CN117664712A - 一种应用拉压循环载荷的紧凑ct试件裂纹扩展试验夹具 - Google Patents

Abstract

本申请涉及金属材料裂纹扩展试验技术领域，提供了一种应用拉压循环载荷的紧凑CT试件裂纹扩展试验夹具，用于装夹CT试件。本申请通过增设位于夹具体内部的塞铁以及用于抵紧塞铁的锁紧螺栓，在实际试验过程中，疲劳试验机加载的拉力和压力能够以不同的方式传递至CT试件中部，在此基础上，即使疲劳试验机加载的载荷由拉力转变为压力或由压力转变为拉力，均有连续真实波形的载荷加载至CT试件，从而保证加载至CT试件上的载荷的连续性，避免出现在负应力比加载条件下，载荷过渡为0时刻出现的载荷迟滞，进而有利于裂纹扩展试验的顺利开展，实现一套试验夹具同时满足不同应力比载荷的疲劳试验技术研究，并提升最终试验结果的准确性。

Description

一种应用拉压循环载荷的紧凑CT试件裂纹扩展试验夹具

技术领域

本申请涉及金属材料裂纹扩展试验技术领域，具体而言，涉及一种应用拉压循环载荷的紧凑CT试件裂纹扩展试验夹具。

背景技术

本部分的内容仅提供了与本申请相关的背景信息，其可能并不构成现有技术。

针对紧凑拉伸试样(简称CT试样)的裂纹扩展试验十分常见，但由于CT试件不能直接装夹在部分疲劳试验机上，在此种情况下，通常需要设计专用的夹具。

在相关技术中，标准GB/T 6398《金属材料疲劳试验疲劳裂纹扩展方法》中推荐了一种可用于装夹固定CT试件的夹具，该夹具与CT试件之间采用销轴连接，在实际试验过程中，依靠销轴即可将疲劳试验机加载的载荷加载至CT试件。

然而，就上述已知的用于装夹CT试件的夹具而言，夹具上的轴孔与销轴之间、CT试件上的轴孔与销轴之间的配合关系均为间隙配合。在实际试验过程中，当疲劳试验机加载的载荷由拉力转变为压力或由压力转变为拉力(也即，CT试件由受拉状态转变为受压状态或由受压状态转变为受拉状态)时，传递至CT试件上的载荷是不连续的，也就是说，在某一时刻并没有载荷传递至CT试件，在此种状态下，不但不利于疲劳试验机对CT试件加载相应的载荷，而且可能导致CT试件实际所受载荷与试验所需载荷不同，进而影响最终试验结果的准确性。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种应用拉压循环载荷的紧凑CT试件裂纹扩展试验夹具，该夹具通过增设位于夹具体内部的塞铁以及用于抵紧塞铁的锁紧螺栓，在实际试验过程中，拉力和压力能够以不同的方式传递至CT试件中部，从而保证加载至CT试件上的载荷的连续性。

本申请的目的通过以下技术方案实现：

一种应用拉压循环载荷的紧凑CT试件裂纹扩展试验夹具，用于装夹CT试件，所述CT试件具有装夹部且预制有裂纹；

所述夹具包括：

连接部；

夹具体，所述连接部连接至所述夹具体的一侧，所述夹具体背离所述连接部的一侧开设有夹持槽，所述夹持槽用于容纳所述装夹部；

塞铁，设于所述夹持槽的最内侧；容纳于所述夹持槽内的所述装夹部与所述塞铁相抵；

锁紧螺栓，与所述连接部同侧设置且与所述夹具体螺纹连接；所述锁紧螺栓的端部伸入至所述夹持槽内并与所述塞铁相抵；

销轴，用于连接所述夹具体以及容纳于所述夹持槽内的所述装夹部，且与所述裂纹对位。

在一些可能的实施例中，所述塞铁朝向所述装夹部的一侧设有抵接部，所述装夹部朝向所述塞铁的一侧设有与所述抵接部适配的抵接槽，所述抵接部抵接于所述抵接槽内，且所述抵接槽与所述裂纹对位。

在一些可能的实施例中，所述抵接槽呈弧形结构，所述抵接槽的轴线与所述销轴的轴线平行且位于同一平面内。

在一些可能的实施例中，所述塞铁朝向所述锁紧螺栓的一侧开设有抵接孔，所述锁紧螺栓的端部抵接于所述抵接孔内。

在一些可能的实施例中，所述锁紧螺栓的数量为两个，两个所述锁紧螺栓对称设置于所述连接部的两侧，所述抵接孔与所述锁紧螺栓一一对应。

在一些可能的实施例中，所述夹具还包括：

两个垫圈，对称设置于所述夹持槽相对的两侧壁；所述销轴分别穿过所述两个垫圈。

在一些可能的实施例中，所述销轴的轴线与所述连接部的轴线垂直并相交。

在一些可能的实施例中，所述销轴上设有开口销。

本申请实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

本申请通过增设位于夹具体内部的塞铁以及用于抵紧塞铁的锁紧螺栓，在实际试验过程中，疲劳试验机加载的拉力和压力能够以不同的方式传递至CT试件中部，在此基础上，即使疲劳试验机加载的载荷由拉力转变为压力或由压力转变为拉力，均有连续真实波形的载荷加载至CT试件，从而保证加载至CT试件上的载荷的连续性，避免出现在负应力比加载条件下，载荷过渡为0时刻出现的载荷迟滞，进而有利于裂纹扩展试验的顺利开展，实现一套试验夹具同时满足不同应力比载荷的疲劳试验技术研究，并提升最终试验结果的准确性。

附图说明

图1为本申请的一些实施例提供的CT试件的结构示意图；

图2为本申请的一些实施例提供的夹具的结构示意图；

图3为图2中示出的夹具的爆炸视图；

图4为将图2示出的夹具装夹CT试件时的结构示意图；

图5为将图2示出的夹具装夹CT试件时的主视图；

图6为将图2示出的夹具装夹CT试件时的侧视图。

图标：10-夹具，11-连接部，12-夹具体，121-夹持槽，122-螺纹孔，123-第一轴孔，13-塞铁，131-抵接部，132-抵接孔，14-螺栓，15-销轴，16-垫圈，17-开口销，20-CT试件，21-装夹部，211-第二轴孔，212-抵接槽，22-裂纹。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

与附图所展示的实施例相比，本申请保护范围内的可行实施方案可以具有更少的部件、具有附图未展示的其他部件、不同的部件、不同地布置的部件或不同连接的部件等。此外，附图中两个或更多个部件可以在单个部件中实现，或者附图中所示的单个部件可以实现为多个分开的部件。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

总体上，本申请提供了一种应用拉压循环载荷的紧凑CT试件裂纹扩展试验夹具，用于装夹CT试件20，以便于在不具备装夹CT试件20的疲劳试验机(图中未示出)上顺利开展针对CT试件20的裂纹扩展试验。

请参照图1至图6，其中，图1示出了示例性CT试件20的结构示意图，图2示出了示例性夹具10的结构示意图，图3为图2中示出的夹具10的爆炸视图，图4为将图2中示出的夹具10应用于装夹图1示出的CT试件20时的结构示意图，图5为图4的主视图，图6为图4的侧视图。

如图1所示，用于开展裂纹扩展试验的CT试件20包括两个装夹部21，两个装夹部21对称设置，例如，CT试件20可以是一块完整的金属板件，且CT试件20中部预制有用于进行裂纹扩展试验的裂纹22，此时，该裂纹22将完整的金属板件分隔出两个对称的装夹部21。在实际开展裂纹扩展试验时，应采用两个本申请提供的夹具10分别装夹CT试件20的两个装夹部21，并通过将两个夹具10分别连接至疲劳试验机上下两个卡盘上的方式实现CT试件20的装夹固定。

在此基础上，为了实现克服背景技术中所提到的在开展裂纹扩展试验时，加载在CT试件20上的载荷会出现不连续的问题，本申请对夹具10的结构进行了改进。如图2和图3所示，该夹具10包括连接部11、夹具体12、塞铁13、锁紧螺栓14以及销轴15。

其中，连接部11用于在开展裂纹扩展试验时连接至疲劳试验机的卡盘，例如，连接部11可以是柱状件或其他任意形状的构件，只要使得连接部11能够被疲劳试验机的卡盘装夹固定即可，对于连接部11的形状在此不做限定。

夹具体12则用于夹持CT试件20的装夹部21，例如，夹具体12的形状可以是长方体。连接部11连接至夹具体12的一侧，为了便于后续开展裂纹扩展试验时保证CT试件20与两个夹具10之间的对中性，应合理设置连接部11与夹具体12的连接位置，例如，连接部11与夹具体12的连接位置位于夹具体12该侧的正中心。此时，夹具体12背离连接部11的一侧开设有夹持槽121，该夹持槽121沿夹具体12的高度方向朝连接部11所在方向延伸，以便于通过夹持槽121容纳CT试件20对应的装夹部21。

塞铁13则设置于夹持槽121的最内侧，也就是说，塞铁13位于夹持槽121内靠近连接部11的位置，且当CT试件20对应的装夹部21容纳于夹持槽121内时，如图5或图6所示，装夹部21能够与塞铁13相抵，从而实现将塞铁13抵紧于夹持槽121内。

锁紧螺栓14则与连接部11同侧设置，且锁紧螺栓14与夹具体12螺纹连接，例如，可以在夹具体12上开设与夹持槽121连通的螺纹孔122，以使得锁紧螺栓14能够通过螺纹孔122与夹具体12螺纹连接。且当锁紧螺栓14插入至螺纹孔122内时，继续参照图5，锁紧螺栓14的端部伸入至夹持槽121内并与塞铁13朝向连接部11的一侧相抵，此时，塞铁13在CT试件20的装夹部21与锁紧螺栓14的共同作用下被可靠的限制在夹持槽121内，且塞铁13与CT试件20的装夹部21之间相互抵紧。

值得说明的是，通过采用上述结构，在实际开展裂纹扩展试验时，当疲劳试验机加载的载荷为压力时，由于CT试件20的装夹部21与塞铁13之间相互抵紧，因此，疲劳试验机加载的压力能够经塞铁13直接传递至CT试件20。

在本申请中，销轴15则用于连接夹具体12以及容纳于夹持槽121内的装夹部21，且销轴15与CT试件20上预制的裂纹22对位。也就是说，当CT试件20对应的装夹部21伸入至夹持槽121内并与塞铁13相抵后，装夹部21和夹具体12能够通过销轴15连接起来，且此时销轴15的位置与CT试件20上预制的裂纹22对位，以便于在开展裂纹扩展试验时，疲劳试验机加载的拉力能够经销轴15传递至CT试件20上，且拉力刚好作用于CT试件20上预制的裂纹22附近。

为了实现利用销轴15连接装夹部21和夹具体12，结合图1和图3所示的内容，例如，夹具体12的侧壁开设有贯穿夹具体12的第一轴孔123，且第一轴孔123的轴线垂直于连接部11的轴线，对应的，CT试件20的装夹部21开设有与夹具体12上的第一轴孔123适配的第二轴孔211，该第二轴孔211与CT试件20上预制的裂纹22对位，当装夹部21伸入至夹持槽121内时，第一轴孔123和第二轴孔211对位，此时即可将销轴15分别穿过第一轴孔123和第二轴孔211以实现将装夹部21与夹具体12连接起来，此时，销轴15与CT试件20上预制的裂纹22对位。

可以理解的是，当销轴15安装到位后，销轴15的轴线与连接部11的轴线垂直，且销轴15的轴线与连接部11的轴线相交，也就是说，从主视方向看，如图5所示，销轴15的轴心位于连接部11的轴线上，从而确保疲劳试验机加载的载荷能够更加准确的传递至CT试件20上预制的裂纹22附近。

在此基础上，在本申请的一些实施例中，为了实现在开展裂纹扩展试验时，疲劳试验机加载的载荷仅作用于CT试件20上预制的裂纹22附近，从而更好的开展裂纹扩展试验。结合图1和图3所示的内容，塞铁13朝向装夹部21的一侧设有抵接部131，此时，装夹部21朝向塞铁13的一侧设有与抵接部131适配的抵接槽212，且当CT试件20对应的装夹部21容纳于夹持槽121内时，如图5所示，塞铁13上的抵接部131刚好抵接于装夹部21的抵接槽212内，此时，抵接槽212与CT试件20上预制的裂纹22对位。

更进一步的，在本申请的一些实施例中，还可以进一步的将装夹部21上的抵接槽212设置为弧形结构，例如，抵接槽212可以是半圆形结构的槽，此时，抵接部131可以是形成于塞铁13上且与抵接槽212适配的半圆形凸出结构。同时，抵接槽212的轴线与销轴15的轴线平行，且抵接槽212的轴线与销轴15的轴线位于同一平面内，销轴15则与CT试件20上预制的裂纹22对位。如此，无论疲劳试验机加载的载荷是拉力还是压力，相应的载荷均能够顺利的加载至CT试件20上预制的裂纹22附近，且采用弧形结构的抵接槽212能够有效增大抵接部131与抵接槽212之间的接触面积，从而使得疲劳试验机加载的压力能够更好的加载至CT试件20。

与此同时，在本申请的一些实施例中，结合图3和图5所示的内容，还可以在塞铁13朝向锁紧螺栓14的一侧开设抵接孔132，当锁紧螺栓14的端部伸入至夹持槽121内时，锁紧螺栓14的端部能够抵接于抵接孔132内，以防止在进行裂纹扩展试验时塞铁13出现滑移的情况，从而进一步的确保裂纹扩展试验能够顺利进行。

此外，为了使得经塞铁13传递至CT试件20上的压力更加均匀，在本申请的一些实施例中，锁紧螺栓14还可以设置为多个，例如，锁紧螺栓14的数量可以是两个，此时，两个锁紧螺栓14沿塞铁13的长度方向对称设置于连接部11的两侧，且塞铁13上的抵接孔132与锁紧螺栓14一一对应。

为了提升销轴15将CT试件20的装夹部21与夹具体12连接起来后CT试件20的稳定性，并防止CT试件20的装夹部21直接与夹具体12接触造成夹具体12摩擦损伤。在本申请的一些实施例中，继续参照图2和图3，本申请提供的夹具10还可以包括两个垫圈16，两个垫圈16对称设置于夹持槽121相对的两侧壁，且销轴15分别穿过两个垫圈16。

同时，为了避免在进行裂纹扩展试验时销轴15松动并滑出，在本申请的一些实施例中，销轴15上还设有用于锁定销轴15位置的开口销17。具体来说，如图6所示，当销轴15将夹具体12、装夹部21以及两个垫圈16连接起来后，可以将开口销17插入至销轴15上以对销轴15的位置进行锁定。

为了更加清楚直观的理解本申请所提供的夹具10，下面将结合实际的裂纹扩展试验过程对夹具10的使用方法作进一步的阐述。

在开始裂纹扩展试验前，应先完成CT试件20的装夹固定。

首先，安装与CT试件20下方的装夹部21对应的夹具10。具体来说，先将该夹具10的连接部11连接至疲劳试验机下方的卡盘上，随后将该夹具10的塞铁13以及两个垫圈16安装至夹具体12的夹持槽121内，完成这一操作后，让CT试件20下方的装夹部21伸入至该夹具10的夹持槽121内并使得装夹部21的抵接槽212与塞铁13的抵接部131相抵，随后即可通过销轴15将装夹部21、夹具体12以及两个垫圈16连接起来，最后拧紧该夹具10的两个锁紧螺栓14以进一步抵紧塞铁13。

其次，安装与CT试件20上方的装夹部21对应的夹具10。具体来说，将该夹具10的连接部11装夹至疲劳试验机上方的卡盘上，随后将该夹具10的塞铁13放置在CT试件20上方的装夹部21上，且塞铁13的抵接部131嵌入至装夹部21的抵接槽212内，完成这一操作后，下降疲劳试验机上方的卡盘，以使得CT试件20上方的装夹部21伸入至该夹具10的夹持槽121内，直至塞铁13背离装夹部21的一侧与夹持槽121的最内侧相抵，随后将夹具10的两个垫圈16安装至夹持槽121内，并通过销轴15将装夹部21、夹具体12以及两个垫圈16连接起来，最后拧紧该夹具10的两个锁紧螺栓14以进一步抵紧塞铁13。

至此，也就完成了CT试件20的装夹固定，此时，CT试件20与两个夹具10之间的结构如图4至图6所示，随后即可开展相应的裂纹扩展试验。

在裂纹扩展试验过程中，对于单个夹具10而言，当疲劳试验机加载的载荷为拉力时，销轴15承担拉力，也就是说，疲劳试验机加载的拉力将经过连接部11、夹具体12以及销轴15传递至CT试件20；反之，当疲劳试验机加载的载荷转变为压力时，由于CT试件20的装夹部21与塞铁13相互抵紧，因此疲劳试验机加载的压力将经连接部11、夹具体12和塞铁13的抵接部131直接传递至CT试件20，而无需经过销轴15，进而也就实现了无论疲劳试验机加载的载荷是否转变，均有相应的载荷加载至CT试件20。

由此可见，本申请通过增设位于夹具体12内部的塞铁13以及用于抵紧塞铁的锁紧螺栓14，在实际试验过程中，疲劳试验机加载的拉力和压力能够以不同的方式传递至CT试件20中部，在此基础上，即使疲劳试验机加载的载荷由拉力转变为压力或由压力转变为拉力，均有连续真实波形的载荷加载至CT试件20，从而保证加载至CT试件20上的载荷的连续性，避免出现在负应力比加载条件下，载荷过渡为0时刻出现的载荷迟滞，进而有利于裂纹扩展试验的顺利开展，实现一套试验夹具同时满足不同应力比载荷的疲劳试验技术研究，并提升最终试验结果的准确性。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种应用拉压循环载荷的紧凑CT试件裂纹扩展试验夹具，用于装夹CT试件，所述CT试件具有装夹部且预制有裂纹，其特征在于，所述夹具包括：

连接部；

夹具体，所述连接部连接至所述夹具体的一侧，所述夹具体背离所述连接部的一侧开设有夹持槽，所述夹持槽用于容纳所述装夹部；

塞铁，设于所述夹持槽的最内侧；容纳于所述夹持槽内的所述装夹部与所述塞铁相抵；

锁紧螺栓，与所述连接部同侧设置且与所述夹具体螺纹连接；所述锁紧螺栓的端部伸入至所述夹持槽内并与所述塞铁相抵；

销轴，用于连接所述夹具体以及容纳于所述夹持槽内的所述装夹部，且与所述裂纹对位。

2.根据权利要求1所述的应用拉压循环载荷的紧凑CT试件裂纹扩展试验夹具，其特征在于，所述塞铁朝向所述装夹部的一侧设有抵接部，所述装夹部朝向所述塞铁的一侧设有与所述抵接部适配的抵接槽，所述抵接部抵接于所述抵接槽内，且所述抵接槽与所述裂纹对位。

3.根据权利要求2所述的应用拉压循环载荷的紧凑CT试件裂纹扩展试验夹具，其特征在于，所述抵接槽呈弧形结构，所述抵接槽的轴线与所述销轴的轴线平行且位于同一平面内。

4.根据权利要求1所述的应用拉压循环载荷的紧凑CT试件裂纹扩展试验夹具，其特征在于，所述塞铁朝向所述锁紧螺栓的一侧开设有抵接孔，所述锁紧螺栓的端部抵接于所述抵接孔内。

5.根据权利要求4所述的应用拉压循环载荷的紧凑CT试件裂纹扩展试验夹具，其特征在于，所述锁紧螺栓的数量为两个，两个所述锁紧螺栓对称设置于所述连接部的两侧，所述抵接孔与所述锁紧螺栓一一对应。

6.根据权利要求1所述的应用拉压循环载荷的紧凑CT试件裂纹扩展试验夹具，其特征在于，所述夹具还包括：

两个垫圈，对称设置于所述夹持槽相对的两侧壁；所述销轴分别穿过所述两个垫圈。

7.根据权利要求1所述的应用拉压循环载荷的紧凑CT试件裂纹扩展试验夹具，其特征在于，所述销轴的轴线与所述连接部的轴线垂直并相交。

8.根据权利要求1所述的应用拉压循环载荷的紧凑CT试件裂纹扩展试验夹具，其特征在于，所述销轴上设有开口销。