CN202994576U

CN202994576U - 一种剪切加载夹具

Info

Publication number: CN202994576U
Application number: CN 201220676650
Authority: CN
Inventors: 刘秀丽; 李珊山; 董登科; 弓云昭
Original assignee: AVIC Aircraft Strength Research Institute
Current assignee: AVIC Aircraft Strength Research Institute
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2022-12-10

Abstract

一种剪切加载夹具,属于静强度测试领域，通过加载夹板，加载连接螺栓，垫板，试验机完成，其原理是通过对试验件两侧长方形板施加一对方向相反的平行拉伸载荷达到对试件中心焊缝施加剪切载荷的目的，该加载夹具仅由4个相同尺寸的加载夹板、多个加载连接螺栓、垫板对称或反对称装配组成，是通过试验机直接加载，所以只要保证加载夹板、连接螺栓的强度、刚度；螺栓在焊缝两边对称、均匀分布，施加载荷的准确度就可保证。本实用新型所设计的简单加载夹具，直接在试验机上加载就可方便、准确的测出金属板材对接焊缝的剪切强度，发明的简单测试夹具解决了金属板材对接焊缝剪切强度测试的难题。

Description

一种剪切加载夹具

技术领域

本发明一种剪切加载夹具属于静强度测试领域。

背景技术

现代航空结构的发展，力求寻找一种安全、快捷、性能优异的金属板材连接方式以替代传统的铆接、螺接方式，用以改善连接部位的综合性能。近年来随着焊接技术的不断发展，激光、搅拌摩擦焊接件的性能在不断改善，但是无论哪种焊接对接焊缝的剪切性能均无简单、可行的方法进行测量，没有标准的试验方法，急需研究一种简单、易行的金属板材对接焊缝剪切强度的测试方法。金属板材对接焊缝剪切强度测试试验就是针对航空结构或船舶工业飞机或轮船的蒙皮常常需要用焊接对接的方式连接，对焊缝需要做剪切强度试验。本方法研究的简单测试装置解决了这一难题，并用应变测量结果做了验证，满足性能测试的要求。

一般来说飞机结构大多采用铆接连接，目前国内外均没有金属板材对接焊缝剪切强度标准试验方法，国内现有的标准（GB/T7124-2008）有“胶粘剂拉伸剪切强度的测定”，加载试件夹具见图1，此方法针对搭接结构形式，可以进行搭接点焊结构剪切强度测试，无法进行板材对接焊缝剪切强度测试。HB6736-93曾给出“金属板材剪切试验方法”，该方法优点是不需要特殊夹具，缺点是使用受限；仅仅针对金属板材小试验件，剪切面积很小（3mm²），试验件加工要求严格，见图2；对薄试验件容易产生翘曲，翘曲就会严重影响试验结果，且存在试验件加载过程的转动问题，因此，该方法不适合金属板材对接焊缝剪切强度测试（焊接金属板材厚度不同、焊缝表面不大平整、测量焊缝的剪切强度焊缝需要有一定长度），本试验加载方法解决了这一难题，不但可以实现金属板材对接焊缝的剪切强度测试也可进行不同厚度金属板材本身的剪切强度测试，且夹具简单、测试精度满足要求是前所未有的。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单、易行的、准确测试金属板材对接焊缝剪切强度的方法。

本发明的技术方案：一种剪切加载夹具，该夹具用于带焊缝试验件4，带焊缝试验件4是由两个长度均为L1，宽度均为L2的长方形金属板材7焊接而成，两个长方形金属板材7以焊缝6为对称轴进行焊接，形成对称或反对称结构，该夹具包括加载夹板2、加载连接螺栓3、垫片5，加载夹板2是由矩形钢板一8，矩形钢板二9组成的L型的钢板，矩形钢板二9与长方形金属板材7的形状相同，矩形钢板一8的长边与矩形钢板二9的短边相连，且矩形钢板二9的一条长边与矩形钢板一8的一条短边在一条直线上，矩形钢板一8的长边为L3，其中L2+50mm≤L3≤2*L2，矩形钢板一8的宽边为L4，其中60mm≤L4≤80mm；将两个加载夹板2重合放置作为一组，把带焊缝试验件4夹在两组加载夹板2中间，对两组加载夹板2与带焊缝试验件4进行配钻并用加载连接螺栓3固定连接；垫片5为矩形金属板材，其长度、宽度分别与矩形钢板一8的长度、宽度相同，垫片5的厚度与带焊缝试验件4的厚度相同，将两个垫片5分别夹在两组加载夹板2中间，位置与矩形钢板一8重合。

本发明的有益效果：由于该加载夹具仅仅是由几个相同尺寸的加载夹板2、加载连接螺栓3对称或反对称装置组成，通过对带焊缝试验件4两边施加平行反向拉伸载荷而实现对带焊缝试验件4中心焊缝6施加剪切载荷，仅仅是通过试验机直接加载，所以只要保证加载夹板2、加载连接螺栓3的强度、刚度；保证加载连接螺栓3靠近焊缝6两边对称、均匀分布，施加载荷的准确度就可保证。

附图说明

图1是一种胶粘剂拉伸剪切强度试验方法示意图，

图2是一种金属板材剪切强度试验方法示意图，

图3是本发明一种剪切加载夹具示意图，

图4是本发明试验件示意图，

图5是本发明加载夹板示意图，

图6本发明试验件具体实施尺寸图，

图7本发明加载夹板具体实施尺寸图，

图8本发明一种剪切加载夹具具体实施示意图。

其中：1试验机夹持夹块；2加载夹板；3加载连接螺栓；4试验件；5垫板；6焊缝；7长方形金属板材7；8矩形钢板一；9矩形钢板二。

具体实施方式

发明原理：通过对带焊缝试验件4两侧边施加一对方向相反的平行拉伸载荷（一对反方向力）达到对带焊缝试验件4中心焊缝6施加剪切载荷的作用，也就是通过试验机夹持夹块1直接夹住两对加载夹板2，加载夹板2通过加载连接螺栓3与带焊缝试验件4连接，通过给带焊缝试验件4两边施加均匀平行反向拉伸载荷达到给带焊缝试验件4中间焊缝6施加剪切载荷的目的，最终通过带焊缝试验件4被剪切破坏的载荷计算出焊缝6剪切破坏强度。

已用图3、5所示夹具及图4形式带焊缝试验件4进行试验验证，试验前首先将加载夹板2，带焊缝试验件4用加载连接螺栓3连接在一起，带焊缝试验件4及垫板5夹在两加载夹板2中间，垫板5位于带焊缝试验件4两端头与矩形钢板一8重合。带焊缝试验件4的调试件焊缝6两侧粘贴应变片，试验时如图3所示对加载夹板2两边施加拉伸载荷，逐级加载直至带焊缝试验件4中间焊缝6出现破坏，逐级记录应变测量结果并记录破坏载荷。试验中用应变测量做了验证（以剪应变为主，另外两个方向应变占比例很小，在5%之内），验证测量结果见表1,同时也用测量剪应变值推算出剪切强度值与带焊缝试验件4所加实际载荷值实测出剪切强度做了比较（见表2），结果基本吻合，与材料实际剪切强度值（拉伸强度折算）一致，说明该种加载方法完全正确。

表1试验中调试件的应变测量结果

注：表中ε(xy)代表剪应变；ε(x)代表零度方向应变；ε(y)代表90度方向应变，其比值是弹性阶段最大应变比值。数值代表部位，（a）、(b)代表试验件正、反面。

表2应变推出剪切强度与实测值对比

下面结合图3对本发明进行详细描述：

一种剪切加载夹具，该夹具用于带焊缝试验件4，带焊缝试验件4是由两个长度均为L1，宽度均为L2的长方形金属板材7焊接而成，两个长方形金属板材7以焊缝6为对称轴进行焊接，形成对称或反对称结构，该夹具包括加载夹板2，加载连接螺栓3，加载夹板2是由矩形钢板一8，矩形钢板二9组成的L型的钢板，矩形钢板二9与长方形金属板材7的形状相同，矩形钢板一8的长边与矩形钢板二9的短边相连，且矩形钢板二9的一条长边与矩形钢板一8的一条短边在一条直线上，矩形钢板一8的长边为L3，矩形钢板一8的宽边为L4，两个加载夹板2作为一组，将两组加载夹板2分别重合放置，并用两组加载夹板2将带焊缝试验件4夹在中间，对两组加载夹板2与带焊缝试验件4进行配钻后；通过加载连接螺栓3连接，垫片5与矩形钢板一8重合；将组装好的两组加载夹板2的矩形钢板一8的部分直接夹在试验机两夹块1中间，试验机夹块1中心轴线与带焊缝试验件4的对称轴重合，对组装好的两组加载夹板2施加平行于带焊缝试验件4对称轴的拉伸载荷，即可实现对焊缝6施加剪切载荷。

如图3所示，1）加载夹板2与试验机夹持夹块1相连，试验机加对中拉伸载荷；2）两组反对称加载夹板2通过加载连接螺栓3与带焊缝试验件4相连，将拉伸载荷P传递到带焊缝试验件4上；3）两边平行的加载夹板2对加载连接螺栓3加剪切载荷及对加载夹板2孔边的挤压载荷，形成带焊缝试验件4两边反向、平行拉伸载荷；4）带焊缝试验件4两侧边反向、平行载荷对中间焊缝6形成剪切载荷。这样试验机给加载夹板2上加的拉伸载荷经过加载连接螺栓3传递到带焊缝试验件4上，形成带焊缝试验件4两边反向、平行拉伸载荷也就形成对带焊缝试验件4中心焊缝6的剪切载荷,通过带焊缝试验件4被剪切破坏的载荷可计算出焊缝6剪切破坏强度。

具体实施例一：

带焊缝试验件4相对于焊缝6为反对称结构，长方形金属板材7中L1=145mm，L2=73mm，为了减少焊缝6与长方形金属板材连接两端头处的应力集中，并在此处加工了两半径为3mm的圆角，带焊缝试验件4厚1.8mm，加载夹板2为L型钢板，矩形钢板二9的长边为145mm，短边为73mm，矩形钢板一8的长边L3为125mm，宽边L4为30mm，加载夹板2厚4mm，对带焊缝试验件4和加载夹板2进行配钻，加载连接螺栓3直径为5mm，材料为30CrMnSiA,共有24个，垫板5长为125mm，宽为30mm，厚度为1.8mm。

Claims

1.一种剪切加载夹具，该夹具用于带焊缝试验件[4]，带焊缝试验件[4]是由两个长度均为L1，宽度均为L2的长方形金属板材[7]焊接而成，两个长方形金属板材[7]以焊缝[6]为对称轴进行焊接，形成对称或反对称结构，其特征在于，该夹具包括加载夹板[2]、加载连接螺栓[3]、垫片[5]，加载夹板[2]是由矩形钢板一[8]，矩形钢板二[9]组成的L型的钢板，矩形钢板二[9]与长方形板材[7]的形状相同，矩形钢板一[8]的长边与矩形钢板二[9]的短边相连，并使得矩形钢板二[9]的一条长边与矩形钢板一[8]的一条短边在一条直线上，矩形钢板一[8]的长边为L3，其中L2+50mm≤L3≤2*L2，矩形钢板一[8]的宽边为L4，其中60mm≤L4≤80mm；将两个加载夹板[2]重合放置作为一组，把带焊缝试验件[4]夹在两组加载夹板[2]中间，对两组加载夹板[2]与带焊缝试验件[4]进行配钻并用加载连接螺栓[3]固定连接；垫片[5]为矩形金属板材，其长度、宽度分别与矩形钢板一[8]的长度、宽度相同，垫片[5]的厚度与带焊缝试验件[4]的厚度相同，将两个垫片[5]分别夹在两组加载夹板[2]中间，位置与矩形钢板一[8]重合。