CN117191555A - 一种螺栓蠕变试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属等材料的力学试验技术领域，具体涉及一种螺栓蠕变试验装置。包括螺栓夹具，所述螺栓夹具包括上螺栓夹具、下螺栓夹具，所述上螺栓夹具、下螺栓夹具均形成有分别与所述螺栓两端螺母连接的限位槽，所述限位槽的开口与螺杆适配，还包括光栅组件，通过所述光栅组件测试螺栓夹具的位移。结构简单，可便捷有效地装配螺栓试样，同时能准确测量螺栓的位移。

Description

一种螺栓蠕变试验装置

技术领域

本发明涉及金属等材料的力学试验技术领域，具体涉及一种螺栓蠕变试验装置。

背景技术

蠕变试验是一种用于评估材料在长时间应力加载下的变形行为的实验方法。它主要用于研究材料在高温和持续应力环境下的变形性能，特别是在工程结构中可能发生的应力松弛或塑性变形。在蠕变试验中，材料样品通常会受到一定的恒定应力或应变，而温度会保持在较高的水平。通过对材料在一段时间内的变形进行监测和记录，可以确定材料的蠕变行为，如蠕变速率、蠕变延迟时间和蠕变寿命等。蠕变试验对于评估材料在高温和持续应力环境下的稳定性和可靠性非常重要。它在材料科学、工程设计和结构安全等领域具有广泛的应用。通过蠕变试验的结果，可以预测材料的蠕变变形和失效行为，从而指导工程设计和材料选择。

螺栓连接具有便于拆装、标准化程度高等优点，已成为各类机械装备中应用最广泛的装配方式。在实际的工程应用中，螺栓经常会在高温环境下服役。伴随着时间的推移及所处环境的影响，螺栓会受到蠕变损伤的作用，对结构的安全性产生较大的影响：由于蠕变损伤，会产生应力松弛现象。螺栓连接松弛将严重影响设备的密封性能，导致泄漏，甚至造成安全事故。

在蠕变试验中，蠕变试样一般为标准的圆棒试样，通过试样两端的螺纹与蠕变试验机相连接。但对于螺栓试样来说无法直接与蠕变试验机相连接。

发明专利CN 114720277 A中，公开了一种圆环拉伸试验台，包括金属平台、设置在金属平台上的千分表及拉伸组件，拉伸组件包括两个相对设置的拉伸接头，拉伸接头与拉伸实验设备相连接，每个拉伸接头的内部均设置有夹具芯轴，上、两个夹具芯轴组合形成圆环放置结构，上部的拉伸接头上设有定位测量卡箍。该现有专利通过设置的拉伸组件，能够对圆环试样进行快速安装，但由于用于固定试样的夹具芯轴结构复杂不易于安装操作，且需要连接插销单独固定，会对试样的实验结果造成影响，带来试验误差。

在申请号为CN 205246435 U的专利中，提供了一种蠕变中断试验专用夹头机构，它包括上夹头、下夹头、与上、下夹头连接的两个夹具，夹具一端设有螺纹柱，通过螺纹柱与上夹头或下夹头螺接，夹具另一端设有限位T形槽，蠕变试样两端分别卡入两个夹具的限位T形槽内，进行蠕变性能测试。该专利中得到的蠕变中断试验专用夹头机构，实现了可以随时中断试验将圆棒试样快速拆下进行急冷，既能保留蠕变损伤组织，又能保护设备正常使用。但该现有技术中的圆棒蠕变试样无法得到可靠的纵向限位，容易脱离造成试验事故，稳定性差。

发明内容

本发明基于上述背景技术中存在的不足，针对传统蠕变试验夹具无法夹持螺栓试样，现有的蠕变试验机纵向限位不可靠，无法兼顾拆装迅速与稳定性，且对于特殊结构的蠕变试样的试验台结构复杂，目的是提供一种螺栓蠕变试验装置，结构简单，可便捷有效地装配螺栓试样，同时能准确测量螺栓的位移。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种螺栓蠕变试验装置，包括螺栓夹具，所述螺栓夹具包括上螺栓夹具、下螺栓夹具，所述上螺栓夹具、下螺栓夹具均形成有分别与所述螺栓两端螺母连接的限位槽，所述限位槽的开口与螺杆适配，还包括光栅组件，通过所述光栅组件测试螺栓夹具的位移。

为了适应螺栓试样，对螺栓蠕变试验台的夹具进行改进：螺栓夹具，包括上螺栓夹具、下螺栓夹具，两个夹具分别用于夹持螺栓的上、下两端，两个夹具的一端均在水平方向打通形成T形槽，螺栓试样的两端螺母分别卡入夹具的T形槽内，夹具的另一端加工成螺纹柱，通过螺纹柱分别与蠕变试验机螺纹连接，即将夹具固定在蠕变试验机上。

在通常的圆棒试样蠕变试验过程中，测量试样位移方法是使用引伸计测量。但是对于螺栓试样，由于其螺杆上螺纹的存在引伸计无法准确卡住试样的测量段。故本方案通过设置光栅组件连接在螺栓夹具上从而测量螺栓蠕变夹具的位移。

作为本发明的进一步改进，所述限位槽包括贯穿所述螺栓夹具的T形槽，所述T形槽的底部与螺母端面之间留有间隙，且T形槽的开口小于所述螺母的直径。

T形槽的开口与螺杆适配，且开口处宽度略大于螺栓直径，便于螺栓蠕变试样的拆装。T形槽底部的宽度与螺母直径适配，开口处宽度小于螺母直径，螺母无法掉离T形槽，将螺栓在纵向进行有效限位。

作为本发明的进一步改进，所述上螺栓夹具、下螺栓夹具在螺栓的两端轴对称设置。

作为本发明的进一步改进，所述T形槽的内壁设置有倒角。

在T形槽的内壁进行倒角处理，有效减少了蠕变试验过程中T形槽内部的应力集中现象，防止夹具出现裂纹甚至断裂，提高夹具结构的稳定性。

作为本发明的进一步改进，所述光栅组件包括用于夹持光栅的光栅夹座和与光栅顶部抵接的台柱件。

作为本发明的进一步改进，所述光栅夹座、台柱件分别与上螺栓夹具、下螺栓夹具固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述光栅夹座、台柱件的中心在一条轴线上。

作为本发明的进一步改进，所述上螺栓夹具、下螺栓夹具的外壁同侧靠近T形槽开口的一端的对称开设有螺纹孔。

作为本发明的进一步改进，所述光栅组件还包括竖直设置的连接杆，所述台柱件、光栅夹座均通过连接杆与所述螺纹孔固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述上螺栓夹具、下螺栓夹具远离T形槽的两端均设有与螺栓试验台连接的螺纹柱。

因此，本发明具有以下有益效果:

（1）本发明提供的一种螺栓蠕变试验装置，通过设置形成有限位槽的螺栓夹具，结构简单，限位槽底部连接螺母，其开口与螺杆适配且开口宽度小于螺母直径，可有效便捷地装配螺栓试样，并对螺栓进行可靠限位；

（2）进一步地，通过设置光栅组件与螺栓夹具连接，便于光栅测量螺栓夹具的位移，进而准确便捷地得出蠕变过程中两端螺母之间螺杆的长度变化，提升工作效率，扩大适用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例中的一部分，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为本发明螺栓蠕变试验装置的结构示意图；

图2为本发明螺栓夹具的结构示意图；

图3为本发明光栅组件的结构示意图；

图4为本发明螺栓试样的结构示意图；

附图标记说明，其中：

螺栓夹具1，上螺栓夹具1-1，下螺栓夹具1-2，限位槽1-3，T形槽1-31，开口1-32，螺纹柱1-4，螺纹孔1-5，夹持平面1-6，倒角1-33，光栅组件2，光栅夹座2-1，台柱件2-2，连接杆2-3，应变测量系统3，螺栓试样0-1，加载段0-11，测量段0-12。

具体实施方式

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者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。

在详细说明本实施例技术方案之前，首先对本实施例应用的背景情况进行介绍：

参照图4，本发明将螺栓试样0-1分成三段，包括两个加载段0-11及中间的测量段0-12，加载段设置在螺栓试样0-1两端螺母连接的对应位置处，即加载段0-11由螺栓的螺纹及螺母组成。加载段0-11与螺栓夹具相适配，通过加载段0-11将螺栓试样0-1装入螺栓夹具中，实现对试样施加载荷的目的。需要提及的是，加载段的螺母拧入螺栓时，预留出六个螺纹的距离作为测量段0-12（即两端螺母之间的螺杆长度），用于蠕变试验测试蠕变过程中两端螺母之间的长度变化。

实施例一

为了适应螺栓试样，对螺栓蠕变试验台的夹具进行改进：

结合图1~图3，本发明提供一种螺栓蠕变试验装置，包括螺栓夹具1，螺栓夹具1包括上螺栓夹具1-1、下螺栓夹具1-2，上、下两个夹具均形成有分别用于夹持螺栓的上、下两端的限位槽1-3。限位槽为在螺栓夹具一端形成的T形槽结构，螺栓夹具1的另一端均设有螺纹柱1-4，通过螺纹柱1-4与蠕变试验台实现螺纹连接将上螺栓夹具1-1、下螺栓夹具1-2分别固定。进一步地，T形槽1-31的槽底宽度与螺栓试样的加载段相适配：螺栓试样两端的螺母分别卡入螺栓夹具的T形槽1-31内，进行螺栓蠕变试验，T形槽1-31与螺母之间留有一定的间隙，为螺栓蠕变提供变形空间，T形槽1-31的开口1-32处宽度小于螺母直径且略大于螺栓直径，对螺栓进行有效限位的同时便于螺栓试样的拆装，螺栓夹具1可根据螺栓蠕变试样的材料成分采用合适的高温合金加工而成，结构简单，一次成型，降低了加工成本。

如图2，具体地，本方案实施例的T形槽1-31由T形槽铣刀沿螺栓夹具的外圆柱面的径向加工而成，T形槽1-31的内壁进行倒角处理形成有对称分布的倒角1-33，有效地减少了蠕变试验过程中T形槽1-31内部的应力集中现象，防止螺栓夹具1出现裂纹甚至断裂，提高螺栓夹具1结构的稳定性。螺栓夹具1的外壁加工出两个对称夹持平面1-6，方便使用扳手将螺栓夹具1固定、与蠕变试验台进行拆装。

由于传统的蠕变试验中通常通过引伸计测量试样位移，但对于螺栓试样的测量段上形成有螺纹，引伸计无法准确卡住其测量段。

故本方案设有光栅组件2，参照图3，光栅组件2包括光栅夹座2-1、台柱件2-2以及连接杆2-3，光栅夹座2-1、台柱件2-2的中心在一条轴线上，便于安装光栅。光栅测量是一种使用光学原理进行精确测量的技术，它基于光的干涉现象，利用光栅的周期性结构和光波的波长来测量物体的位移、形变或表面形貌等参数。光栅夹座2-1为圆环形结构，用于夹持光栅，台柱件2-2为圆柱体凸台，能够顶住光栅的顶部，固定光栅位置，防止位移变化测量不准确，使测量结果更精确。

结合图2，上螺栓夹具1-1、下螺栓夹具1-2的外壁同侧靠近T形槽的开口1-32的一端的对称开设有螺纹孔1-5，台柱件2-2与上螺栓夹具1-1、光栅夹座2-1与下螺栓夹具1-2之间通过连接杆2-3与螺纹孔1-5连接。

本发明的实施例利用光栅测位移的方法是将台柱件2-2、光栅夹座2-1分别固定在上螺栓夹具1-1、下螺栓夹具上1-2，通过测量上螺栓夹具1-1、下螺栓夹具1-2之间的位移变化，来反映螺栓两端螺母在蠕变过程中的位移变化，进而得出螺栓测量段的蠕变结果。具体步骤为：本实施例的光栅固定在光栅夹座2-1、台柱件2-2之间的初始状态为压缩状态，随着蠕变试验的进行，螺栓试样的长度发生改变，带动两端螺栓夹具移动、栅夹座2-1与台柱件2-2之间的位移变大，光栅内部会发生干涉现象从而测得蠕变试验结果，光栅测量具有高精度、非接触、快速测量等优点。

实施例二

本实施例对实施例一中测量螺栓夹具位移的方法进行改进：将数字图像相关法（DIC）用于测量螺栓试样蠕变试验的位移变化，本实施例提供一种应变测量系统3，在螺栓蠕变试样的螺栓测量段上使用两种不同颜色的高温漆喷涂散斑图案，将测量镜头放置于蠕变试验台边合理位置；调节镜头的测量距离使应变测量系统能够清楚拍摄出测量段并进行系统标定板标定；采集螺栓试样在蠕变试验过程中的图像；处理系统所采集的图像，将三维图像转换为螺栓测量段的位移或应变等测量数据，最后将测量结果以曲线、云图的形式输出。数字图像相关法的使用方便，提高了蠕变试验的效率与测量结果准确性。实施例二除数字图像相关法的应用以外的其他技术特征与实施例一中的一致。

最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (10)

1.一种螺栓蠕变试验装置，其特征在于，包括螺栓夹具（1），所述螺栓夹具包括上螺栓夹具（1-1）、下螺栓夹具（1-2），所述上螺栓夹具、下螺栓夹具均形成有分别与所述螺栓两端螺母连接的限位槽（1-3），所述限位槽的开口（1-32）与螺杆适配，还包括光栅组件（2），通过所述光栅组件测试螺栓夹具（1）的位移。

2.根据权利要求1所述的一种螺栓蠕变试验装置，其特征在于，所述限位槽（1-3）包括贯穿所述螺栓夹具（1）的T形槽（1-31），所述T形槽的底部与螺母端面之间留有间隙，且T形槽的开口（1-32）小于所述螺母的直径。

3.根据权利要求1所述的一种螺栓蠕变试验装置，其特征在于，所述上螺栓夹具（1-1）、下螺栓夹具（1-2）在螺栓的两端轴对称设置。

4.根据权利要求2所述的一种螺栓蠕变试验装置，其特征在于，所述T形槽（1-31）的内壁设置有倒角（1-33）。

5.根据权利要求2所述的一种螺栓蠕变试验装置，其特征在于，所述光栅组件（2）包括用于夹持光栅的光栅夹座（2-1）和与光栅顶部抵接的台柱件（2-2）。

6.根据权利要求5所述的一种螺栓蠕变试验装置，其特征在于，所述光栅夹座（2-1）、台柱件（2-2）分别与上螺栓夹具（1-1）、下螺栓夹具（1-2）固定连接。

7.根据权利要求5所述的一种螺栓蠕变试验装置，其特征在于，所述光栅夹座（2-1）、台柱件（2-2）的中心在一条轴线上。

8.根据权利要求5所述的一种螺栓蠕变试验装置，其特征在于，所述上螺栓夹具（1-1）、下螺栓夹具（1-2）的外壁同侧靠近T形槽开口（1-32）的一端的对称开设有螺纹孔（1-5）。

9.根据权利要求8所述的一种螺栓蠕变试验装置，其特征在于，所述光栅组件（2）还包括竖直设置的连接杆（2-3），所述台柱件（2-2）、光栅夹座（2-1）均通过连接杆与所述螺纹孔（1-5）固定连接。

10.根据权利要求1所述的一种螺栓蠕变试验装置，其特征在于，所述上螺栓夹具（1-1）、下螺栓夹具（1-2）远离T形槽（1-31）的两端均设有与螺栓试验台连接的螺纹柱（1-4）。