CN115266432A - 基于多轴疲劳试验机的棒状试件湿热-剪扭耦合试验装置 - Google Patents
基于多轴疲劳试验机的棒状试件湿热-剪扭耦合试验装置 Download PDFInfo
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Abstract
基于多轴疲劳试验机的棒状试件湿热‑剪扭耦合试验装置，属于剪扭耦合试验装置技术领域。剪扭耦合试验装置总装装在湿热箱内，剪扭耦合试验装置总装的两个管型剪力叉的管腔内均夹紧固定有承力轴承，两个承力轴承上下同轴设置，位于上方的管型剪力叉与H型转接头可拆卸固接，H型转接头与转力轴架可拆卸固接，位于下方的管型剪力叉与L型夹头可拆卸固接，L型夹头上固定穿有转力轴一，转力轴架上固定穿有转力轴三，H型转接头上固定穿有转力轴二，传力履带一端套装在转力轴一上，另一端绕过转力轴三后套装在转力轴二上；湿热箱上开有橡胶安装孔；试验时，将棒状试验件紧密穿过两个承力轴承。本发明用于棒状试验件湿热环境剪扭耦合试验。
Description
技术领域
本发明属于剪扭耦合试验装置技术领域，具体涉及一种基于多轴疲劳试验机的棒状试件湿热-剪扭耦合试验装置。
背景技术
棒状固体材料试验件常常能够用于研究拉伸、剪切、弯曲、扭转等试验，但是棒状固体材料试验件的剪切-扭转耦合试验，特别是在不同湿度和不同温度条件下的剪切-扭转耦合试验的研究一直是一个难点。
授权公告号为CN206362624U、授权公告日为2017年07月28日、名称为“一种小角散射研究煤岩材料纳观压剪扭装置”的实用新型专利，可适用于在纳米尺度下的煤岩材料的压缩、剪切和扭转试验。但是此试验系统结构较为复杂，试验件尺度极小，且并未完成剪切和扭转载荷的复合施加，亦不能提供湿热环境试验条件。因此，提供一种安装方便、试验效率高、可完成剪切和扭转载荷的复合施加且能提供湿热环境试验条件的试验装置，对于棒状试验件的湿热环境剪扭耦合试验具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述不足，提供一种基于多轴疲劳试验机的棒状试件湿热-剪扭耦合试验装置，该装置不仅可以适用于不同直径的棒状试验件的剪切-扭转耦合试验，而且具有安装方便、试验效率高、能提供湿热环境、适用于静态和疲劳试验的特点，易于实现棒状试验件的批量剪扭耦合试验。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
基于多轴疲劳试验机的棒状试件湿热-剪扭耦合试验装置，包括湿热箱及装在湿热箱内的剪扭耦合试验装置总装，剪扭耦合试验装置总装包括L型夹头、转力轴架、H型转接头、连接轴、两个管型剪力叉、两个承力轴承、四根转力轴及两根传力履带；四根转力轴分别是转力轴一、转力轴二及两根转力轴三；
两个管型剪力叉的管腔内均夹紧固定有承力轴承，两个承力轴承上下同轴设置，棒状试验件紧密穿过两个承力轴承，位于上方的管型剪力叉与H型转接头可拆卸固定连接，H型转接头与转力轴架可拆卸固定连接，位于下方的管型剪力叉与L型夹头可拆卸固定连接，L型夹头的竖直杆上水平固定穿有转力轴一，转力轴架上水平固定穿有两根转力轴三，两根转力轴三上下对应设置，H型转接头上水平固定穿有转力轴二，四根转力轴均平行设置，四根转力轴两侧各设有一根传力履带，每根传力履带一端套装在转力轴一上，每根传力履带另一端绕过两根转力轴三后套装在转力轴二上；转力轴架外侧壁固定有连接轴；湿热箱上、下侧壁上分别开有用来插入多轴疲劳试验机上下作动筒的橡胶安装孔一；湿热箱左侧壁或右侧壁上开有用来插入多轴疲劳试验机侧向作动筒的橡胶安装孔二。
进一步的是，两个管型剪力叉结构相同，管型剪力叉一端为夹持柄，管型剪力叉上设有管腔，管型剪力叉另一端中部设有通至管腔的开口槽，管腔内壁上与开口槽相对应处设有长槽，开口槽的侧壁以及长槽的侧壁上分别设有多个通孔四，通孔四内穿入螺栓，承力轴承通过与螺栓旋合连接的螺母夹紧固定在管腔内。
进一步的是，L型夹头的水平杆端面的中部设有夹槽，位于下方的管型剪力叉的夹持柄可拆卸夹紧固定在L型夹头的夹槽内；位于上方的管型剪力叉的夹持柄可拆卸夹紧固定在H型转接头端口内。
进一步的是，两条传力履带均为金属履带。
进一步的是，湿热箱包括承力架、侧板、加热板及保温棉；承力架通过可拆卸的侧板封闭，侧板内表面固定有加热板；侧板外表面固定有保温棉，湿热箱的前后侧壁上分别开有透明玻璃观察孔，湿热箱底部开有加湿孔。
进一步的是，湿热箱上侧壁安装有压力阀。
本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明的试验装置可以适用于不同长度和直径的棒状试验件进行剪扭耦合静态和疲劳试验，同时本试验装置可以提供湿热环境试验条件，并具有结构简单，操作方便，可重复使用的特点。
附图说明
图1为本发明的基于多轴疲劳试验机的棒状试件湿热-剪扭耦合试验装置的整体斜二轴测图；
图2为本发明的基于多轴疲劳试验机的棒状试件湿热-剪扭耦合试验装置的三维拆分图；
图3为本发明的基于多轴疲劳试验机的棒状试件湿热-剪扭耦合试验装置装夹在多轴疲劳试验机上的轴测图，湿热箱未表示；
图4为湿热箱的斜二轴测图；
图5为湿热箱的剖视图；
图6为图3的A处局部放大图。
上述附图中涉及的部件名称及标号如下：
L型夹头1、夹槽1-1、管型剪力叉2、夹持柄2-1、管腔2-2、开口槽2-3、长槽2-4、承力轴承3、转力轴4、转力轴4-1、转力轴二4-2、转力轴三4-3、转力轴架5、H型转接头6、螺母7、传力履带8、棒状试验件9、连接轴10、螺栓11、加湿孔12、压力阀13、保温棉14、承力架15、加热板16、橡胶安装孔一17、湿热箱18、多轴疲劳试验机19、透明玻璃观察孔20、橡胶安装孔二21。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1-图6所示，本实施方式记载了一种基于多轴疲劳试验机的棒状试件湿热-剪扭耦合试验装置，包括湿热箱18及装在湿热箱18内的剪扭耦合试验装置总装21，剪扭耦合试验装置总装21包括L型夹头1(在几何上近似L型)、转力轴架5、H型转接头6、连接轴10、两个管型剪力叉2、两个承力轴承3、四根转力轴4及两根传力履带8；四根转力轴分别是转力轴一4-1、转力轴二4-2及两根转力轴三4-3；
两个管型剪力叉2的管腔内均夹紧固定有承力轴承3，两个承力轴承3上下同轴设置，棒状试验件9紧密穿过两个承力轴承3，位于上方的管型剪力叉2(通过螺栓11和螺母7)与H型转接头6可拆卸固定连接，H型转接头6(通过螺栓11和螺母7)与转力轴架5可拆卸固定连接，位于下方的管型剪力叉2(通过螺栓11和螺母7)与L型夹头1可拆卸固定连接，L型夹头1的竖直杆上水平固定穿有转力轴一4-1，转力轴架5上水平固定穿有两根转力轴三4-3，两根转力轴三4-3上下对应设置，H型转接头6上水平固定穿有转力轴二4-2(L型夹头1的竖直杆上设有转力轴一4穿过的通孔一、转力轴架5上设有两个转力轴三21穿过的通孔三，H型转接头6上设有转力轴二穿过的通孔二)，四根转力轴均平行设置，四根转力轴两侧各设有一根传力履带8，每根传力履带8一端套装在转力轴一4-1上，每根传力履带8另一端绕过两根转力轴三4-3后套装在转力轴二4-2上(通过转力轴改变力的方向，以此来保证施加于棒状试验件9上的剪切载荷是大小相等、方向相反且对称分布的，剪切载荷大小、方向等与传力履带8相关)；转力轴架5外侧壁固定有连接轴10，连接轴10两端穿过湿热箱18侧壁固定在多轴疲劳试验机上；
湿热箱18上、下侧壁上分别开有用来插入多轴疲劳试验机19上下作动筒的橡胶安装孔一17；湿热箱18左侧壁或右侧壁上开有用来插入多轴疲劳试验机19侧向作动筒的橡胶安装孔二21(由于湿热箱18的橡胶安装孔一17与上下作动筒之间通过橡胶密封接触，湿热箱18的橡胶安装孔二21与侧作动筒之间通过橡胶密封接触，既保证了湿热箱18内部的封闭性，利于湿度和温度的维持，又能够很好的适应疲劳试验)；
试验时，承力轴承3被管型剪力叉2夹紧的同时内部紧密穿过棒状试验件9，棒状试验件9两端由多轴疲劳试验机19的上下作动筒夹持固定，L型夹头1由多轴疲劳试验机19的侧向作动筒夹持固定。
承力轴承3内径略大于棒状试验件9的直径。在进行剪切试验时，在两个承力轴承3之间施加载荷于棒状试验件9上。
两个管型剪力叉2结构相同，管型剪力叉2一端为夹持柄2-1，管型剪力叉2上设有管腔2-2，管型剪力叉2另一端中部设有通至管腔2-2的开口槽2-3，管腔2-2内壁上与开口槽2-3相对应处设有长槽2-4，开口槽2-3的侧壁以及长槽2-4的侧壁上分别设有多个通孔四，通孔四内穿入螺栓11，承力轴承3通过与螺栓11旋合连接的螺母7夹紧固定在管腔2-2内(在螺母7拧紧过程中，两个半管部分变形而靠近夹紧，管型剪力叉2和承力轴承3固连到一起)。
L型夹头1的水平杆端面的中部设有夹槽1-1，位于下方的管型剪力叉2的夹持柄2-1(通过螺栓11及螺母7)可拆卸夹紧固定在L型夹头1的夹槽1-1内；位于上方的管型剪力叉2的夹持柄2-1(通过螺栓11及螺母7)可拆卸夹紧固定在H型转接头6端口内。
试验时，两个管型剪力叉2需要关于棒状试验件9中间直径变小部分对称设置。
两条传力履带8均为金属履带。
湿热箱18包括承力架15(为长方体金属框架)、侧板、加热板(16)及保温棉14；
承力架15通过可拆卸的侧板封闭，侧板内表面固定有加热板16(用来控制内部的温度)；侧板外表面固定有保温棉14(用来防止热量快速散失并保护试验人员)，湿热箱18的前后侧壁上分别开有透明玻璃观察孔20(便于试验时相关物理量的测量和棒状试验件9损伤程度的观察。物理量包括试验件温度分布、试验件裂纹扩展、试验件应变场等，通过透明的观察孔，将热像仪、观测相机或者高速相机对准试验件中间直径变小部分观察)，湿热箱18底部开有加湿孔12(便于压气机将加湿器产生的湿度较大的空气吹入湿热箱18中)。
湿热箱15上侧壁安装有压力阀13(便于通过控制内部的压力调控内部的湿度，同时提高试验过程中的安全性)。
湿热箱18本身是可拆卸的，试验过程中需要更换棒状试验件9时，可将湿热箱18的一侧的侧板拆开进行更换。
安装时，首先将承力轴承3安装到管型剪力叉2中，在螺栓11与螺母7拧紧的过程中，管型剪力叉2夹紧承力轴承3。两个管型剪力叉2分别通过螺栓11及螺母7固定在L型夹头1以及H型转接头6上，H型转接头6通过螺栓11及螺母7固定在转力轴架5上，两个管型剪力叉2的管腔上下同轴设置，与H型转接头6固定连接的管型剪力叉2位于上方，与L型夹头1固定连接的管型剪力叉2位于下方；最后将四根转力轴和两根传力履带8安装上，并对中(两根传力履带8应当平行，并空间垂直于棒状试验件9，对中也需要四根转力轴的伸出部分也是对称的)，从而完成剪扭耦合试验装置总装的组装。将棒状试验件9紧密穿过两个承力轴承3，然后将装有棒状试验件9的剪扭耦合试验装置总装放置在湿热箱18内(湿热箱18本身是可拆卸的)，将湿热箱18放置在多轴疲劳试验机19的支撑平台上。将多轴疲劳试验机19的作动筒穿入橡胶安装孔17设置在湿热箱18内。
设定湿热箱18的温度和湿度，等待温度和湿度稳定在预定值±5％以内。开启多轴疲劳试验机19，设置多轴疲劳试验机19的上下作动筒反向同轴同步同速转动，将扭转疲劳载荷施加到棒状试验件9上(多轴疲劳试验机19的上下作动筒直接夹持棒状试验件9)。设置多轴疲劳试验机19的左右作动筒往复运动(夹持L型夹头1由多轴疲劳实验机的侧向作动筒夹持)，通过L型夹头1、转力轴4、H型转接头6、传力履带8、管型剪力叉2将剪切疲劳载荷传导到棒状试验件9上。由此实现剪切-扭转耦合疲劳试验，如果是剪切-扭转耦合准静态试验，则上述扭转疲劳载荷和剪切疲劳载荷应设置为扭转载荷和剪切载荷。
以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于多轴疲劳试验机的棒状试件湿热-剪扭耦合试验装置，其特征在于：包括湿热箱(18)及装在湿热箱(18)内的剪扭耦合试验装置总装(21)，剪扭耦合试验装置总装(21)包括L型夹头(1)、转力轴架(5)、H型转接头(6)、连接轴(10)、两个管型剪力叉(2)、两个承力轴承(3)、四根转力轴(4)及两根传力履带(8)；四根转力轴分别是转力轴一(4-1)、转力轴二(4-2)及两根转力轴三(4-3)；
两个管型剪力叉(2)的管腔内均夹紧固定有承力轴承(3)，两个承力轴承(3)上下同轴设置，棒状试验件(9)紧密穿过两个承力轴承(3)，位于上方的管型剪力叉(2)与H型转接头(6)可拆卸固定连接，H型转接头(6)与转力轴架(5)可拆卸固定连接，位于下方的管型剪力叉(2)与L型夹头(1)可拆卸固定连接，L型夹头(1)的竖直杆上水平固定穿有转力轴一(4-1)，转力轴架(5)上水平固定穿有两根转力轴三(4-3)，两根转力轴三(4-3)上下对应设置，H型转接头(6)上水平固定穿有转力轴二(4-2)，四根转力轴均平行设置，四根转力轴两侧各设有一根传力履带(8)，每根传力履带(8)一端套装在转力轴一(4-1)上，每根传力履带(8)另一端绕过两根转力轴三(4-3)后套装在转力轴二(4-2)上；转力轴架(5)外侧壁固定有连接轴(10)；湿热箱(18)上、下侧壁上分别开有用来插入多轴疲劳试验机(19)上下作动筒的橡胶安装孔一(17)；湿热箱(18)左侧壁或右侧壁上开有用来插入多轴疲劳试验机(19)侧向作动筒的橡胶安装孔二(21)。
2.根据权利要求1所述的基于多轴疲劳试验机的棒状试件湿热-剪扭耦合试验装置，其特征在于：两个管型剪力叉(2)结构相同，管型剪力叉(2)一端为夹持柄(2-1)，管型剪力叉(2)上设有管腔(2-2)，管型剪力叉(2)另一端中部设有通至管腔(2-2)的开口槽(2-3)，管腔(2-2)内壁上与开口槽(2-3)相对应处设有长槽(2-4)，开口槽(2-3)的侧壁以及长槽(2-4)的侧壁上分别设有多个通孔四，通孔四内穿入螺栓(11)，承力轴承(3)通过与螺栓(11)旋合连接的螺母(7)夹紧固定在管腔(2-2)内。
3.根据权利要求2所述的基于多轴疲劳试验机的棒状试件湿热-剪扭耦合试验装置，其特征在于：L型夹头(1)的水平杆端面的中部设有夹槽(1-1)，位于下方的管型剪力叉(2)的夹持柄(2-1)可拆卸夹紧固定在L型夹头(1)的夹槽(1-1)内；位于上方的管型剪力叉(2)的夹持柄(2-1)可拆卸夹紧固定在H型转接头(6)端口内。
4.根据权利要求1所述的基于多轴疲劳试验机的棒状试件湿热-剪扭耦合试验装置，其特征在于：两条传力履带(8)均为金属履带。
5.根据权利要求1所述的基于多轴疲劳试验机的棒状试件湿热-剪扭耦合试验装置，其特征在于：湿热箱(18)包括承力架(15)、侧板、加热板(16)及保温棉(14)；
承力架(15)通过可拆卸的侧板封闭，侧板内表面固定有加热板(16)；侧板外表面固定有保温棉(14)，湿热箱(18)的前后侧壁上分别开有透明玻璃观察孔(20)，湿热箱(18)底部开有加湿孔(12)。
6.根据权利要求1或5所述的基于多轴疲劳试验机的棒状试件湿热-剪扭耦合试验装置，其特征在于：湿热箱(15)上侧壁安装有压力阀(13)。
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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