CN113776958B - 一种弯曲试验用支辊式弯曲装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弯曲试验用支辊式弯曲装置，其包括压头机构和两个支辊组件，所述支辊组件包括防转动机构和支撑机构，所述防转动机构包括防转动底座，所述防转动底座的两侧分别设置凸台，两个凸台之间形成试样端部容置槽，所述试样端部容置槽的侧面与所述试样的支撑端的侧面匹配，两个所述凸台的上面分别安装压块，两个压块之间水平安装试样压杆；所述支撑机构包括在所述试样的两侧对称设置的两根立柱、水平安装在两根所述立柱之间的第一支撑杆，所述第一支撑杆与所述试样压杆之间形成所述试样的安装间隙。本发明可调节弯曲试验边界约束加载力。

Description

一种弯曲试验用支辊式弯曲装置

技术领域

本发明涉及弯曲试验设备，具体涉及一种弯曲试验用支辊式弯曲装置。

背景技术

弯曲加载工况在实际工程中普遍存在。弯曲试验可以用于测量材料、结构的抗弯特性，也是测量材料、结构机械性能的基础方法。弯曲试验数据的精准度，对材料弯曲性能评价以及材料在碰撞弯曲变形的仿真计算有着重要的影响。但目前的材料弯曲试验在加载时，对弯曲试验的边界条件集中于试样两端没有约束的简支梁(除支撑方向，比如中国专利CN211856105U)或者试样两端完全约束的固支梁，即使是标准弯曲试验夹具的边界条件也是集中在简支结构或者固支结构上，但是在实际的工程实践中，材料弯曲时，由于材料上、下表面受力不同，变形量存在差异，尤其对于厚度较大的复合层板材料，材料两端的真实加载约束并非是完全自由的简支梁形态，也不是两端完全固定的固支梁形态，致使现有弯曲试验的加载测试条件并不能真实模拟现实工况，造成测试失真，也无法进行关于边界条件的加载力对材料结构的力学性能及失效机理的影响的测试分析。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有弯曲试验的加载测试条件不能真实模拟现实工况的不足，本发明提供一种可调节弯曲试验边界约束加载力的弯曲试验用支辊式弯曲装置。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：一种弯曲试验用支辊式弯曲装置，包括竖直安装在万能试验机上部的压头机构和安装在万能试验机下部平台上的两个支辊组件，两个所述支辊组件设置在所述压头机构的两侧，每个所述支辊组件均包括：

限制试样长度方向支撑端两侧转动且允许试样在长度方向水平移动的防转动机构，所述防转动机构包括防转动底座，所述防转动底座的两侧分别设置凸台，两个凸台之间形成试样端部容置槽，所述试样端部容置槽的侧面与所述试样的支撑端的侧面匹配，两个所述凸台的上面分别安装压块，两个压块之间水平安装试样压杆；

为试样提供支撑的支撑机构，所述支撑机构包括在所述试样的两侧对称设置的两根立柱、水平安装在两根所述立柱之间的第一支撑杆，所述第一支撑杆与所述试样压杆之间形成所述试样的安装间隙。

本发明通过设置限制试样长度方向支撑端两侧转动且允许试样在长度方向水平移动的防转动机构，使试样的支撑端侧面与试样端部容置槽的侧面匹配，从而有效限制试样在试验过程中发生扭转，最大程序模拟实际工程实践中材料弯曲状况，使弯曲试验的测试数据更为可靠，便于进行关于边界条件的加载力对材料结构力学性能及失效机理影响的测试分析。

为适应具有初始加载力的材料的试验，所述支辊组件还包括为试样在长度方向提供初始加载力的弹簧机构。所述弹簧机构包括位于所述试样端部的推板，所述推板的中部与所述试样可拆卸连接，所述推板的两端分别与对应的所述立柱之间安装可拆卸安装导杆，所述导杆上套装弹簧，且所述导杆与所述弹簧均沿所述试样的长度方向布置。

为适应不同长度试样的试验，本发明弯曲试验用支辊式弯曲装置还包括用于调整弯曲试验跨距的底座跨距机构，所述底座跨距机构包括第一滑槽，所述第一滑槽内安装两组第一滑块，所述第一滑槽上安装两块基板，且两块所述基板分别与一组所述第一滑块固定连接，两块所述基板上均安装一个所述支辊组件的所述防转动底座和所述立柱，通过两块所述基板在所述第一滑槽内的移动，就可调节两个支辊装置之间的跨距，从而适应不同长度试样的试验。

为模拟非垂直方向压头机构施力的工况，所述第一滑槽与所述万能试验机下部平台之间安装用于改变所述试样和所述压头机构之间角度的支撑旋转机构。

优选地，所述支撑旋转机构包括第二滑槽、第二滑块、第二支撑杆，所述第二滑槽的一端经销铰接所述第二支撑杆的一端，另一端安装可沿所述第二滑槽长度方向移动的所述第二滑块，所述第二支撑杆的另一端放置在所述第二滑块上。

优选地，所述第二滑槽的端部经螺纹安装第三螺母，且所述第三螺母连接所述第二滑块，以通过旋转第三螺母推动所述第二滑块，从而抬高第二支撑杆，使所述底座跨距机构的第一滑槽倾斜，从而使压头机构与试样的夹角发生改变。

优选地，所述压头机构包括第三滑槽，所述第三滑槽内安装多个所述第三滑块，各所述第三滑块上均固定连接调整块，所述调整块上可拆卸连接所述压头，以根据不同实验要求，更换不同的压头形状和大小，还可通过改变压头个数和压头的位置改变加载初始条件。

为减少试样与支撑部分(试样压杆及第一支撑杆)的滑动摩擦，所述试样压杆的两端分别经滚针轴承连接所述压块；所述第一支撑杆的两端分别经滚针轴承连接所述立柱。

为防止第一支撑杆直径过小造成刚度不足，所述第一支撑杆的下面设置垫块，且所述垫块的顶部设置弧形槽，所述第一支撑杆放在所述弧形槽内，为第一支撑杆提供支撑力。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)可实现限制加载过程中试样支撑端长度方向外侧的转动而允许试样水平移动；

(2)可通过调节弹簧的压缩长度为试样在长度方向提供一定的初始加载力；

(3)通过附加支撑旋转机构，可实现压头和试样呈不同角度的加载。

(4)可更换压头形状、数量以及改变加载位置实现不同弯曲加载工况和要求。

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为本发明弯曲试验用支辊式弯曲装置的爆炸图；

图2为本发明弯曲试验用支辊式弯曲装置的轴测图；

图3为本发明弯曲试验用支辊式弯曲装置的底座跨距机构爆炸图；

图4为本发明弯曲试验用支辊式弯曲装置的防转动机构爆炸图；

图5为本发明弯曲试验用支辊式弯曲装置的支撑机构爆炸图；

图6为本发明弯曲试验用支辊式弯曲装置的弹簧机构爆炸图。

图7为本发明弯曲试验用支辊式弯曲装置的支撑旋转机构轴测图。

图8为本发明弯曲试验用支辊式弯曲装置的支撑旋转机构爆炸图。

图9为本发明弯曲试验用支辊式弯曲装置的压头机构正视图。

图10为本发明弯曲试验用支辊式弯曲装置的压头机构爆炸图。

图中：第一滑槽(1)、第一滑块(2)、第一螺栓(3)、防转动底座(4)、第二螺栓(5)、第一螺母(6)、基板(7)、导杆(8)、弹簧(9)、推板(10)、第二螺母(11)、第三螺栓(12)、试样拉杆(13)、试样压杆(14)、垫片(15)、第四螺栓(16)、压块(17)、第一滚针轴承(18)、垫块(19)、第一支撑杆(20)、第二滚针轴承(21)、立柱(22)、试样(23)、第三螺母(24)、第二滑块(25)、第二滑槽(26)、第二支撑杆(27)、销(28)、第三滑槽(29)、第三滑块(30)、调整块(31)、压头(32)、凸台(41)、试样端部容置槽(42)。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

为了便于描述，各部件的相对位置关系，如：上、下、左、右等的描述均是根据说明书附图的布图方向来进行描述的，并不对本专利的结构起限定作用。

如图1－图10所示，本发明弯曲试验用支辊式弯曲装置一实施例包括底座跨距机构、支辊组件、支撑旋转机构和压头机构。

底座跨距机构，安装在万能试验机下部平台上，作用是调整弯曲试验的跨距。如图3所示，底座机构包括第一滑槽1、多组第一滑块2、第一螺栓3、两块基板7。各第一滑块2滑入第一滑槽1的槽内，并将各基板7套在第一滑槽1上，调整第一滑块2与基板7的相对位置，将两个第一螺栓3穿过基板7的沉头孔并与第一滑块2通过螺纹连接。

支辊组件为两个，分别设置在所述压头机构的两侧，且各支辊组件分别安装在底座跨距机构的一块基板7上。每个支辊组件均包括防转动机构、支撑机构、弹簧机构。

由于两个支辊组件的结构相同，下面仅以一侧的支辊组件的结构为例进行详细的说明。

防转动机构作用是限制试样23(试验对象)在试验加载过程中试样23长度方向支撑端外侧的转动，并且允许试样23在长度方向水平移动。如图4所示，防转动机构包括：防转动底座4、试样压杆14、垫片15、第四螺栓16、压块17、第一滚针轴承18。防转动底座4的两侧分别设置凸台41，两个凸台41之间形成试样端部容置槽42，所述试样端部容置槽42的侧面与所述试样23的支撑端的侧面匹配。试样端部容置槽42的侧面可为平面，也可为弧面，在此不作限制，只要与试样23的支撑端的侧面匹配即可。将两个第三螺栓12放入防转动底座4中间的两个沉头孔中，并伸入基板7的螺纹孔中与基板7通过螺纹固定；在试样压杆14的两端分别套上相配合的第一滚针轴承18，再将第一滚针轴承18套入两个压块17中，并调整相对位置，使试样压杆14水平安装在两个压块17之间；将垫片15放于防转动底座4的两侧凸台41与压块17之间，单侧垫片15的数量视试样的厚度而定，4个第四螺栓16分别穿过压块17和垫片15并通过螺纹固定在防转动底座4的凸台41上。

支撑机构作用是为试样23在试验过程提供支撑并减少试样23与支撑部分滑动摩擦。如图5所示，支撑机构包括：第二螺栓5、垫块19、第一支撑杆20、第二滚针轴承21、立柱22。垫块19竖直放在基板7上，作用是为第一支撑杆20提供支撑力，防止第一支撑杆20直径过小造成刚度不足。垫块19的顶部设置弧形槽，第一支撑杆20放在所述弧形槽内，第一支撑杆20的两端分别套入第二滚针轴承21，两个第二滚针轴承21分别套装在立柱22内侧的沉孔内；调整第二滚针轴承21与立柱22的相对位置，通过8个第二螺栓5将两个立柱22固定在基板7上。

弹簧机构作用是为试样23在长度方向提供一定的初始加载力。如图6所示，弹簧机构包括第一螺母6、导杆8、弹簧9、推板10、第二螺母11、试样拉杆13。两根导杆8分别穿过左右两立柱22中部的圆形通孔中，并通过位于立柱22外侧的两颗第一螺母6将导杆8与立柱22固定连接；再将另两根导杆8分别穿过左、右两立柱22上部的环形跑道通孔中，并根据试样23的厚度调整导杆8的上下位置，并通过另两颗第一螺母6将导杆8与立柱22固定连接；将4根弹簧9分别套在4根导杆8上，再将4根导杆8穿过两推板10的两端通孔，用4个第二螺母11分别与4根导杆8螺纹连接，可以根据目标预加载力调整弹簧9的压缩长度；最后将试样拉杆13穿过试样23和两推板10，并将4个第二螺母11旋松，试样23上将受到长度方向的拉力。在弹簧9和推板10的连接处安装有力学传感器，力学传感器通过信息转换，可实时显示试样23在长度方向上所受拉应力。

支撑旋转机构，安装在底座跨距机构的第一滑槽1的下面，作用是改变试样23和压头32之间的角度，实现不同角度弯曲加载。如图7、图8所示，支撑旋转机构包括第三螺母24、第二滑槽25、第二滑块26、第二支撑杆27、销28。通过销28铰链连接第二滑槽25和第二支撑杆27。第二滑块26放入第二滑槽25的槽中，并从第二支撑杆27的底面支撑着第二支撑杆27，通过旋转第三螺母24可推动第二滑块26移动，实现第二支撑杆27与水平面呈不同角度变化。第三螺母24的推动还可受电机推动，以提高推进精度和效率，并可通过距离的数据换算，实时显示第二支撑杆27与水平面呈现的角度。

压头机构，竖直安装在万能试验机上部，其作用是改变压头形状、数量以及改变加载位置实现不同弯曲加载工况和要求。如图9、图10所示，压头机构包括第三滑槽29、第三滑块30、调整块31、压头32。调整块31和压头32通过内六角沉头螺栓固定连接，可根据不同实验要求，更换不同的压头形状和大小；第三滑块30放入第三滑槽29的槽内，用螺栓将调整块31和压头32组成的整体和第三滑块30固定连接，通过改变压头个数和压头的位置可以改变加载初始条件。

本实施例中，以长方体试样为例说明可通过本发明装置进行可调节边界约束加载力的弯曲试验，但显然，本发明并不局限用于长方体试样，只要试样23的支撑端形状与端部容置槽42匹配，就可利用本发明装置进行可调节边界约束加载力的弯曲试验。

本发明试验装置使用时的具体装配及试验方式为：

步骤一，首先将第一滑槽1放在万能实验机的下部平台上，再将两个第一滑块2滑入第一滑槽1的槽内，并将基板7套在第一滑槽1上，调整第一滑块2与基板7的相对位置，将两个第一螺栓3穿过基板7的沉头孔并与第一滑块2通过螺纹连接；另一侧基板7的装配亦然，需要注意的是计算好两基板7之间的相对位置。

步骤二，将垫块19放在基板7的合适位置；再将第一支撑杆20放在垫块19的弧形槽内，并在第一支撑杆20的两端分别套入第二滚针轴承21，并将两个第二滚针轴承21套在立柱22内侧的沉孔内；调整第二滚针轴承21与立柱22的相对位置，通过8个第二螺栓5将两个立柱22固定在基板7上；另一侧装配亦然。

步骤三，将两个第三螺栓12放入防转动底座4中间的两个沉头孔中，并通过螺纹固定在基板7上；在试样压杆14的两端套上相应配合第一滚针轴承18各一个，将试验对象试样23放在防转动底座4的凹槽中，再将第一滚针轴承18套入两个压块17中，调整相对位置；将垫片15放于防转动底座4两侧凸台与压块17之间，单侧垫片15的数量视试样的厚度而定，把4个第四螺栓16分别穿过压块17和垫片15并通过螺纹固定在防转动底座4上；另一侧装配亦然。

步骤四，将两根导杆8分别穿过左右两立柱22的圆形通孔中，通过两颗第一螺母6固定连接；再将另两根导杆8分别穿过左右两立柱22的环形跑道通孔中，根据试样的厚度调整导杆8的上下位置，并通过另两颗第一螺母6固定连接；将4根弹簧9分别套在4根导杆8上，再将4根导杆8穿过两推板10的两端通孔，用4个第二螺母11分别与4根导杆8螺纹连接，可以根据目标预加载力调整弹簧9的压缩长度；最后将试样拉杆13穿过试样23的端部和两推板10；另一侧装配亦然，最后将两对称结构的8个第二螺母11松弛，试样23上将受到长度方向的拉力。

步骤五，通过销28铰链连接第二滑槽25和第二支撑杆27；第二滑块26放入第二滑槽25的槽中，并支撑着第二支撑杆27，通过第三螺母24推动第二滑块26的移动，可实现第二支撑杆27与水平面呈不同角度变化。第三螺母24的推动还可受电机推动，通过距离的数据换算，实时显示第二支撑杆27与水平方向呈现的角度。通过沉头螺栓连接第一滑槽1和第二支撑杆27。

步骤六，通过内六角沉头螺栓固定调整块31和压头32，根据不同实验要求，可以更换不同的压头形状和大小；将第三滑块30放入第三滑槽29的槽内，用螺栓将调整块31和压头32组成的整体和第三滑块30固定连接，改变压头个数和压头的位置可以改变加载初始条件。通过内六角沉头螺栓将压头机构竖直固定在万能试验机的上部，移动支撑旋转机构，将试样23摆在压头32正对试样23的弯曲轴，由压头机构的压头32从试样23的弯曲轴上方传递加载载荷。

以上所述，仅为本发明的具体实施方案，但本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种弯曲试验用支辊式弯曲装置，包括竖直安装在万能试验机上部的压头机构和安装在万能试验机下部平台上的两个支辊组件，两个所述支辊组件设置在所述压头机构的两侧，其特征在于，每个所述支辊组件均包括：

限制试样（23）长度方向支撑端两侧转动且允许试样在长度方向水平移动的防转动机构，所述防转动机构包括防转动底座（4），所述防转动底座的两侧分别设置凸台（41），两个凸台之间形成试样端部容置槽（42），所述试样端部容置槽的侧面与所述试样的支撑端的侧面匹配，两个所述凸台的上面分别安装压块（17），两个压块之间水平安装试样压杆（14）；

为试样提供支撑的支撑机构，所述支撑机构包括在所述试样的两侧对称设置的两根立柱（22）、水平安装在两根所述立柱之间的第一支撑杆（20），所述第一支撑杆与所述试样压杆之间形成所述试样的安装间隙；

所述支辊组件还包括为试样在长度方向提供初始加载力的弹簧机构，所述弹簧机构包括位于所述试样端部的推板（10），所述推板的中部与所述试样可拆卸连接，所述推板的两端分别与对应的所述立柱之间可拆卸安装导杆（8），所述导杆上套装弹簧（9），所述弹簧的压缩长度根据所述试样的目标预加载力调整,且所述导杆与所述弹簧均沿所述试样的长度方向布置。

2.根据权利要求1所述的弯曲试验用支辊式弯曲装置，其特征在于，还包括用于调整弯曲试验跨距的底座跨距机构，所述底座跨距机构包括第一滑槽（1），所述第一滑槽内安装两组第一滑块（2），所述第一滑槽上安装两块基板（7），且两块所述基板分别与一组所述第一滑块固定连接，两块所述基板上均安装一个所述支辊组件的所述防转动底座（4）和所述立柱（22）。

3.根据权利要求2所述的弯曲试验用支辊式弯曲装置，其特征在于，所述第一滑槽与所述万能试验机下部平台之间安装用于改变所述试样和所述压头机构之间角度的支撑旋转机构。

4.根据权利要求3所述的弯曲试验用支辊式弯曲装置，其特征在于，所述支撑旋转机构包括第二滑槽（25）、第二滑块（26）、第二支撑杆（27），所述第二滑槽的一端经销（28）铰接所述第二支撑杆的一端，另一端安装可沿所述第二滑槽长度方向移动的所述第二滑块，所述第二支撑杆的另一端放置在所述第二滑块上。

5.根据权利要求4所述的弯曲试验用支辊式弯曲装置，其特征在于，所述第二滑槽的端部经螺纹安装第三螺母（24），且所述第三螺母连接所述第二滑块。

6.根据权利要求1所述的弯曲试验用支辊式弯曲装置，其特征在于，所述压头机构包括第三滑槽（29），所述第三滑槽（29）内安装多个第三滑块（30），各所述第三滑块上均固定连接调整块（31），所述调整块上可拆卸连接所述压头（32）。

7.根据权利要求1所述的弯曲试验用支辊式弯曲装置，其特征在于，所述试样压杆（14）的两端分别经滚针轴承连接所述压块；所述第一支撑杆（20）的两端分别经滚针轴承连接所述立柱。

8.根据权利要求1所述的弯曲试验用支辊式弯曲装置，其特征在于，所述第一支撑杆的下面设置垫块（19），且所述垫块的顶部设置弧形槽，所述第一支撑杆放在所述弧形槽内。