CN115290304A - 一种大型结构疲劳试样装夹装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及材料力学性能测试领域，公开一种大型结构疲劳试样装夹装置，包括：法兰组件，法兰组件包括两个相对设置的法兰，两个法兰分别用于与试验装置和试样相连；用于定位两个法兰的中心的定位销；用于连接两个法兰的连接机构，连接机构包括由内至外依次设置的第一螺栓组件和膨胀销组件，第一螺栓组件包括多个沿定位销的周向设置的第一螺栓，膨胀销组件包括多个对称设置于定位销的第一侧和第二侧的膨胀销，各第一螺栓和各膨胀销均用于连接两个法兰。该大型结构疲劳试样装夹装置能够将大型结构件牢固装夹于试验装置上。

Description

一种大型结构疲劳试样装夹装置
技术领域
本发明涉及材料力学性能测试，特别是涉及一种大型结构疲劳试样装夹装置。
背景技术
随着当前工业大型化进程的不断开展，大型结构件的性能成为工业快速发展的一项重要指标。大型结构件的失效往往由于疲劳失效导致，容易产生重大损失。因此需要对大型结构件的拉伸、疲劳性能进行合理分析，进行可靠的性能研究，进而避免工业事故的发生。然而目前国内对于拉伸、疲劳性能的研究很少涉及大型结构件试样的分析，缺少将大型结构件装夹于试验装置上的装夹装置。
因此，为了对大型结构件的拉伸、疲劳性能进行合理分析，目前亟需一种能够将大型结构件装夹于试验装置上的装夹装置。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种能够将大型结构件装夹于试验装置上的装夹装置。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种大型结构疲劳试样装夹装置，包括：法兰组件，所述法兰组件包括两个相对设置的法兰，两个所述法兰分别用于与试验装置和试样相连；用于定位两个所述法兰的中心的定位销；用于连接两个所述法兰的连接机构，所述连接机构包括由内至外依次设置的第一螺栓组件和膨胀销组件，所述第一螺栓组件包括多个沿所述定位销的周向设置的第一螺栓，所述膨胀销组件包括多个对称设置于所述定位销的第一侧和第二侧的膨胀销，各所述第一螺栓和各所述膨胀销均用于连接两个所述法兰。
优选地，大型结构疲劳试样装夹装置还包括第二螺栓组件，所述第二螺栓组件、所述第一螺栓组件以及所述膨胀销组件由内至外依次设置，所述第二螺栓组件包括多个沿所述定位销的周向设置的第二螺栓，各所述第二螺栓均用于将用于与所述试验装置相连的所述法兰与所述试验装置相连。
优选地，两个所述法兰均为矩形结构，多个所述第一螺栓和多个所述第二螺栓均对称设置于所述定位销的所述第一侧和所述第二侧，设置于所述第一侧的多个所述膨胀销以及设置于所述第二侧的多个所述膨胀销均沿所述矩形结构的宽度方向设置。
优选地，所述第一螺栓的数量为四个，设置于所述第一侧的任意相邻两个所述第一螺栓之间的夹角以及设置于所述第二侧的任意相邻两个所述第一螺栓之间的夹角均为57.5°，且所述第一螺栓的轴线与所述定位销的轴线之间的距离为所述法兰宽度的0.3倍；所述第二螺栓的数量为12个，设置于所述第一侧的任意相邻两个所述第二螺栓之间的夹角以及设置于所述第二侧的任意相邻两个所述第二螺栓之间的夹角均为18°，且所述第二螺栓的轴线与所述定位销的轴线之间的距离为所述法兰宽度的0.4倍；所述膨胀销的数量为8个，且设置于所述第一侧的任意相邻两个所述膨胀销之间的距离以及设置于所述第二侧的任意相邻两个所述膨胀销之间的距离均为法兰宽度的0.25倍。
优选地，各所述法兰的中心均设置有用于与所述定位销相配合的第一通孔，各所述法兰对应于所述第一螺栓的位置均设置有用于与所述第一螺栓相配合的第一螺纹通孔，各所述法兰对应于所述第二螺栓的位置均设置有用于与所述第二螺栓相配合的第二螺纹通孔，各所述法兰对应于所述膨胀销的位置均设置有用于与所述膨胀销相配合的第二通孔。
优选地，所述第一通孔的直径大于所述第二通孔的直径，所述第一螺纹通孔的直径等于所述第二螺纹通孔的直径。
优选地，用于与所述试样相连的所述法兰通过焊接方式与所述试样连接。
优选地，所述定位销为高精度定位销。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的大型结构疲劳试样装夹装置包括：法兰组件，法兰组件包括两个相对设置的法兰，两个法兰分别用于与试验装置和试样相连；用于定位两个法兰的中心的定位销；用于连接两个法兰的连接机构，连接机构包括由内至外依次设置的第一螺栓组件和膨胀销组件，第一螺栓组件包括多个沿定位销的周向设置的第一螺栓，膨胀销组件包括多个对称设置于定位销的第一侧和第二侧的膨胀销，各第一螺栓和各膨胀销均用于连接两个法兰。
大型结构件一般均具有四轴，具体试验时，在大型结构件的四个轴的端部均设置试验装置以及本发明提供的大型结构疲劳试样装夹装置，大型结构疲劳试样装夹装置的两个法兰二者之一与试验装置相连、另一者与轴的端部相连。另外，通过定位销对两个法兰进行定位，保证了两个法兰的连接精度，使两个法兰能够精准装配，通过第一螺栓和膨胀销对两个法兰进行双重锁紧，保证了两个法兰连接牢固。在定位销、第一螺栓以及膨胀销的配合下，本发明提供的大型结构疲劳试样装夹装置能够牢固、并且精确地将试样装夹于试验装置上。
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为本发明实施例中提供的大型结构疲劳试样装夹装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中提供的大型结构疲劳试样装夹装置与试样的配合方式示意图。
图1-图2中附图标记说明：100、大型结构疲劳试样装夹装置；1、法兰；2、试验装置；3、试样；4、第一通孔；5、第一螺纹通孔；6、第二螺纹通孔；7、第二通孔；8、轴。
具体实施方式
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。
本发明的目的是提供一种能够将大型结构件装夹于试验装置上的装夹装置。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1-图2所示，本实施例提供的大型结构疲劳试样装夹装置100包括：法兰组件，法兰组件包括两个相对设置的法兰1，两个法兰1分别用于与试验装置2和试样3相连；用于定位两个法兰1的中心的定位销；用于连接两个法兰1的连接机构，连接机构包括由内至外依次设置的第一螺栓组件和膨胀销组件，第一螺栓组件包括多个沿定位销的周向设置的第一螺栓，膨胀销组件包括多个对称设置于定位销的第一侧和第二侧的膨胀销，各第一螺栓和各膨胀销均用于连接两个法兰1。
如图2所示，大型结构件的关键部位一般均具有四轴，以海洋平台桩腿为例，海洋平台桩腿的关键部位沿海洋平台桩腿的周向均匀设置有四个轴8，各个轴8的第一端均与海洋平台桩腿相连，当需要进行试验时，在各个轴8的第二端均设置本发明提供的装夹装置以及与装夹装置相配合的试验装置2，例如进行拉伸试验的油缸，且装夹装置的两个法兰1二者之一与试样3相连，另一者与试验装置2相连，两个法兰1通过定位销定位，通过第一螺栓和膨胀销双重锁紧。具体试验时，通过操作单个油缸工作或者多个油缸协同工作，可以对海洋平台桩腿关键部位施加单轴拉压、双轴拉压多种复杂载荷形式，进而对海洋平台桩腿关键部位在复杂载荷条件下的疲劳性能进行分析。
需要说明的是本发明提供的大型结构疲劳试样装夹装置100并不仅限于将试样3装夹于试验装置2上，还可将试样3与其它机构相固定，当与其它机构相固定时，将大型结构疲劳试样装夹装置100的两个法兰1分别与试样3和其它机构相连即可。另外，试样3也并不仅限于大型结构件试样，还适用于其它试样。
于本实施例中，大型结构疲劳试样装夹装置100还包括第二螺栓组件，第二螺栓组件、第一螺栓组件以及膨胀销组件由内至外依次设置，第二螺栓组件包括多个沿定位销的周向设置的第二螺栓，各第二螺栓均用于将用于与试验装置2相连的法兰1与试验装置2相连。需要说明的是考虑到法兰1的通用性，本发明两个法兰1结构一致，两个法兰1上均设置有第二螺栓组件，而第二螺栓用于将用于与试验装置2相连的法兰1与试验装置2相连，用于与试样3相连的法兰1上实际无需设置第二螺栓组件。
于本实施例中，两个法兰1均为矩形结构，多个第一螺栓和多个第二螺栓均对称设置于定位销的第一侧和第二侧，设置于第一侧的多个膨胀销以及设置于第二侧的多个膨胀销均沿矩形结构的宽度方向设置。
于本实施例中，第一螺栓的数量为四个，设置于第一侧的任意相邻两个第一螺栓之间的夹角以及设置于第二侧的任意相邻两个第一螺栓之间的夹角均为57.5°，且第一螺栓的轴线与定位销的轴线之间的距离为法兰1宽度的0.3倍；第二螺栓的数量为12个，设置于第一侧的任意相邻两个第二螺栓之间的夹角以及设置于第二侧的任意相邻两个第二螺栓之间的夹角均为18°，且第二螺栓的轴线与定位销的轴线之间的距离为法兰1宽度的0.4倍；膨胀销的数量为8个，且设置于第一侧的任意相邻两个膨胀销之间的距离以及设置于第二侧的任意相邻两个膨胀销之间的距离均为法兰1宽度的0.25倍。需要说明的是第一螺栓、第二螺栓以及膨胀销并不仅限于上述设置方式，这里仅举例说明。
于本实施例中，如图1所示，各法兰1的中心均设置有用于与定位销相配合的第一通孔4，具体地，定位销的两端分别设置于两个第一通孔4内；各法兰1对应于第一螺栓的位置均设置有用于与第一螺栓相配合的第一螺纹通孔5，各第一螺栓均对应两个第一螺纹通孔5；各法兰1对应于第二螺栓的位置均设置有用于与第二螺栓相配合的第二螺纹通孔6，各第二螺栓均对应两个第二螺纹通孔6；各法兰1对应于膨胀销的位置均设置有用于与膨胀销相配合的第二通孔7，各膨胀销均对应两个第二通孔7。至于定位销如何与两个第一通孔4相配合、各第一螺栓如何与其相对应的两个第一螺纹通孔5相配合、各第二螺栓如何与其相对应的两个第二螺纹通孔6相配合以及各膨胀销如何与其相对应的两个第二通孔7相配合均属于现有技术，在此不再赘述。
进一步地，如图1所示，第一通孔4的直径大于第二通孔7的直径，第一螺纹通孔5的直径等于第二螺纹通孔6的直径。进一步地，第一通孔4、各第二通孔7，各第一螺纹通孔5以及各第二螺纹通孔6边缘与法兰1边缘的距离均大于第一螺纹通孔5的半径。
于本实施例中，用于与试样3相连的法兰1通过焊接方式与试样3连接。
于本实施例中，定位销为高精度定位销。需要说明的是高精度定位销、膨胀销的具体结构均属于现有技术，在此不再赘述。
本发明提供的大型结构疲劳试样装夹装置100能够实现试样3（大型结构件试样）与试验装置2之间的牢固连接，且法兰1在厚度较小情况下即可实现大型结构件试样的牢固装夹和可靠承载，实现大型结构件试样的轻量化装夹，同时两个法兰1之间利用高精度定位销进行定位，可实现误差小于0.1%的精准装配。
本发明提供的大型结构疲劳试样装夹装置100具有安全可靠、方法简便、精度高等优点，能够获得有效、准确的综合性能数据，为大型装备关键节点的性能研究提供参考，并可用于S-N曲线测试、S-N设计曲线的验证分析等方面。本发明提供的大型结构疲劳试样装夹装置100具有良好的扩展性，能够满足不同吨位、不同尺寸、不同结构的大型结构件试样的牢固、轻量化装夹，经济效益好、应用前景广阔，可以为大型装备关键节点的力学性能评估提供重要理论依据。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种大型结构疲劳试样装夹装置，其特征在于，包括：
法兰组件，所述法兰组件包括两个相对设置的法兰，两个所述法兰分别用于与试验装置和试样相连；
用于定位两个所述法兰的中心的定位销；
用于连接两个所述法兰的连接机构，所述连接机构包括由内至外依次设置的第一螺栓组件和膨胀销组件，所述第一螺栓组件包括多个沿所述定位销的周向设置的第一螺栓，所述膨胀销组件包括多个对称设置于所述定位销的第一侧和第二侧的膨胀销，各所述第一螺栓和各所述膨胀销均用于连接两个所述法兰。
2.根据权利要求1所述的大型结构疲劳试样装夹装置，其特征在于，还包括第二螺栓组件，所述第二螺栓组件、所述第一螺栓组件以及所述膨胀销组件由内至外依次设置，所述第二螺栓组件包括多个沿所述定位销的周向设置的第二螺栓，各所述第二螺栓均用于将用于与所述试验装置相连的所述法兰与所述试验装置相连。
3.根据权利要求2所述的大型结构疲劳试样装夹装置，其特征在于，两个所述法兰均为矩形结构，多个所述第一螺栓和多个所述第二螺栓均对称设置于所述定位销的所述第一侧和所述第二侧，设置于所述第一侧的多个所述膨胀销以及设置于所述第二侧的多个所述膨胀销均沿所述矩形结构的宽度方向设置。
4.根据权利要求3所述的大型结构疲劳试样装夹装置，其特征在于，所述第一螺栓的数量为四个，设置于所述第一侧的任意相邻两个所述第一螺栓之间的夹角以及设置于所述第二侧的任意相邻两个所述第一螺栓之间的夹角均为57.5°，且所述第一螺栓的轴线与所述定位销的轴线之间的距离为所述法兰宽度的0.3倍；所述第二螺栓的数量为12个，设置于所述第一侧的任意相邻两个所述第二螺栓之间的夹角以及设置于所述第二侧的任意相邻两个所述第二螺栓之间的夹角均为18°，且所述第二螺栓的轴线与所述定位销的轴线之间的距离为所述法兰宽度的0.4倍；所述膨胀销的数量为8个，且设置于所述第一侧的任意相邻两个所述膨胀销之间的距离以及设置于所述第二侧的任意相邻两个所述膨胀销之间的距离均为法兰宽度的0.25倍。
5.根据权利要求2所述的大型结构疲劳试样装夹装置，其特征在于，各所述法兰的中心均设置有用于与所述定位销相配合的第一通孔，各所述法兰对应于所述第一螺栓的位置均设置有用于与所述第一螺栓相配合的第一螺纹通孔，各所述法兰对应于所述第二螺栓的位置均设置有用于与所述第二螺栓相配合的第二螺纹通孔，各所述法兰对应于所述膨胀销的位置均设置有用于与所述膨胀销相配合的第二通孔。
6.根据权利要求5所述的大型结构疲劳试样装夹装置，其特征在于，所述第一通孔的直径大于所述第二通孔的直径，所述第一螺纹通孔的直径等于所述第二螺纹通孔的直径。
7.根据权利要求1所述的大型结构疲劳试样装夹装置，其特征在于，用于与所述试样相连的所述法兰通过焊接方式与所述试样连接。
8.根据权利要求1所述的大型结构疲劳试样装夹装置，其特征在于，所述定位销为高精度定位销。
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