CN116625848A - 一种复合加载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合加载装置，该装置包括：固定架、限位机构、入射杆、储能杆、第一制动杆、扭矩加载机构和轴压机构，其中，扭矩加载机构位于第一制动杆与轴压机构之间；第一制动杆的第一端与储能杆侧面的第一位置固定连接，第一制动杆的第二端沿长度方向可移动地设置于固定架上，第一制动杆的轴线垂直于储能杆的轴线；当扭矩加载机构向储能杆施加的扭矩达到试验预设值时，第一制动杆被拉断，以使储能杆产生扭转波，并通过入射杆将扭转波传导至试样。该复合加载装置可以有效保证储能杆在整个试验过程中不受损坏，同时确保储能杆可以快速释放扭转能量，并在释放过程中不受其他外力影响，处于自由释放过程。

Description

一种复合加载装置
技术领域
本申请涉及材料动态力学性能试验领域，尤其涉及一种复合加载装置。
背景技术
在现有技术中，霍普金森扭杆装置已经成功地应用于金属、复合材料、聚合物、岩石、混凝土和泡沫材料等各种工程材料的动态力学性能测试，被公认为是研究脉冲动载作用下材料力学性质最常用、最有效的试验设备。
霍普金森扭杆装置包括扭杆、夹持机构以及加载机构，扭杆的一端与加载机构相连，另一端与需要进行试验的试样抵接，夹紧机构位于试样与加载机构之间，能够对扭杆进行抱紧锁死。在进行材料动态力学性能试验时，利用夹紧机构对扭杆进行夹持并抱紧。当加载机构向扭杆施加扭矩时，在夹紧机构与扭杆之间摩擦力的作用下，夹紧机构抱紧扭杆以限制扭杆转动，从而使得扭杆靠近加载装置的一段可以随加载机构的加载发生扭转与变形，达到储存能量的目的。当向扭杆施加的扭矩达到预设值时，释放夹持装置，使夹持装置与扭杆之间的摩擦力降低以允许扭杆转动并释放扭矩，从而产生扭转波传导至试样，以完成对试样的加载。
但是，在上述试验过程中，向扭杆施加扭矩时，夹持机构与扭杆之间的摩擦力会造成摩擦面的磨损，导致扭杆本身的损坏；同时在扭杆释放扭矩时，无法保证扭杆与夹持装置之间没有任何作用力，导致扭矩释放不是一个自由释放的过程，从而影响试验结果的准确性。
发明内容
针对现有技术中上述不足，本发明提供了一种复合加载装置，可以解决现有技术中储能杆在试验过程中易损坏的问题，以及储能杆在释放扭转能量时无法处于自由释放过程的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种复合加载装置，包括固定架、限位机构、入射杆、储能杆、第一制动杆、扭矩加载机构和轴压机构，其中，
所述限位机构固设于所述固定架上，所述入射杆和所述储能杆沿长度方向可移动地设置于所述固定架上，所述入射杆的第一端与所述限位机构用于共同夹持需要进行动态力学性能试验的试样，所述入射杆的第二端与所述储能杆的第一端固定连接，所述储能杆的第二端朝向所述轴压机构，所述轴压机构用于向所述储能杆施加轴向压力；所述扭矩加载机构与所述储能杆的侧面连接，用于向所述储能杆施加扭矩，所述扭矩加载机构位于所述第一制动杆与所述轴压机构之间；
所述第一制动杆的第一端与所述储能杆侧面的第一位置固定连接，所述第一制动杆的第二端沿所述长度方向可移动地设置于所述固定架上，所述第一制动杆的轴线垂直于所述储能杆的轴线；
当所述扭矩加载机构向所述储能杆施加的扭矩达到试验预设值时，所述第一制动杆被拉断，以使所述储能杆产生扭转波，并通过所述入射杆将所述扭转波传导至所述试样。
在本发明一个可选的实施例中，还包括第二制动杆，所述第二制动杆的第一端与所述储能杆侧面的第二位置固定连接，所述第二制动杆的第二端沿所述长度方向可移动地设置于所述固定架上，所述第二制动杆的轴线垂直于所述储能杆的轴线；
当所述扭矩加载机构向所述储能杆施加的扭矩达到所述试验预设值时，所述第二制动杆与所述第一制动杆均被拉断，以使所述储能杆产生扭转波，并通过所述入射杆将所述扭转波传导至所述试样。
在本发明一个可选的实施例中，所述第一位置与所述第二位置相对于所述储能杆的轴线对称分布，且所述第一制动杆的第一端到第二端的指向与所述第二制动杆从第一端到第二端的指向相反。
在本发明一个可选的实施例中，还包括卡箍，所述卡箍上设有装配孔和固定孔，所述储能杆穿过所述装配孔，固定螺栓穿过所述固定孔与所述储能杆的外表面抵接；所述第一制动杆的第一端和所述第二制动杆的第一端分别与所述卡箍固定连接。
在本发明一个可选的实施例中，所述储能杆的外表面沿其轴线方向设置有多个用于与所述固定螺栓配合的螺纹孔。
在本发明一个可选的实施例中，所述固定螺栓的数量为两个，相对于所述储能杆的轴线对称设置。
在本发明一个可选的实施例中，还包括第一限位块和第二限位块，所述第一限位块的第一端包括与所述储能杆侧面形状适配的卡槽，且所述第一限位块的第一端与所述储能杆的侧面固定连接；所述第二限位块的第一端包括与所述储能杆侧面形状适配的卡槽，且所述第二限位块的第一端与所述储能杆的侧面固定连接。
在本发明一个可选的实施例中，所述第一制动杆和所述第二制动杆的轴线均垂直于水平面。
在本发明一个可选的实施例中，所述第一制动杆包括第一颈缩部，所述第一颈缩部位于所述第一制动杆的两端之间，在沿所述第一制动杆的长度方向上，所述第一颈缩部的横截面积小于所述第一制动杆两端的横截面积；所述第二制动杆包括第二颈缩部，所述第二颈缩部位于所述第二制动杆的两端之间，在沿所述第二制动杆的长度方向上，所述第二颈缩部的横截面积小于所述第二制动杆两端的横截面积。
在本发明一个可选的实施例中，所述第一制动杆和第二制动杆的材料均为脆性材料，以使得所述第一制动杆和第二制动杆在施加在所述储能杆的扭矩达到所述试验预设值时断开。
与现有技术相比，本发明公开的一种复合加载装置，通过第一制动杆与储能杆的固定连接来限制储能杆的旋转以储存扭转能量，直到第一制动杆沿其长度方向被拉断，使得储能杆在第一制动杆被拉断后，不受制动杆的束缚而处于自由释放所储存的扭转能量的状态，从而确保储能杆可以快速释放扭转能量，并在释放过程中不受其他外力影响，处于自由释放过程；同时，可以有效保证储能杆在整个试验过程中不受损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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为本发明实施例提供的一种复合加载装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种可选的实施方式的第一制动杆和第二制动杆与储能杆和门架连接的立体示意图；
图3为图2的主视图；
图4为本发明实施例提供的另一种可选的实施方式的第一制动杆和第二制动杆与卡箍连接的主视图。
附图标记说明：
1固定架，11后挡板，12支撑架，13底座，14挡板拉杆，15前挡板，16门架，161第一支撑腿，162第二支撑腿，163支撑横梁，17第一滑槽，18第二滑槽，2限位机构，3扭杆，31入射杆，32套管，33储能杆，5第一制动杆，5’第二制动杆，50第一颈缩部，50’第二颈缩部，51第一限位块，51’第二限位块，6扭矩加载机构，61加载齿轮，62齿条，7轴压机构，8试样，9卡箍，91第一卡环，92第二卡环，93固定螺栓，94第二连接耳，95第一连接耳，A长度方向。
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。
在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
参考图1-图4，本发明实施例提供了一种复合加载装置，包括固定架1、限位机构2、入射杆31、储能杆33、第一制动杆5、扭矩加载机构6和轴压机构7，其中，限位机构2固设于固定架1上，入射杆31和储能杆33沿长度方向A可移动地设置于固定架1上，入射杆31的第一端与限位机构2用于共同夹持需要进行动态力学性能试验的试样8，入射杆31的第二端与储能杆33的第一端固定连接，储能杆33的第二端朝向轴压机构7，轴压机构7用于向储能杆33施加轴向压力；扭矩加载机构6与储能杆33的侧面连接，用于向储能杆33施加扭矩，扭矩加载机构6位于第一制动杆5与轴压机构7之间；第一制动杆5的第一端与储能杆33侧面的第一位置固定连接，第一制动杆5的第二端沿长度方向A可移动地设置于固定架1上，第一制动杆5的轴线垂直于储能杆33的轴线；当扭矩加载机构6向储能杆33施加的扭矩达到试验预设值时，第一制动杆5被拉断，以使储能杆33产生扭转波，并通过入射杆31将扭转波传导至试样8。
本实施例中，固定架1用于装配其他零部件，其结构和材料需选用强度高、变形小的材料，以防止扭矩施加过程中发生破坏，只要能实现固定和支撑的功能即可。
本实施例中，轴压机构7用于向储能杆33的第二端施加轴向压力，其安装在固定架上，具体结构及安装方式不限。
可选地，为了使试验装置的机构安排更加合理紧凑，固定架1包括底座13和固定于底座13上的前挡板15和后挡板11，轴压机构7远离储能杆33的一侧固定于前档板15；限位机构2的远离入射杆31的端面固定于后挡板11；扭矩加载机构6固定在底座13上。
进一步地，前挡板15和后挡板11相互平行地设置且均垂直于入射杆31的轴线，同时，为了防止前挡板15和后挡板11因为在试验中受力产生变形，前挡板15和后挡板11之间连接有多个挡板拉杆14。
本实施例中，扭矩加载机构6用于向储能杆33施加扭矩，扭矩加载机构6的结构在此不做限制。例如，可以是通过同步带轮、齿轮或者卡扣连接的方式来向储能杆33施加扭矩。
可选地，参见图1，扭矩加载机构6包括加载齿轮61、与加载齿轮61啮合的齿条62以及驱动齿条62的驱动机构，加载齿轮61套设在储能杆33上且与储能杆33固定连接。其中，驱动机构优选为可进行直线驱动的液压缸、气缸等。通过加载齿轮61向储能杆33施加扭矩，可以确保扭矩加载的持续性和稳定性，确保向储能杆33施加的扭矩按照试验要求在特定时间内增加至试验预设值。
本实施例中，入射杆31的第二端与储能杆33的第一端固定连接后组成扭杆3。参见图1，长度方向A与入射杆31的轴线平行，由于储能杆33的轴线与入射杆31的轴线平行，因此储能杆33也是沿长度方向A布置。入射杆31与储能杆33的固定连接方式不限，例如，可以是直接采用螺栓连接，或者采用如图1所示通过套管33将两者固定连接的方式。
本实施例中，储能杆33用于储存扭转能量和释放扭转能量以产生扭转波，以及将轴压机构7向其施加的轴向压力传递给入射杆31。其中，当扭矩加载机构6向储能杆33施加扭矩时，位于第一制动杆5和扭矩加载机构6之间的储能杆33发生扭转变形以储存扭转能量，当扭矩加载机构6向储能杆33施加的扭矩达到试验预设值时，第一制动杆5断开，储能杆释放扭转能量以产生扭转波；储能杆33的机构和材料在此不做限制，只要能实现上述功能即可。
本实施例中，第一制动杆5用于在扭矩加载机构6向储能杆33施加的扭矩时，限制储能杆33的转动。第一制动杆5的第一端与储能杆33侧面的固定连接方式在此不受限制，只要能够将第一制动杆5的第一端固定至储能杆33的侧面即可。例如，第一制动杆5第一端可以直接焊接在储能杆33的侧面，或者通过连接件固定于储能杆33的侧面。
本实施例中，第一制动杆5的第二端沿长度方向A可移动地设置于固定架1的实现方式在现有技术中有很多种，在此不受限制，只要满足当储能杆33沿长度方向A移动时，第一制动杆5可以随同储能杆33一起沿长度方向A移动即可。
本实施例中，在试验中入射杆31的第一端与试样8的另一端面抵接，入射杆杆31用于将储能杆33产生的扭转波传递给试样8，以及将轴压机构7向储能杆33施加的轴向压力传递给试样8，其结构和材料在此不做限制。
本实施例中，限位机构2用于在试验中与试样8的一端可旋转地抵接，从而阻止试样8在试验中沿长度方向A移动，以实现对试样8的限位功能。
可选地，限位机构2的横截面积要远大于入射杆31的第一端的端面面积，例如限位机构2的横截面积是入射杆31的第一端的端面面积的64倍，以确保试样8在扭矩的作用下转动时，限位机构2可以稳定的支撑试样8。
可选地，为了方便试验，试样8固定设置于入射杆31的第一端，例如可以通过胶水将试样8粘接于入射杆31上。
本实施例中，对试样8进行动态力学性能测试时，首先，将固定连接在一起的入射杆31和储能杆33沿长度方形A向限位机构2移动，以将试样8夹持在入射杆31的第一端和限位机构2之间。然后，利用扭矩加载机构6向储能杆33施加扭矩，由于储能杆33的侧面与第一制动杆5的第一端固定连接，而第一制动杆5的第二端沿长度方向A可移动的设置于固定架1上，所以当向储能杆33施加扭矩时，第一制动杆5受到沿其轴线方向的拉力，当第一制动杆5所受到的拉力未超过第一制动杆5的材料的抗拉强度时，储能杆33被第一制动杆5所限制，仅在第一制动杆5与轴压机构7之间的储能杆33发生扭转变形以储存扭转能量。当施加在储能杆33上的扭矩逐渐增加至试验预设值时，即第一制动杆5所受的拉力达到其材料本身的抗拉强度时，第一制动杆5断开，此时，储能杆33不再受到第一制动杆5任何限制，储能杆33自由释放所储存的扭转能量以产生扭转波，并通过入射杆31快速传递给试样8，从而完成对试样8的扭矩加载。轴压机构7根据试验要求在设定的时间点向储能杆33的第二端施加轴向压力，并通过入射杆31传递给试样8，以完成对试样8的轴向加载。通过上述试验操作可以实现对试样8的轴压和扭矩的复合加载。
在现有技术的动态力学性能测试中，复合加载装置是通过夹持机构对扭杆进行夹持，当对扭杆施加扭矩时，通过夹持机构与扭杆之间的摩擦力来限制扭杆旋转，以使得在夹持机构与轴压机构之间的扭杆发生扭转变形以储存扭转能量，然后通过释放夹持机构对扭杆的夹持来产生扭转波，并将扭转波传递给试样。现有技术存在的问题是夹持机构在限制扭杆旋转时，夹持机构与扭杆之间的摩擦力会造成夹持机构和扭杆摩擦面的磨损，并容易导致扭杆本身的损坏，从而影响试验的正常进行；同时，当夹持机构释放扭杆后，扭杆旋转以释放扭矩，但在扭杆在释放扭矩的过程中，扭杆与夹持装置之间还是会有接触从而产生滑动摩擦力，使得扭杆扭矩的释放不是一个自由释放的过程，从而影响试验结果的准确性。
在本实施例中，入射杆31和储能杆33固定连接后形成扭杆3，当向储能杆33施加扭矩时，通过第一制动杆5与储能杆33的固定连接来限制储能杆33的旋转以储存扭转能量，直到第一制动杆5沿其长度方向A被拉断，储能杆33在第一制动杆5被拉断后，没有了第一制动杆5的束缚，从而产生扭转波达到自由释放所储存的扭转能量的状态，减少了试验中的误差，解决了现有技术中，因为采用夹持装置限制扭杆旋转而导致产生的摩擦力损坏扭杆以及影响试验结果准确性的问题。本发明的复合加载装置可以有效保证储能杆在整个试验过程中不受损坏，同时确保储能杆可以快速释放扭转能量，并在释放过程中不受其他外力影响，处于自由释放过程。
可选地，为了确保在向储能杆33施加扭矩时，储能杆33的侧面受到的阻力更加均匀，本实施例的试验装置还包括第二制动杆5’，第二制动杆5’的第一端与储能杆33侧面的第二位置固定连接，第二制动杆5’的第二端沿长度方向A可移动地设置于固定架1上，第二制动杆5’的轴线垂直于储能杆33的轴线；当扭矩加载机构向储能杆33施加的扭矩达到试验预设值时，第二制动杆5’与第一制动杆5均被拉断，以使储能杆33产生扭转波，并通过入射杆31将扭转波传导至试样。通过第二制动杆5’的第一端与储能杆33侧面的第二位置固定连接，实现了对储能杆33侧面的两个位置的固定连接，可以有效提高储能杆33在试验过程中的稳定性，防止其发生沿垂直于储能杆33轴线方向的偏移，保障了试验结果的准确性。
其中，第二制动杆5’与第一制动杆5均被拉断，这里指的是第二制动杆5’与第一制动杆5被拉断的时间间隔值很短，以使储能杆33同时失去两个制动杆的束缚，从而在自由状态下释放扭转能量。
其中，第二制动杆5’的第一端与储能杆33侧面的固定连接方式有多种，在此不受限制，只要能够满足将第二制动杆5’的第一端固定至储能杆33的侧面即可。
其中，第二制动杆5’的第二端沿长度方向A可移动地设置于固定架1上的实现方式在现有技术中有很多种，在此不受限制，只要满足当储能杆33沿长度方向A移动时，第二制动杆5’可以随同储能杆33一起沿长度方向A移动即可。
进一步地，为了简化对储能杆33的受力分析以减少不必要的计算误差，以及为了方便试验人员根据试验需求设计第一制动杆5和第二制动杆5’，第一位置与第二位置相对于储能杆33的轴线对称分布，且第一制动杆5从其第一端到其第二端的指向与第二制动杆5’从其第一端到其第二端的指向相反。通过对第一制动杆5和第二制动杆5’的位置进行如上设置，当对储能杆33施加扭矩时，储能杆33的第一位置与第二位置所受到的拉力方向相反，且受力点相对于储能杆33的轴线对称，可提高试验过程中储能杆33受力的稳定性，进一步保障了试验结果的准确度。
优选地，为了便于安装和装配，参见图3和图4，可优选第一制动杆5和第二制动杆5’的轴线均垂直于水平面。
优选地，第一制动杆5和第二制动杆5’的轴线到储能杆33的轴线的距离相等，这样可以使得两个制动杆所受拉力也相同。具体地，为了便于加工，第一制动杆5和第二制动杆5’的结构完全相同，即两个制动杆的材料和尺寸相同。并且为了保证第二制动杆5’与第一制动杆5被拉断的时间间隔值很短，可优选第二制动杆5’和第一制动杆5与储能杆33侧面的固定连接方式相同。
进一步地，如图3所示，第一制动杆5和第二制动杆5’的第一端分别与第一限位块51和第二限位块51’的第二端固定连接，第一限位块51和第二限位块51’的第一端分别包括与储能杆33侧面形状适配的卡槽，第一限位块51和第二限位块51’的第一端分别与储能杆33侧面的第一位置和第二位置固定连接。通过在第一限位块51和第二限位块51’的第一端上设置与储能杆33侧面形状适配的卡槽，在安装时，可以快速将第一限位块51和第二限位块51’的第一端安装固定于储能杆33的侧面；当在向储能杆33施加扭矩时，与储能杆33侧面形状适配的卡槽可以充分保证第一限位块51和第二限位块51’与储能杆33的接触面积，从而保证了第一制动杆5和第二制动杆5’与储能杆33之间的连接强度，有效防止在第一限位块51和第二限位块51’与储能杆33的连接处断裂；同时第一限位块51和第二限位块51’可以起到设定第一制动杆5和第二制动杆5’到储能杆33轴线的力臂的作用，根据具体试验需求的力臂来设定第一限位块51和第二限位块51’的尺寸。
优选地，第一限位块51和第二限位块51’的第二端分别与第一制动杆5和第二制动杆5’的第一端可拆卸连接。在第一制动杆5和第二制动杆5’在试验中被拉断后，可以分别将第一制动杆5和第二制动杆5’的第一端从第一限位块51和第二限位块51’的第二端拆卸下来，只需要在下次试验时更换第第一制动杆5和第二制动杆5’即可，这样可以有效简化试验步骤和减少试验耗材。本实施例中对具体的可拆卸地连接方式不限，例如，可以是插接、螺纹连接、销钉连接等方式。
进一步地，第一制动杆5和第二制动杆5’的第一端与储能杆33的固定连接方式还可以如图4所示，第一制动杆5和第二制动杆5’通过卡箍9与储能杆33固定连接。卡箍9上设有装配孔和固定孔，储能杆33穿过装配孔，以使得卡箍9可套设在储能杆33上；固定螺栓93穿过固定孔与储能杆33的外表面抵接，以使得卡箍9可被固定在储能杆33上。第一制动杆5第一端和第二制动杆5’第一端分别与卡箍9固定连接，从而实现将第一制动杆5和第二制动杆5’的第一端固定连接在储能杆侧面。
在试验过程中，当向储能杆33施加扭矩时，固定螺栓93可限制储能杆33面朝A方向逆时针旋转，并将力传递给卡箍9，卡箍9在力的作用下产生一个旋转趋势从而分别向第一制动杆5和第二制动杆5’施加拉力。当随着向储能杆33施加的扭矩的增加，拉力增加至第一制动杆5和第二制动杆5’所承受的抗拉强度时，第一制动杆5和第二制动杆5’断开，卡箍9失去制动杆的束缚后，在固定螺栓93的连接作用下，跟随储能杆一起旋转，使得储能杆33释放扭转能量以产生扭转波，并通过入射杆31快速传递给试样8。
优选地，为了便于进行安装，卡箍9还可包括第一连接耳95和第二连接耳94。在具体安装时，储能杆33穿过卡箍9的装配孔，第一制动杆5和第二制动杆5’分别与第一连接耳95和第二连接耳94可拆卸连接。其中，第一制动杆5和第二制动杆5’分别与第一连接耳95和第二连接耳94可拆卸地固定连接方式有多种，例如直接螺纹连接、轴肩卡接、螺母连接等，本实施例在此不做限制。
具体地，为了方便调节第一制动杆5和第二制动杆5’到储能杆33的轴线的距离，以达到调节制动杆的相对储能杆轴线的力臂长度的效果，第一制动杆5和第二制动杆5’设置为可分别在第一连接耳95和第二连接耳94上沿同时垂直于储能杆33和制动杆轴线的直线方向调整位置。其中，实现上述制动杆位置调整的方式的有很多种，例如，可以将第一连接耳95和第二连接耳94的分别与第一制动杆5和第二制动杆5’配合的连接孔设置为长条孔。
优选地，为了能够沿长度方向A调节第一制动杆5和第二制动杆5’的第一端在储能杆33上的位置，以便于适应不同的试验要求，储能杆33沿其轴线方向设置有多个用于与固定螺栓93配合的螺纹孔，以使得可通过选择不同的与固定螺栓93配合的螺纹孔，调整所述卡箍9在储能杆33上的位置，以保证复合加载装置可以更好地满足多样化的试验需求。
优选地，为了确保在向储能杆33施加扭矩时，储能杆33的侧面受到的阻力更加均匀，可优选在储能杆33的侧面均匀设置至少两个固定螺栓93。例如，参考图4，为了简化结构，可优选在储能杆33的侧面设置两个相对于储能杆33轴向对称分布的固定螺栓93。
优选地，为了使卡箍9在任何情况下都可以很方便地安装于储能杆33上，如图4所示，卡箍9设置为由第一卡环91和第二卡环92对接而成。这样在具体安装试验装置时，无需考虑其他零部件的安装顺序，只需要根据试验要求在储能杆33上选择合适的位置，将两个卡环对接，然后分别通过紧固件(未图示)将两个卡环固定在储能杆33上即可。例如，第一卡环91和第二卡环92的左右两端分别设有连接板，第一卡环91和第二卡环92的连接板对接后分别形成卡箍9的第一连接耳95和第二连接耳94，可由紧固件将第一连接耳95和第二连接耳94紧固固定。
进一步地，为了使第一制动杆5和第二制动杆5’在储能杆33所承受的扭矩达到试验预设值时，可以在其指定位置断开，防止因为断开位置不合适而导致试验的积累误差或者影响最终的试验结果，第一制动杆5包括第一颈缩部50，第一颈缩部50位于第一制动杆5的两端之间，在沿第一制动杆5的长度方向A上，第一颈缩部50的横截面积小于第一制动杆5两端的横截面积；第二制动杆5’包括第二颈缩部50’，第二颈缩部50’位于第二制动杆5’的两端之间，在沿第二制动杆5’的长度方向A上，第二颈缩部50’的横截面积小于第二制动杆5’两端的横截面积。因为第一颈缩部50和第二颈缩部50’的横截面积分别相对于第一制动杆5和第二制动杆5’的其他位置较小，所以当向储能杆施加的扭矩达到试验预设值时，可以确保第一制动杆5和第二制动杆5’分别在其各自的颈缩部位置断开。准确预设制动杆的断开位置，在生产加工制动杆时，可以重点处理制动杆的颈缩部，使其加工精度更高，减少计算误差，同时对于横截面积大于颈缩部的制动杆的其他部分，选择粗加工成形即可，由此可以降低生产加工难度。
优选地，当第一制动杆5和第二制动杆5’的第一端与储能杆33的固定连接采用如图4所示的固定螺栓93和卡箍9固定的方式时，为了确保第一制动杆5和第二制动杆5’在试验过程中能在第一颈缩部50和第二颈缩部50’处断开，第一颈缩部50和第二颈缩部50’的轴向横截面积A0可优选通过以下公式计算确定：
其中，L1为扭矩加载机构6带动储能杆33转动时，扭矩加载机构6与储能杆33外表面接触的中心点转动的距离。该距离可以为预设距离值，例如，参见图1，当扭矩加载机构6包括加载齿轮61和齿条62时，L1的最大值即为齿条62的长度。
Rm为制动杆的材料抗拉强度；L3为制动杆的轴线到储能杆33的轴线的最小距离；D为储能杆33的外径；d为储能杆33的内径；G为储能杆33的材料剪切模量。
L2为截面S1和截面S2之间的最小距离，其中，截面S1和截面S2均与储能杆33的轴线垂直，固定螺栓93与储能杆33外表面接触的中心点位于截面S1上，扭矩加载机构6与储能杆33外表面接触的中心点位于截面S2上。
此外，在第一制动杆5和第二制动杆5’的材料以及第一颈缩部50和第二颈缩部50’的横截面积A0确定的情况下，还可通过调整L1、L2、L3中至少一个的长度来调整或者预先确定出扭矩加载机构6向储能杆33施加的扭矩的试验预设值。
优选地，为了方便计算，可优选将储能杆33设置为圆柱形，从而可通过下述公式计算第一颈缩部50和第二颈缩部50’的轴向横截面积A0：
进一步地，当施加在储能杆33的扭矩达到试验预设值时，为了使第一制动杆5和第二制动杆5’能够快速断开，同时又能将第一制动杆5和第二制动杆5’在断开前的拉伸变形量控制得到极小，以保证试验结果的准确度，可优选第一制动杆5和第二制动杆5’的材料均为脆性材料，以使得第一制动杆5和第二制动杆5’在施加在储能杆33的扭矩达到试验预设值时断开。脆性材料的特点就是在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形就会发生破坏断裂，将第一制动杆5和第二制动杆5’均选用脆性材料，可以将断开前的拉伸变形降到很小，与其他材料相比，脆性材料可以充分保证试验结果的准确度。
优选地，上述脆性材料为聚甲基丙烯酸甲酯材料(PMMA)。聚甲基丙烯酸甲酯具有良好的综合力学性能，在通用塑料中居前列,聚甲基丙烯酸甲酯的拉伸强度可达到50-77MPa水平，力学性能特征基本上属于硬而脆的塑料，且具有缺口敏感性，在应力下易开裂。因此，由聚甲基丙烯酸甲酯材料制成的第一制动杆5和第二制动杆5’，可以进一步保证试验结果的准确度。
进一步地，为了实现第二制动杆5’的第二端沿长度方向A可移动地设置于固定架1上，本实施例的试验装置还包括设置于固定架1上的门架16，第二制动杆5’的第二端固定连接于门架16，门架16可沿长度方向A相对于固定架1移动。当储能杆33沿长度方向A移动时，储能杆33通过第二制动杆5’带动门架16沿长度方向A相对于固定架1移动，从而实现了第二制动杆5’与储能杆33的同步移动，方便在入射杆31与限位机构2之间安装试样，同时当轴压机构7对储能杆33的第二段施加轴向压力时，第二制动杆5’与储能杆33同步移动，可以有效避免外力的干扰，提高试验数据的准确度，同时又可以限制第二制动杆5’的旋转，保障试验的顺利进行。
优选地，为了确保门架16的稳定性，防止其在第二制动杆5’承受拉力时发生偏转等现象而导致试验失败，如图3所示，门架16包括沿长度方向A可移动地设置于固定架1上的第一支撑腿161和第二支撑腿162，以及设置于第一支撑腿161和第二支撑腿162之间的支撑横梁163；储能杆33位于第一支撑腿161和第二支撑腿162之间；第二制动杆5’的第二端固定在支撑横梁163上，并且位于储能杆33的上方。当向储能杆33施加扭矩时，第二制动杆5’向支撑横梁施加向下的拉力，位于储能杆33两侧的第一支撑腿161和第二支撑腿162可以有效平衡来自第二制动杆5’向下的拉力，确保门架16可以稳定地设置于固定架1上。
其中，第一支撑腿161和第二支撑腿162沿长度方向A可移动地设置于固定架1上的实现方式有多种，例如，如图2所示，固定架1上设有分别与第一支撑腿161和第二支撑腿162的下端配合的第二滑槽18。
具体地，为了减少试验耗材，确保门架16可以在多次时间中重复使用，降低试验成本，第二制动杆5’的第二端可拆卸地连接于门架16。可拆卸连接方式有多种，在此不做限制。
进一步地，为了实现第一制动杆5的第二端沿长度方向A可移动地设置于固定架1上，如图2所示，固定架1上设有与第一滑块配合的第一滑槽17,通过第一制动杆5的第二端在第一滑槽17内的滑行，使得第一制动杆5的第二端沿长度方向A移动，从而实现第一制动杆5与储能杆33沿长度方向A的同步移动。
可选地，入射杆31的侧面上安装有数据采集系统，用于在试验过程中实时采集入射杆所传递的压力和扭矩。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种复合加载装置，其特征在于，包括：固定架、限位机构、入射杆、储能杆、第一制动杆、扭矩加载机构和轴压机构，其中，
所述限位机构固设于所述固定架上，所述入射杆和所述储能杆沿长度方向可移动地设置于所述固定架上，所述入射杆的第一端与所述限位机构用于共同夹持需要进行动态力学性能试验的试样，所述入射杆的第二端与所述储能杆的第一端固定连接，所述储能杆的第二端朝向所述轴压机构，所述轴压机构用于向所述储能杆施加轴向压力；所述扭矩加载机构与所述储能杆的侧面连接，用于向所述储能杆施加扭矩，所述扭矩加载机构位于所述第一制动杆与所述轴压机构之间；
所述第一制动杆的第一端与所述储能杆侧面的第一位置固定连接，所述第一制动杆的第二端沿所述长度方向可移动地设置于所述固定架上，所述第一制动杆的轴线垂直于所述储能杆的轴线；
当所述扭矩加载机构向所述储能杆施加的扭矩达到试验预设值时，所述第一制动杆被拉断，以使所述储能杆产生扭转波，并通过所述入射杆将所述扭转波传导至所述试样。
2.根据权利要求1所述的复合加载装置，其特征在于，还包括第二制动杆，所述第二制动杆的第一端与所述储能杆侧面的第二位置固定连接，所述第二制动杆的第二端沿所述长度方向可移动地设置于所述固定架上，所述第二制动杆的轴线垂直于所述储能杆的轴线；
当所述扭矩加载机构向所述储能杆施加的扭矩达到所述试验预设值时，所述第二制动杆与所述第一制动杆均被拉断，以使所述储能杆产生扭转波，并通过所述入射杆将所述扭转波传导至所述试样。
3.根据权利要求2的复合加载装置，其特征在于，所述第一位置与所述第二位置相对于所述储能杆的轴线对称分布，且所述第一制动杆的第一端到第二端的指向与所述第二制动杆从第一端到第二端的指向相反。
4.根据权利要求3所述的复合加载装置，其特征在于，还包括卡箍，所述卡箍上设有装配孔和固定孔，所述储能杆穿过所述装配孔，固定螺栓穿过所述固定孔与所述储能杆的外表面抵接；所述第一制动杆的第一端和所述第二制动杆的第一端分别与所述卡箍固定连接。
5.根据权利要求4所述的复合加载装置，其特征在于，所述储能杆的外表面沿其轴线方向设置有多个用于与所述固定螺栓配合的螺纹孔。
6.根据权利要求4所述的复合加载装置，其特征在于，所述固定螺栓的数量为两个，相对于所述储能杆的轴线对称设置。
7.根据权利要求3所述的复合加载装置，其特征在于，还包括第一限位块和第二限位块，所述第一限位块的第一端包括与所述储能杆侧面形状适配的卡槽，且所述第一限位块的第一端与所述储能杆的侧面固定连接；所述第二限位块的第一端包括与所述储能杆侧面形状适配的卡槽，且所述第二限位块的第一端与所述储能杆的侧面固定连接。
8.根据权利要求3所述的复合加载装置，其特征在于，所述第一制动杆和所述第二制动杆的轴线均垂直于水平面。
9.根据权利要求2-8中任一项所述的复合加载装置，其特征在于，所述第一制动杆包括第一颈缩部，所述第一颈缩部位于所述第一制动杆的两端之间，在沿所述第一制动杆的长度方向上，所述第一颈缩部的横截面积小于所述第一制动杆两端的横截面积；所述第二制动杆包括第二颈缩部，所述第二颈缩部位于所述第二制动杆的两端之间，在沿所述第二制动杆的长度方向上，所述第二颈缩部的横截面积小于所述第二制动杆两端的横截面积。
10.根据权利要求2-8中任一项所述的复合加载装置，其特征在于，所述第一制动杆和第二制动杆的材料均为脆性材料，以使得所述第一制动杆和第二制动杆在施加在所述储能杆的扭矩达到所述试验预设值时断开。
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