类失效现象。而对于点阵材料板件，其与其他结构固连的螺栓孔即为结构受力的主要部位，亦为结构最容易失效的部位。因此，准确测量、评价点阵材料螺栓孔能够承受的多大拉拔力，对于指导工程实践、保障点阵材料结构安全具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置及方法，对点阵材料螺栓孔对拉拔力的承受能力进行量化评估。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置，包括第一连接件、第二连接件和夹板组件，所述夹板组件中形成有用于装配点阵材料的装配空间，所述第一连接件与所述夹板组件连接，所述第二连接件上形成有用于连接螺栓一端穿过的第一通孔，所述夹板组件上还设有用于连接螺栓穿过的第二通孔。
本发明的有益效果是：本发明的测试装置，可将点阵材料安装在装配空间内，并使点阵材料的螺栓孔与夹板组件上的第二通孔对应布置，然后将连接螺栓穿过第二连接件上的第一通孔以及夹板组件上的第二通孔，使连接螺栓与点阵材料上的螺栓孔螺纹连接，然后通过对第一连接件和第二连接件施加载荷作用力，对点阵材料螺栓孔对拉拔力的承受能力进行量化评估，能够确定特定点阵材料螺栓孔能够承受的最大拉拔力，进而对结构可靠性进行评估，保障结构安全。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述夹板组件包括压板和台板，所述压板设置在所述台板上且与所述台板间隔布置，所述压板和台板之间形成所述装配空间；所述台板上设有所述第二通孔，所述压板上设有与所述第二通孔对应布置的凹槽或第三通孔。
采用上述进一步方案的有益效果是：可将点阵材料设置在台板上，并利用压板对点阵材料进行定位。在台板上设置第二通孔可以使连接螺栓穿过第二通孔与点阵材料上的螺栓孔进行连接；在所述压板上都设置第三通孔或凹槽，可以使连接螺栓穿过台板上的第二通孔与点阵材料连接后，部分再置于压板上的凹槽或第三通孔中，能够使连接螺栓与点阵材料上的整个螺栓孔都能够紧密配合连接。
进一步，所述压板可拆卸连接在所述台板上，或所述压板一体连接在所述台板上。
采用上述进一步方案的有益效果是：可将压板与台板可拆卸连接，便于调整装配空间的大小；也可以将压板与台板一体设置，便于生产制造。
进一步，所述压板通过螺栓或弹性件连接在所述台板上。
采用上述进一步方案的有益效果是：可以通过调整螺栓的松紧调整装配空间的大小；也可以将压板通过弹性件一体连接在台板上，例如可以采用弹簧或橡胶等弹性件将压板连接在台板上，使装配空间的大小可以弹性调节，便于将点阵材料被压板压紧定位在台板上。
进一步，所述台板上设有连接耳板，所述连接耳板位于所述台板设置有压板的一侧面上，所述第一连接件与所述连接耳板连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：在台板上设置连接耳板，方便第一连接件与夹板组件的连接。
进一步，所述第一连接件包括第一拉伸工装和连接销，所述第一拉伸工装通过所述连接销与所述夹板组件连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：可以利用连接销穿过第一拉伸工装和夹板组件，实现第一拉伸工装与夹板组件的连接。
进一步，所述第二连接件包括第二拉伸工装和拉环，所述拉环安装在所述第二拉伸工装一端，所述拉环具有镂空结构，所述拉环远离所述第二拉伸工装的一端端面上开设有所述第一通孔，所述第一通孔与所述镂空结构连通。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置拉环，便于对连接螺栓进行安装定位。
进一步，所述第一连接件和第二连接件分别包括万向节，所述夹板组件上设有加强筋。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置万向节，保证拉拔作用力在连接螺栓的轴线上。
进一步，还包括连接螺栓和点阵材料，所述点阵材料被夹持在所述夹板组件的装配空间中，所述连接螺栓一端依次穿过所述第二连接件上的第一通孔以及所述夹板组件上的第二通孔并与所述点阵材料上的螺栓孔螺纹连接，所述连接螺栓的另一端被限位在所述第二连接件上。
一种点阵材料螺栓孔拔脱力测试方法，包括以下步骤：
S1，将带有螺栓孔的点阵材料被夹持在夹板组件的装配空间中；
S2，将连接螺栓一端依次穿过所述第二连接件上的第一通孔以及所述夹板组件上的第二通孔并与所述点阵材料上的螺栓孔螺纹连接；
S3，将第一连接件和第二连接件分别与拉伸载荷施加设备连接，连接后连接螺栓的初始状态为不受力状态；通过拉伸载荷施加设备沿连接螺栓轴向匀速施加拉力，直到点阵材料的螺栓孔结构发生失效，此时拉伸载荷施加设备所施加的拉力即为点阵材料螺栓孔所能承受的最大拔脱力。
本发明的有益效果是：本发明的测试方法能够对点阵材料螺栓孔对拉拔力的承受能力进行量化评估，能够确定特定点阵材料螺栓孔能够承受的最大拉拔力，进而对结构可靠性进行评估，保障结构安全。
附图说明
图1为本发明点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置的立体结构示意图一；
图2为本发明点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置的立体结构示意图二；
图3为本发明点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置的主视结构示意图；
图4为图3的A-A剖视图；
图5为本发明点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置的侧视结构示意图；
图6为图5的B-B剖视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、夹板组件；11、压板；12、台板；13、连接耳板；14、装配空间；15、第二通孔；16、加强筋；17、第三通孔；
2、第一拉伸工装；21、连接销；
3、第二拉伸工装；31、拉环；32、第一通孔；33、镂空结构；
4、连接螺栓；5、点阵材料。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1～图6所示，本实施例的一种点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置，包括第一连接件、第二连接件和夹板组件1，所述夹板组件1中形成有用于装配点阵材料5的装配空间14，所述第一连接件与所述夹板组件1连接，所述第二连接件上形成有用于连接螺栓4一端穿过的第一通孔32，所述夹板组件1上还设有用于连接螺栓4穿过的第二通孔15。
如图1～图6所示，本实施例的一个具体方案为，所述夹板组件1包括压板11和台板12，所述压板11设置在所述台板12上且与所述台板12间隔布置，所述压板11和台板12之间形成所述装配空间14；所述台板12上设有所述第二通孔15，所述压板11上设有与所述第二通孔15对应布置的凹槽或第三通孔17。可将点阵材料设置在台板上，并利用压板对点阵材料进行定位。在台板上设置第二通孔可以使连接螺栓穿过第二通孔与点阵材料上的螺栓孔进行连接；在所述压板上都设置第三通孔或凹槽，可以使连接螺栓穿过台板上的第二通孔与点阵材料连接后，部分再置于压板上的凹槽或第三通孔中，能够使连接螺栓与点阵材料上的整个螺栓孔都能够紧密配合连接。
如图1～图6所示，本实施例的所述压板11可拆卸连接在所述台板12上，或所述压板11一体连接在所述台板12上。可将压板与台板可拆卸连接，便于调整装配空间的大小；也可以将压板与台板一体设置，便于生产制造。
如图1～图6所示，本实施例的所述压板11通过螺栓或弹性件连接在所述台板12上。可以通过调整螺栓的松紧调整装配空间的大小；也可以将压板通过弹性件一体连接在台板上，例如可以采用弹簧或橡胶等弹性件将压板连接在台板上，使装配空间的大小可以弹性调节，具体是装配空间的间隔可以调节，便于将点阵材料被压板压紧定位在台板上。采用弹簧连接压板和台板时，可以将压板靠近四周边缘的位置设置弹簧或橡胶，可以通过拉动压板，使压板和台板之间的装配空间可以调节。
本实施例的第一连接件可以直接与台板靠近四周的位置进行连接，例如使第一连接件的一端设置有多个连接杆，使连接杆通过螺钉与台板进行连接。
如图1～图6所示，本实施例的一个优选方案为，可以通过在台板12上设置连接耳板13实现与第一连接件的连接。所述台板12上设有连接耳板13，所述连接耳板13位于所述台板12设置有压板11的一侧面上，所述第一连接件与所述连接耳板13连接。在台板上设置连接耳板，方便第一连接件与夹板组件的连接。连接耳板13的个数可以为一个，也可以为两个或多个；例如可以设置一个倒V型的连接耳板3，也可以设置两个平行布置的平面型连接耳板3，也可以设置多个间隔布置的连接耳板3。优选的，可以设置两个平行布置的平面型的连接耳板3，如图1和图2所示。
其中，当压板11通过螺栓连接在台板12上时，可以将压板11与连接耳板13通过导轨滑动连接，可以使压板11上的第三通孔或凹槽与台板12上的第二通孔15准确对应，便于准确定位。
如图1～图6所示，本实施例的一个具体方案为，所述第一连接件包括第一拉伸工装2和连接销21，所述第一拉伸工装2通过所述连接销21与所述夹板组件1连接。可以利用连接销穿过第一拉伸工装和夹板组件，实现第一拉伸工装与夹板组件的连接。具体可将第一拉伸工装2的一端置于两个连接耳板3之间，通过连接销21穿过连接耳板3和第一拉伸工装实现第一拉伸工装与连接耳板3的连接定位。
如图1～图6所示，本实施例的一个具体方案为，所述第二连接件包括第二拉伸工装3和拉环31，所述拉环31安装在所述第二拉伸工装3一端，所述拉环31具有镂空结构33，所述拉环31远离所述第二拉伸工装3的一端端面上开设有所述第一通孔32，所述第一通孔32与所述镂空结构33连通。通过设置拉环，便于对连接螺栓进行安装定位。镂空结构33为通孔，拉环31上的镂空结构33在保证整体结构强度的同时，还留有足够的安装空间用于装配连接螺栓。
其中，如图1～图6所示，本实施例拉环31结构可以采用三角环形结构，也可以采用四边形环形结构，在拉环31上设有连接臂，拉环31可以通过连接臂与第二拉伸工装一端进行连接，具体可在第二拉伸工装3一端设置U型槽，将拉环31的连接臂插入在所述U型槽内并通过螺栓连接定位。
如图1～图6所示，本实施例的一个优选方案为，所述第一连接件和第二连接件分别包括万向节，万向节可以采用两轴可转动的结构。所述夹板组件1上设有加强筋16。通过设置万向节，保证拉拔作用力在连接螺栓的轴线上。具体为，所述第一拉伸工装2和第二拉伸工装3分别采用一节或多节万向节结构，例如图1～图6中，第一拉伸工装2和第二拉伸工装3分别采用两节万向节结构。万向节两端分别包括U型槽端以及与U型槽端适配插接的插头端，两节万向节之间通过一节万向节的插头端插入另一节万向节的U型槽端并利用螺钉紧固实现定位连接。
如图1～图6所示，本实施例的一个进一步方案为，测试装置还包括连接螺栓4和点阵材料5，所述点阵材料5被夹持在所述夹板组件1的装配空间14中，所述连接螺栓4一端依次穿过所述第二连接件上的第一通孔32以及所述夹板组件1上的第二通孔15并与所述点阵材料5上的螺栓孔螺纹连接，所述连接螺栓4的另一端被限位在所述第二连接件上，具体为连接螺栓4的头部抵接在第二连接件的拉环31镂空结构33内侧壁上。
本实施例所用的点阵材料5为带有螺栓孔的点阵材料试验件，点阵材料为板形结构(例如可以为矩形平板或圆形平板)，点阵材料的中间位置存在螺栓孔，点阵材料的结构尺寸适当，例如可以优选采用直径为螺栓孔孔径5～15倍的圆形板，或采用边长为螺栓孔孔径5～15倍的方形板。
本实施例的压板11以及台板12分别采用钢材或钛合金等材料，压板11和台板12所用材料的弹性模量以及强度均大于实验所用的点阵材料5。压板11的下侧面以及台板12的上侧面均为平面。压板11上的第三通孔17的内径以及台板12上的第二通孔15的内径不小于螺栓孔孔径的2倍。
本实施例的测试装置，可将点阵材料安装在装配空间内，并使点阵材料的螺栓孔与夹板组件上的第二通孔对应布置，然后将连接螺栓穿过第二连接件上的第一通孔以及夹板组件上的第二通孔，使连接螺栓与点阵材料上的螺栓孔螺纹连接，然后通过对第一连接件和第二连接件施加载荷作用力，对点阵材料螺栓孔对拉拔力的承受能力进行量化评估，能够确定特定点阵材料螺栓孔能够承受的最大拉拔力，进而对结构可靠性进行评估，保障结构安全。
实施例2
本实施例的一种点阵材料螺栓孔拔脱力测试方法，采用实施例的测试装置进行测试，包括以下步骤：
S1，将带有螺栓孔的点阵材料5被夹持在夹板组件1的装配空间14中；
S2，将连接螺栓4一端依次穿过所述第二连接件上的第一通孔32以及所述夹板组件1上的第二通孔15并与所述点阵材料5上的螺栓孔螺纹连接，且连接螺栓4应穿透点阵材料5螺栓孔的至少一倍孔径，以防止试验过程中连接螺栓4滑出，同时连接螺栓4还不与台板以及拉环上第一通孔内侧壁接触，避免影响试验精度；然后再调整点阵材料，使点阵材料上的被测螺栓孔位于压板11上第三通孔17以及台板12上的第二通孔15的中央，然后将压板平压在点阵材料上，利用螺栓将压板11与台板12进行连接，连接时应使四周螺栓受力均匀，轻轻压住点阵材料，使点阵材料不能水平运动即可。
S3，将台板12上的连接耳板13分别与第一拉伸工装2进行连接，将拉环31与第二拉伸工装3进行连接，再将第一拉伸工装2和第二拉伸工装3分别与拉伸载荷施加设备连接，连接后连接螺栓4的初始状态为不受力状态(即载荷从零开始)；通过拉伸载荷施加设备沿连接螺栓4轴向匀速施加拉力，直到点阵材料5的螺栓孔结构发生失效，此时拉伸载荷施加设备所施加的拉力即为点阵材料5螺栓孔所能承受的最大拔脱力。
其中，所述拉伸载荷施加设备可以选用万能试验机。
本实施例的测试方法能够对点阵材料螺栓孔对拉拔力的承受能力进行量化评估，能够确定特定点阵材料螺栓孔能够承受的最大拉拔力，进而对结构可靠性进行评估，保障结构安全。
采用上述实施例的测试装置和方法对AlSi10Mg点阵材料试验件进行螺栓孔拔脱力测试，试验件尺寸为60mm×30mm×6mm，中心位置开有M4螺栓孔。通过上述测试装置方法对其进行拔脱力测试，最终测得该AlSi10Mg点阵材料螺栓孔拔脱力平均为1.47KN(最大1.56KN，最小1.45KN)，结果一致性较好。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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装置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发明的限制。
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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置，其特征在于，包括第一连接件、第二连接件和夹板组件，所述夹板组件中形成有用于装配点阵材料的装配空间，所述第一连接件与所述夹板组件连接，所述第二连接件上形成有用于连接螺栓一端穿过的第一通孔，所述夹板组件上还设有用于连接螺栓穿过的第二通孔；所述夹板组件包括压板和台板，所述压板设置在所述台板上且与所述台板间隔布置，所述压板和台板之间形成所述装配空间；所述台板上设有所述第二通孔，所述压板上设有与所述第二通孔对应布置的凹槽或第三通孔；所述台板上设有连接耳板，所述连接耳板位于所述台板设置有压板的一侧面上，所述第一连接件与所述连接耳板连接。
2.根据权利要求1所述一种点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置，其特征在于，所述压板可拆卸连接在所述台板上，或所述压板一体连接在所述台板上。
3.根据权利要求2所述一种点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置，其特征在于，所述压板通过螺栓或弹性件连接在所述台板上。
4.根据权利要求1所述一种点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置，其特征在于，所述第一连接件包括第一拉伸工装和连接销，所述第一拉伸工装通过所述连接销与所述夹板组件连接。
5.根据权利要求1所述一种点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置，其特征在于，所述第二连接件包括第二拉伸工装和拉环，所述拉环安装在所述第二拉伸工装一端，所述拉环具有镂空结构，所述拉环远离所述第二拉伸工装的一端端面上开设有所述第一通孔，所述第一通孔与所述镂空结构连通。
6.根据权利要求1所述一种点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置，其特征在于，所述第一连接件和第二连接件分别包括万向节，所述夹板组件上设有加强筋。
7.根据权利要求1所述一种点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置，其特征在于，还包括连接螺栓和点阵材料，所述点阵材料被夹持在所述夹板组件的装配空间中，所述连接螺栓一端依次穿过所述第二连接件上的第一通孔以及所述夹板组件上的第二通孔并与所述点阵材料上的螺栓孔螺纹连接，所述连接螺栓的另一端被限位在所述第二连接件上。
8.一种点阵材料螺栓孔拔脱力测试方法，其特征在于，采用上述权利要求1至7任一项所述的点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置实现，包括以下步骤：
S1，将带有螺栓孔的点阵材料被夹持在夹板组件的装配空间中；
S2，将连接螺栓一端依次穿过第二连接件上的第一通孔以及所述夹板组件上的第二通孔并与所述点阵材料上的螺栓孔螺纹连接；
S3，将第一连接件和第二连接件分别与拉伸载荷施加设备连接，连接后连接螺栓的初始状态为不受力状态；通过拉伸载荷施加设备沿连接螺栓轴向匀速施加拉力，直到点阵材料的螺栓孔结构发生失效，此时拉伸载荷施加设备所施加的拉力即为点阵材料螺栓孔所能承受的最大拔脱力。
CN202110710334.8A 2021-06-25 2021-06-25 一种点阵材料螺栓孔拔脱力测试装置及方法 Active CN113358475B (zh)

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