CN115753367A - 一种纯机械式应力应变测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯机械式应力应变测试装置，包括：夹持组件，所述夹持组件对待测件进行夹持；四个连杆组件，每一所述连杆组件的第一端分别与所述夹持组件连接，以分别调节所述夹持组件的滑动；中心块，其分别与四个所述连杆组件的第二端连接；固定盘，其与所述中心块的上表面连接，所述固定盘与外部万能拉力试验机连接，以实现对待测件的应力应变测试。本发明具有操作便捷、试验装置成本低和纯机械式控制的优点，保证了位移精度的同时节约了测试成本。

Description

一种纯机械式应力应变测试装置

技术领域

本发明涉及材料力学性能参数获取装置技术领域，具体涉及一种纯机械式应力应变测试装置。

背景技术

通过对试件在轴向加载条件下拉伸，可以直接或者间接得到材料的弹性极限、伸长率、比例极限、弹性模量、拉伸强度、面积缩减量、屈服点、屈服强度等力学性能指标。目前国内对于材料的拉伸试验主要集中于单向拉伸，但是在实际的工程应用中，材料广泛的处于复合应力状态下。如航天飞机壳体在轨飞行中受到的复杂的应力作用，高强钢辊压成型中受到的复合应力，为了准确探究材料的各向异性的力学性能，得到更加贴合实际、更加精准的材料性能参数以及推导和验证材料的屈服准则，需要采用双向拉伸试验。与单向拉伸试验相比，双向拉伸试验能够获得双向应力状态下的应力-应变关系，更能准确反映复杂载荷条件下材料的力学性能，主要成果有：本构模型、微观损伤理论、各向异性法则、屈服准则、正交异性和后屈服性能等。

现有技术中的双向十字拉伸测试中存在控制系统复杂，四向位移精度一致性差和试验机构成本高的问题，影响对双向十字待测件的应力应变测试。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种纯机械式应力应变测试装置。旨在解决现有技术中双向十字拉伸测试中存在控制系统复杂，四向位移精度一致性差和试验机构成本高的问题。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种纯机械式应力应变测试装置，包括：夹持组件，所述夹持组件对待测件进行夹持；

四个连杆组件，每一所述连杆组件的第一端分别与所述夹持组件连接，以分别调节所述夹持组件的滑动；

中心块，其分别与四个所述连杆组件的第二端连接；

固定盘，其与所述中心块的上表面连接，所述固定盘与外部万能拉力试验机连接，以实现对待测件的应力应变测试。

优选的，所述夹持组件包括：两两对称设置的四个滑块，四个所述滑块中相对的两个所述滑块沿同一轴线滑动，四个所述滑块用于对待测件进行夹持。

优选的，每一所述连杆组件包括：

两个关节轴承连杆；

关节轴承，其设置在两个所述关节轴承连杆之间，以连接两个所述关节轴承连杆。

优选的，所述关节轴承均为可调心式关节轴承。

优选的，所述关节轴承与所述关节轴承连杆通过铰接或螺纹连接的方式连接。

优选的，每一所述连杆组件还包括：第一连接件和第二连接件，

所述第一连接件和所述第二连接件分别设置在两个所述关节轴承连杆的自由端，以分别连接所述滑块和所述中心块。

优选的，每一所述滑块均设置有滑块底座，所述滑块底座与所述关节轴承连杆通过第一连接件配合。

优选的，所述滑块上均设置有夹头，所述夹头的末端设置有与所述待测件配合的夹持传感器，所述夹持传感器用于测量所述夹持件施加在所述待测件上的应力。

优选的，还包括：支撑底板，四个所述滑块均设置在所述支撑底板上，每一所述滑块的下端均设置有滑轨，所述支撑底板上设置有与四个所述滑轨一一配合的四个导轨，每一所述滑块沿对应的所述导轨滑动。

优选的，所述支撑底板上设置有四个限位块，每一所述限位块分别位于对应的所述滑块的外侧，以对所述滑块的滑动进行限位。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过提供一种纯机械式应力应变测试装置，并将其集成在万能拉力试验装置中，依靠万能拉力试验装置的单向驱动动作，通过关节轴承构成的“类机械臂”的自动调心装置，实现构件的十字拉伸，克服了现有的十字拉伸测试装置的控制系统复杂，不具备自动调心功能和同步位移差的问题，本发明提供的应力应变测试装置具有操作便捷、试验装置成本低和纯机械式控制的优点，保证了位移精度的同时节约了测试成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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个实施例，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为现有技术中待测件结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的纯机械式应力应变测试装置结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的中心块固定座结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的夹具法兰盘的结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的连接法兰的示意图。

附图标记说明：1-固定盘；2-中心块；3-长螺栓；4-短螺栓；5-瓦架；6-第二连接件；7-关节轴承；8-卡簧；9-第一连接件；10-滑块；11-导轨；12-支撑底板；13-关节轴承连杆；14-中心块固定座；15-夹头；16-夹具法兰盘；17-连接法兰；18-限位法兰；19-滑块底座；20-限位块。

具体实施方式

以下结合附图1-5和具体实施方式对本发明提出的一种纯机械式应力应变测试装置作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

鉴于现有技术双向十字拉伸测试存在控制系统复杂，四向位移精度一致性差和试验机构成本高的问题。

参考图2所示，本实施例提供一种纯机械式应力应变测试装置，包括：夹持组件，所述夹持组件包括两两对称设置的四个滑块10，四个所述滑块10中相对的两个所述滑块10沿同一轴线滑动，四个所述滑块10用于对待测件进行夹持；四个连杆组件，每一所述连杆组件的第一端(即图2所示的所述连杆组件的下端)分别与一所述滑块10连接，以分别调节四个所述滑块10的滑动，每一所述连杆组件包括：一个关节轴承7和两个关节轴承连杆13，关节轴承7设置在两个所述关节轴承连杆13之间，以连接两个所述关节轴承连杆13，所述关节轴承7均为可调心式关节轴承；中心块2，其分别与四个所述连杆组件的第二端连接；固定盘1，其与所述中心块2的上表面连接，所述固定盘1与外部万能拉力试验机连接，以实现对待测件(参考图1所示的十字待测件)的应力应变测试；支撑底板12，四个所述滑块10均设置在所述支撑底板12上，每一所述滑块10的下端均设置有滑轨，所述支撑底板上设置有与四个所述滑轨一一配合的四个导轨11，每一所述滑块10沿对应的所述导轨11滑动，所述滑块10上均设置有夹头15，所述夹头15的末端设置有与所述待测件配合的夹持传感器，所述夹持传感器用于测量所述夹持件施加在所述待测件上的应力。

本实施例中，所述关节轴承7与所述关节轴承连杆13通过铰接或螺纹连接的方式连接。

每一所述连杆组件还包括：第一连接件9和第二连接件6，所述第一连接件9和所述第二连接件6分别设置在两个所述关节轴承连杆13的自由端，以分别连接所述滑块10和所述中心块2。每一所述滑块10均设置有滑块10底座，所述滑块10底座与所述关节轴承连杆13通过第一连接件9配合。

继续参考图2所示，本实施例中，所述中心块2为四个侧面面积相同的矩形，所述中心块2的四个侧面上均设置有一中心块固定座，所述中心块固定座14与所述关节轴承连杆13通过第二连接件6连接。所述中心块固定座14具体结构参考图3所示，其中图3(a)表示所述中心块固定座14的正视图，图3(b)表示所述中心块固定座14的侧视剖视图。

所述支撑底板上设置有与所述待测件相配合的定位点。所述支撑底板上还设置有四个限位块20，每一所述限位块20分别位于对应的所述滑块10的外侧，以对所述滑块10的滑动进行限位.防止滑块10滑出滑轨11。

本实施例中，固定盘1是能够与万能拉力试验机通过铰接、螺纹连接等连接方式形成刚性同步运动的机构；中心块2为矩形块状结构，其上端面通过铰接、螺纹连接等连接方式与固定盘1形成刚性连接，其侧面四个端面分别通过长螺栓3与中心块固定座14的一侧连接。中心块固定座14的另一侧通过短螺栓4与瓦架5连接，瓦架5分别固定在中心块固定座14，参考图3的中心块固定座结构示意图和图1中的滑块底座19，连同滑块10和中心块2一起形成刚性连接。两个可调心式关节轴承7与关节轴承连杆13通过铰接或螺纹连接的方式形成刚性连接。关节轴承7的上端通过第二连接件6、瓦架5、中心块固定座14与中心块2连接；关节轴承的下端通过第一连接件9、瓦架5、滑块底座19与滑块10连接；其中第二连接件9中的轴与瓦架5采用平键和卡簧8进行定位和连接。所述滑块10和固定于支撑平板12的导轨11构成移动副，夹头15固定于夹具法兰盘16，如图4所示夹具法兰盘16的结构示意图，其中图4(a)表示夹具法兰盘16的正视图，图4(b)表示夹具法兰盘16的侧视剖视图。夹头15通过连接法兰17和限位法兰18固定在滑块10上，所述限位法兰18的示意图参考图5所示，其中图5(a)表示限位法兰18的正视图，图5(b)表示限位法兰18的侧视图。

本实施例将待测件(请参考图1所示，铝制材料为国际标准ISO16842规定的试样)依据纯机械式应力应变测试装置中支撑底板12的定位位置，将四个夹头15分别夹持待测件的四个方向，试验时两个垂直方向十字臂受到拉伸，载荷传至待测件的中心区域，得到应变及应力测试数据。

本实施例提供的纯机械式应力应变测试装置，其测试应力应变部件是四个夹持传感器，所述夹持传感器的夹口与试件被夹部分的形状相同且吻合良好.试验时，四个传感器与待测件在同一水平平面上.当斜撑杆将竖向荷载转化为水平方向的四个拉力时，夹持传感器夹持待测件向各自方向拉伸使试件发生形变，采用YJ22型应变片测试拉伸过程的应变。

采用本实施例所述的纯机械式应力应变测试装置，其测试待测样品的测量记录参见如下表1，通过表1可知在x向及y向，其应力及应变的测试值差别在20％以内，该试验结果有效证明了该双向拉伸具有较高的精度及可靠度，具有结构简单、具备自动调心，可操作性好和易于操作的优点。

表1双向拉伸应力应变测试记录

综上所述，本实施例提供的纯机械式应力应变测试装置，并将其集成在万能拉力试验装置中，依靠万能拉力试验装置的单向驱动动作，通过关节轴承构成的“类机械臂”的自动调心装置，实现构件的十字拉伸。克服了现有的十字拉伸测试装置的控制系统复杂，不具备自动调心功能和同步位移差的缺点，具有操作便捷、试验装置成本低、纯机械式控制的优点，保证了位移精度的同时节约了测试成本。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“高度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”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。对于本领域的普通技术人员而言，可以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之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种纯机械式应力应变测试装置，其特征在于，包括：

夹持组件，所述夹持组件对待测件进行夹持；

四个连杆组件，每一所述连杆组件的第一端分别与所述夹持组件连接，以分别调节所述夹持组件的滑动；

中心块，其分别与四个所述连杆组件的第二端连接；

固定盘，其与所述中心块的上表面连接，所述固定盘与外部万能拉力试验机连接，以实现对所述待测件的应力应变测试。

2.如权利要求1所述的纯机械式应力应变测试装置，其特征在于，所述夹持组件包括：两两对称设置的四个滑块，四个所述滑块中相对的两个所述滑块沿同一轴线滑动，四个所述滑块用于对待测件进行夹持。

3.如权利要求2所述的纯机械式应力应变测试装置，其特征在于，每一所述连杆组件包括：

两个关节轴承连杆；

关节轴承，其设置在两个所述关节轴承连杆之间，以连接两个所述关节轴承连杆。

4.如权利要求3所述的纯机械式应力应变测试装置，其特征在于，所述关节轴承均为可调心式关节轴承。

5.如权利要求4所述的纯机械式应力应变测试装置，其特征在于，所述关节轴承与所述关节轴承连杆通过铰接或螺纹连接的方式连接。

6.如权利要求3所述的纯机械式应力应变测试装置，其特征在于，每一所述连杆组件还包括：第一连接件和第二连接件，

所述第一连接件和所述第二连接件分别设置在两个所述关节轴承连杆的自由端，以分别连接所述滑块和所述中心块。

7.如权利要求6所述的纯机械式应力应变测试装置，其特征在于，每一所述滑块上均设置有滑块底座，所述滑块底座与所述关节轴承连杆通过第一连接件配合。

8.如权利要求7所述的纯机械式应力应变测试装置，其特征在于，所述滑块上均设置有夹头，所述夹头的末端设置有与所述待测件配合的夹持传感器，所述夹持传感器用于测量所述夹持件施加在所述待测件上的应力。

9.如权利要求3所述的纯机械式应力应变测试装置，其特征在于，还包括：支撑底板，四个所述滑块均设置在所述支撑底板上，每一所述滑块的下端均设置有滑轨，所述支撑底板上设置有与四个所述滑轨一一配合的四个导轨，每一所述滑块沿对应的所述导轨滑动。

10.如权利要求9所述的纯机械式应力应变测试装置，其特征在于，所述支撑底板上设置有四个限位块，每一所述限位块分别位于对应的所述滑块的外侧，以对所述滑块的滑动进行限位。

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