CN114354349A - 一种用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属基复合材料性能检测领域，具体是一种用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构。夹具由夹具主体、带球心关节的连杆、楔形的夹具垫块A、楔形的夹具垫块B构成，试样由夹持面、承力孔、承力肩和测试标段构成的板状对称结构，板状对称结构试样的两端部分别安装一组楔形夹具垫块和一个夹具主体，每个夹具主体的一端与一组楔形夹具垫块相对应并通过卡接匹配，每个夹具主体的另一端与连杆一端的球头关节相对应并通过卡接匹配，连杆另一端的螺栓与拉伸试验机连接。本发明可有效解决目前SiC纤维增强金属基复合材料板材拉伸等性能测试中，试样材料使用量和成本较高，夹具体积大以及高温安装困难等问题。
Description
技术领域
本发明涉及金属基复合材料性能检测领域，具体是一种用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构，该夹具及其试样适用于室高温拉伸、持久及蠕变等力学性能测试。
背景技术
SiC纤维增强金属基复合材料具有优异的力学性能以及良好的热稳定性，是一类重要的高技术结构材料，在航空航天等科技领域中具有明确的应用前景。
相比于传统金属材料，SiC纤维增强金属基复合材料具有拉伸强度高、塑性低和抗剪切能力差等力学特点，目前对于SiC纤维增强金属基复合材料板状样品相关力学性能未有成熟的测试方法，行业内通常借鉴金属板状试样的测试方法及标准。
实际测试过程中，原金属试样设计的夹持面积不足以提供测试所需载荷，需要增加试样夹持端面积以提高测试载荷上限，这导致了复合材料用量和成本的增加，同时试样和对应夹具体积的增加不利于高温条件下的安装，对该类材料的高温力学性能测试造成一定困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构，用以解决目前SiC纤维增强金属基复合材料板材拉伸等力学性能测试中，试样材料使用量和成本较高，夹具体积大以及高温安装测试困难等问题。
本发明的技术方案是：
一种用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构，夹具由夹具主体、带球心关节的连杆、楔形的夹具垫块A、楔形的夹具垫块B构成，具体结构如下：
板状对称结构试样的两端部分别安装一组楔形夹具垫块和一个夹具主体，每组楔形夹具垫块中：夹具垫块A与夹具垫块B相对设置于试样的端部两侧，且夹具垫块A、夹具垫块B与试样端部两侧相对的夹持面紧密贴合，夹具垫块B通过承力杆穿过试样的承力孔、夹具垫块A的承力杆凹孔与夹具垫块A形成对接结构，夹具垫块A通过对称的两个承力凸台与试样对称的承力肩相对应并通过卡接匹配；每个夹具主体的一端与一组楔形夹具垫块相对应并通过卡接匹配，每个夹具主体的另一端与连杆一端的球头关节相对应并通过卡接匹配，连杆另一端的螺栓与拉伸试验机连接。
所述的用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构，夹具主体的两端分别设有关节卡槽和垫块楔形槽，关节卡槽与连杆一端的球头关节卡装连接，垫块楔形槽分别与夹具垫块A和夹具垫块B卡装连接。
所述的用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构，连杆由螺栓、固定端和球头关节一体连接组成，固定端位于螺栓与球头关节之间，螺栓与拉伸试验机连接，球头关节与夹具主体的关节卡槽连接。
所述的用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构，夹具垫块A由斜面A、承力杆凹孔、承力凸台和夹持面A构成，夹具垫块A的一侧设有斜面A，夹具垫块A的另一侧为夹持面A，夹持面A下部对称设置承力凸台，夹持面A上垂直开设承力杆凹孔，夹具垫块安置于夹具主体的垫块楔形槽内，夹具垫块A的斜面A与夹具主体的垫块楔形槽内壁一个侧面相对应并紧密贴合，承力杆凹孔与试样于夹持面上的承力孔、夹具垫块B上的承力杆相对应，夹持面A与试样的夹持面一侧紧密贴合，承力凸台分别与试样的承力肩相对应并紧密贴合，夹具垫块A与夹具垫块B配合使用，用于夹持承载试样。
所述的用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构，夹具垫块B由斜面B、承力杆和夹持面B构成，夹具垫块B的一侧设有斜面B，夹具垫块B的另一侧为夹持面B，夹持面B上垂直设有承力杆，夹具垫块B安置于夹具主体的垫块楔形槽内，夹具垫块B的斜面B与夹具主体的垫块楔形槽内壁另一个侧面相对应并紧密贴合，承力杆依次穿设于试样于夹持面上的承力孔、夹具垫块A上的承力杆凹孔，夹持面B与试样的夹持面另一侧紧密贴合，夹具垫块B与夹具垫块A配合使用，用于夹持承载试样。
所述的用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构，试样由夹持面、承力孔、承力肩和测试标段构成的板状对称结构，测试标段的两端依次对称设置承力肩、夹持面，夹持面上开设承力孔；其中，夹持面与夹具垫块A和夹具垫块B配合，承力孔与承力杆配合，承力肩与承力凸台配合。
所述的用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构，夹具的使用方法如下：
(1)将连杆的球头关节置于夹具主体的关节卡槽内进行连接；
(2)利用连杆的固定端将螺栓与拉伸试验机的一个加载端进行连接固定；
(3)待测试样中一端的夹持面与一组楔形夹具垫块中夹具垫块A的夹持面A和夹具垫块B的夹持面B配合；
(4)将夹具垫块A的承力凸台与试样的承力肩进行卡装；
(5)将夹具垫块B的承力杆穿过试样的承力孔，并与夹具垫块A的承力杆凹孔扣合；
(6)将试样一端与一组楔形夹具垫块中的夹具垫块A和夹具垫块B装配后，放置于夹具主体的垫块楔形槽内，使斜面A、斜面B分别与垫块楔形槽的内壁相对侧面贴合；
(7)重复以上组装过程，将待测试样的另一端与夹具主体进行装配，待检查确认连接牢固后，进行性能测试。
本发明的设计思想是：
本发明根据材料的性能及其试样结构特点，通过平面夹持、中孔承载以及双肩承载等多种夹持端承载结合的方式，充分利用试样夹持端面积提供测试所需载荷；并且，利用楔形夹持和球头连接方式实现装夹快捷和消除剪切等作用。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明中夹具高效利用试样夹持端面积并提供测试所需载荷，可有效节约试样材料的用量及成本。
2、本发明中夹具采用楔形连接夹持方式，易于卡装定位，无需额外施加平面夹持力，并可有效避免高温测试后试样与夹具粘连的问题。
3、本发明中夹具与拉伸试验机采用球形关节结构连接，实现测试过程中试样轴心自动定位，可避免试样受到剪切作用而影响测试结果，有效保证测试结果的准确性与稳定性。
4、本发明中夹具体积小巧，安装方便，便于安置在高温拉伸试验机内，在高温测试中具有更好的适用性。
5、本发明中夹具结构简单，利于加工制作，具有夹持垫块结构，易于更换维护。
附图说明
图1(a)-图1(c)为本发明提供的一种用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构及装配示意图。其中，图1(a)为试样及其连接结构分解图，图1(b)夹具及试样装配立体图，图1(c)夹具及试样装配剖视图。
图2为本发明中涉及的夹具主体及连杆部分结构及装配剖面示意图。
图3为本发明中涉及的夹具主体结构三视图，其中：(a)为主视图，(b)为左视图，(c)为俯视图。
图4为本发明中涉及的连杆结构主视图。
图5为本发明中涉及的夹具垫块A结构示意图。
图6为本发明中涉及的夹具垫块A结构三视图，其中：(a)为主视图，(b)为左视图，(c)为俯视图。
图7为本发明中涉及的夹具垫块B结构示意图。
图8为本发明中涉及的夹具垫块B结构三视图，其中：(a)为主视图，(b)为左视图，(c)为俯视图。
图9为本发明中涉及的试样结构示意图。
图1至图9中：1、夹具主体；1.1、关节卡槽；1.2、垫块楔形槽；2、连杆；2.1、螺栓；2.2、固定端；2.3、球头关节；3、夹具垫块A；3.1、斜面A；3.2、承力杆凹孔；3.3、承力凸台；3.4、夹持面A；4、夹具垫块B；4.1、斜面B；4.2、承力杆；4.3、夹持面B；5、试样；5.1、夹持面；5.2、承力孔；5.3、承力肩；5.4、测试标段。
具体实施方式
为了表述清晰准确，以下结合附图对本发明进行说明。
如图1-图9所示，本发明提供的一种用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构，夹具由夹具主体1、带球心关节的连杆2、楔形的夹具垫块A3、楔形的夹具垫块B4构成，具体结构如下：
板状对称结构试样5的两端部分别安装一组楔形夹具垫块和一个夹具主体1，每组楔形夹具垫块中：夹具垫块A3与夹具垫块B4相对设置于试样5的端部两侧，且夹具垫块A3、夹具垫块B4与试样5端部两侧相对的夹持面紧密贴合，夹具垫块B4通过承力杆4.2穿过试样5的承力孔5.2、夹具垫块A3的承力杆凹孔3.2与夹具垫块A3形成对接结构，夹具垫块A3通过对称的两个承力凸台3.3与试样5对称的承力肩5.3相对应并通过卡接匹配；每个夹具主体1的一端与一组楔形夹具垫块相对应并通过卡接匹配，每个夹具主体1的另一端与连杆2一端的球头关节2.3相对应并通过卡接匹配，连杆2另一端的螺栓2.1与拉伸试验机连接。
各部分的结构功能如下：
1、夹具主体1
如图2-图3所示，夹具主体1的两端分别设有关节卡槽1.1和垫块楔形槽1.2，关节卡槽1.1与连杆2一端的球头关节2.3卡装连接，垫块楔形槽1.2分别与夹具垫块A3和夹具垫块B4卡装连接。
2、连杆2
如图4所示，连杆2由螺栓2.1、固定端2.2和球头关节2.3一体连接组成，固定端2.2位于螺栓2.1与球头关节2.3之间，螺栓2.1与拉伸试验机连接，球头关节2.3与夹具主体1的关节卡槽1.1连接，球头关节2.3具有轴心自动定位作用。
3、夹具垫块A3
如图5-图6所示，夹具垫块A3由斜面A3.1、承力杆凹孔3.2、承力凸台3.3和夹持面A3.4构成，夹具垫块A3的一侧设有斜面A3.1，夹具垫块A3的另一侧为夹持面A3.4，夹持面A3.4下部对称设置承力凸台3.3，夹持面A3.4上垂直开设承力杆凹孔3.2，夹具垫块A3安置于夹具主体1的垫块楔形槽1.2内，夹具垫块A3的斜面A3.1与夹具主体1的垫块楔形槽1.2内壁一个侧面相对应并紧密贴合，承力杆凹孔3.2与试样5于夹持面5.1上的承力孔5.2、夹具垫块B4上的承力杆4.2相对应，夹持面A3.4与试样5的夹持面5.1一侧紧密贴合，承力凸台3.3分别与试样5的承力肩5.3相对应并紧密贴合，夹具垫块A3与夹具垫块B4配合使用，用于夹持承载试样5。
4、夹具垫块B4
如图7-图8所示，夹具垫块B4由斜面B4.1、承力杆4.2和夹持面B4.3构成，夹具垫块B4的一侧设有斜面B4.1，夹具垫块B4的另一侧为夹持面B4.3，夹持面B4.3上垂直设有承力杆4.2，夹具垫块B4安置于夹具主体1的垫块楔形槽1.2内，夹具垫块B4的斜面B4.1与夹具主体1的垫块楔形槽1.2内壁另一个侧面相对应并紧密贴合，承力杆4.2依次穿设于试样5于夹持面5.1上的承力孔5.2、夹具垫块A3上的承力杆凹孔3.2，夹持面B4.3与试样5的夹持面5.1另一侧紧密贴合，夹具垫块B4与夹具垫块A3配合使用，用于夹持承载试样5。
5、试样5
如图9所示，试样5由夹持面5.1、承力孔5.2、承力肩5.3和测试标段5.4构成的板状对称结构，测试标段5.4的两端依次对称设置承力肩5.3、夹持面5.1，夹持面5.1上开设承力孔5.2。其中，夹持面5.1与夹具垫块A3和夹具垫块B4配合，承力孔5.2与承力杆4.2配合，承力肩5.3与承力凸台3.3配合。
如图1-图9所示，本发明用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构的使用方法如下：
1、将连杆2的球头关节2.3置于夹具主体1的关节卡槽1.1内进行连接。
2、利用连杆2的固定端2.2将螺栓2.1与拉伸试验机的一个加载端进行连接固定。
3、待测试样5中一端的夹持面5.1与一组楔形夹具垫块中夹具垫块A3的夹持面A3.4和夹具垫块B4的夹持面B4.3配合。
4、将夹具垫块A3的承力凸台3.3与试样5的承力肩5.3进行卡装。
5、将夹具垫块B4的承力杆4.2穿过试样5的承力孔5.2，并与夹具垫块A3的承力杆凹孔3.2扣合。
6、将试样5一端与一组楔形夹具垫块中的夹具垫块A3和夹具垫块B4装配后，放置于夹具主体1的垫块楔形槽1.2内，使斜面A3.1、斜面B4.1分别与垫块楔形槽1.2的内壁相对侧面贴合。
7、重复以上组装过程，将待测试样5的另一端与夹具主体1进行装配，待检查确认连接牢固后，即可进行性能测试。
实际结果表明，本发明通过多种夹持端承载方式，球形关节结构以及体积小巧的设计，可有效解决目前SiC纤维增强金属基复合材料板材拉伸等性能测试中，试样材料使用量和成本较高，夹具体积大以及高温安装困难等问题。
Claims (7)
1.一种用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构，其特征在于，夹具由夹具主体、带球心关节的连杆、楔形的夹具垫块A、楔形的夹具垫块B构成，具体结构如下：
板状对称结构试样的两端部分别安装一组楔形夹具垫块和一个夹具主体，每组楔形夹具垫块中：夹具垫块A与夹具垫块B相对设置于试样的端部两侧，且夹具垫块A、夹具垫块B与试样端部两侧相对的夹持面紧密贴合，夹具垫块B通过承力杆穿过试样的承力孔、夹具垫块A的承力杆凹孔与夹具垫块A形成对接结构，夹具垫块A通过对称的两个承力凸台与试样对称的承力肩相对应并通过卡接匹配；每个夹具主体的一端与一组楔形夹具垫块相对应并通过卡接匹配，每个夹具主体的另一端与连杆一端的球头关节相对应并通过卡接匹配，连杆另一端的螺栓与拉伸试验机连接。
2.按照权利要求1所述的用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构，其特征在于，夹具主体的两端分别设有关节卡槽和垫块楔形槽，关节卡槽与连杆一端的球头关节卡装连接，垫块楔形槽分别与夹具垫块A和夹具垫块B卡装连接。
3.按照权利要求1所述的用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构，其特征在于，连杆由螺栓、固定端和球头关节一体连接组成，固定端位于螺栓与球头关节之间，螺栓与拉伸试验机连接，球头关节与夹具主体的关节卡槽连接。
4.按照权利要求1所述的用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构，其特征在于，夹具垫块A由斜面A、承力杆凹孔、承力凸台和夹持面A构成，夹具垫块A的一侧设有斜面A，夹具垫块A的另一侧为夹持面A，夹持面A下部对称设置承力凸台，夹持面A上垂直开设承力杆凹孔，夹具垫块安置于夹具主体的垫块楔形槽内，夹具垫块A的斜面A与夹具主体的垫块楔形槽内壁一个侧面相对应并紧密贴合，承力杆凹孔与试样于夹持面上的承力孔、夹具垫块B上的承力杆相对应，夹持面A与试样的夹持面一侧紧密贴合，承力凸台分别与试样的承力肩相对应并紧密贴合，夹具垫块A与夹具垫块B配合使用，用于夹持承载试样。
5.按照权利要求1所述的用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构，其特征在于，夹具垫块B由斜面B、承力杆和夹持面B构成，夹具垫块B的一侧设有斜面B，夹具垫块B的另一侧为夹持面B，夹持面B上垂直设有承力杆，夹具垫块B安置于夹具主体的垫块楔形槽内，夹具垫块B的斜面B与夹具主体的垫块楔形槽内壁另一个侧面相对应并紧密贴合，承力杆依次穿设于试样于夹持面上的承力孔、夹具垫块A上的承力杆凹孔，夹持面B与试样的夹持面另一侧紧密贴合，夹具垫块B与夹具垫块A配合使用，用于夹持承载试样。
6.按照权利要求1所述的用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构，其特征在于，试样由夹持面、承力孔、承力肩和测试标段构成的板状对称结构，测试标段的两端依次对称设置承力肩、夹持面，夹持面上开设承力孔；其中，夹持面与夹具垫块A和夹具垫块B配合，承力孔与承力杆配合，承力肩与承力凸台配合。
7.按照权利要求1所述的用于金属基复合材料板状试样拉伸夹具及其试样结构，其特征在于，夹具的使用方法如下：
(1)将连杆的球头关节置于夹具主体的关节卡槽内进行连接；
(2)利用连杆的固定端将螺栓与拉伸试验机的一个加载端进行连接固定；
(3)待测试样中一端的夹持面与一组楔形夹具垫块中夹具垫块A的夹持面A和夹具垫块B的夹持面B配合；
(4)将夹具垫块A的承力凸台与试样的承力肩进行卡装；
(5)将夹具垫块B的承力杆穿过试样的承力孔，并与夹具垫块A的承力杆凹孔扣合；
(6)将试样一端与一组楔形夹具垫块中的夹具垫块A和夹具垫块B装配后，放置于夹具主体的垫块楔形槽内，使斜面A、斜面B分别与垫块楔形槽的内壁相对侧面贴合；
(7)重复以上组装过程，将待测试样的另一端与夹具主体进行装配，待检查确认连接牢固后，进行性能测试。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220415 |