CN205003033U - 一种抑制弯扭变形的材料加速贮存试验工装 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于加速贮存试验技术领域，具体涉及一种抑制弯扭变形的材料加速贮存试验工装。技术方案：试样位于现有压缩永久变形工装的上压板和下压板之间，上、下压板通过螺栓连接在一起；现有工装位于在固定支架的底面上；压板盖在现有工装上，压板的外沿与固定支架的底面贴合；压条穿过固定支架上凹槽，使压条搁置在压板外沿上表面；将限位工装卡在固定支架外侧，使得固定支架的两个侧面分别与限位工装的底面贴合，压条穿过限位工装的通槽。有益效果：通过本工装与现有工装配合使用，能够极大程度上抑制单独使用现有工装时的上、下压板发生非螺杆轴向位移而使得试件发生弯扭变形的技术问题，保证试样沿轴向被均匀压缩，提高试验精度和质量。

Description

一种抑制弯扭变形的材料加速贮存试验工装

技术领域

本实用新型属于加速贮存试验技术领域，具体涉及一种抑制弯扭变形的材料加速贮存试验工装。

背景技术

加速贮存试验是一种通过适当提高试验应力水平，记录产品在加速应力水平下的性能退化或失效数据，在一定假设条件下对试验数据进行建模分析，外推评估出正常应力水平下的贮存寿命的试验方法。与自然贮存相比，其具有耗时短、费用少、预测能力强等优势，更能满足由于可靠性水平较高、研制周期较短、试验经费有限、贮存寿命需要快速评估等新需求，受到越来越广泛的研究和应用。

材料压缩永久变形试验是一种针对材料所开展的加速贮存试验，其主要原理是将材料试样压缩到规定高度下，经过一定的温度和时间，或者经过介质浸泡后，测定材料试样压缩永久变形率。通过压缩永久变形率与加速试验时间及加速应力的对应关系来预计材料的贮存性能。橡胶类材料关于压缩永久变形试验已经形成了标准规范(GJB92-1986热空气老化法测定硫化橡胶贮存性能导则)，压缩永久变形试验的工装设计也有相关文件可供参考(GB1683-81硫化橡胶恒定形变压缩永久变形的测定方法)。

但由于加速贮存试验评估出的贮存期是经过快速热老化试验估算而得到的，一天的加速贮存试验往往等效常温的十几天甚至几十天的贮存试验，试验误差在后续的数据处理中会被放大很多倍，导致预测结果与实际贮存寿命的相差较大。为了使得到的试验数据更加可靠，获得的贮存寿命更接近真实寿命，在试验中更要注意对试验细节的把握。现有的试验工装(参考GB1683-81设计)如图1所示，由4个螺栓，上、下两块压板、4个限位垫圈组成。其工作原理是，将材料试样放置于两块压板中间，通过两块压板对材料试样施加轴向压力，选择合适的限位垫圈，使其材料试样达到规定的压缩变形量。而现在常用的压缩永久变形试验工装(参考GB1683-81设计)，在使用过程中由于工装结构简单，精度不高，常常无法仅对试件施加规定的轴向压力使其产生压缩变形，在压紧过程中由于工装上、下压板之间的非轴向相对位移常导致试件发生弯曲变形或扭转变形，导致试验精度下降，并影响到后期对材料贮存寿命的外推分析，对试验结果影响较大。因此，需要提供一种新的高精度的抑制弯扭变形的材料加速贮存试验工装。

发明内容

本实用新型的目的在于现有工装试验过程中导致的试验误差大、试验精度低、利用试验数据进行外推评估得到的贮存寿命可信度差的问题的技术问题，提供一种抑制弯扭变形的材料加速贮存试验工装。

实现本实用新型目的的技术方案：

一种抑制弯扭变形的材料加速贮存试验工装，包括固定支架、压板、两根压条、两个限位工装和压缩永久变形试验工装；

固定支架包括一个底面和两个侧面，形成“U型”结构，底面上开有两个平行的长条形槽，每个侧面上开有两个“┙”型凹槽，两个侧面上的凹槽位置相对应；压块为两边带有外沿的“П”型板状结构，包括中间凸起部分和两个外沿；压条为柱体结构，压条的长度大于固定支架的底面宽度，压条安装在固定支架的相对应的两个侧面的凹槽内；限位工装为“U型”结构，底面上开有一个长条形通槽；压缩永久变形试验工装包括上压板、下压板、螺栓和限位垫圈；上压板位于下压板上方，通过四个螺栓连接在一起，限位垫圈安装在螺栓上，位于上压板和下压板之间；待测试材料试样位于压缩永久变形试验工装的上压板和下压板之间，上压板和下压板通过螺栓连接在一起；压缩永久变形试验工装位于在固定支架的底面上；压板盖在压缩永久变形试验工装上，压板的外沿与固定支架的底面贴合；两根压条穿过固定支架上相对应的凹槽，使压条搁置在压板外沿的上表面；将两个限位工装卡在在固定支架外侧，使得固定支架的两个侧面分别与两个限位工装的底面贴合，压条穿过限位工装的长条形通槽。

所述压缩永久变形试验工装中螺栓的螺栓帽的厚度，长条形槽的宽度略大于螺栓帽的宽度，起到限位固定的作用。

所述压块的总长度与固定支架的底面长度一致。

本实用新型的效果在于：

通过本实用新型所设计的辅助工装与图1所示的工装配合使用，能够极大程度上抑制单独使用图1工装试验安装过程中，四个螺栓螺母拧紧过程中所导致的上、下压板发生非螺杆轴向位移而使得试件发生弯扭变形的技术问题，保证试样沿轴向被均匀压缩，提高试验精度和质量。

附图说明

图1为现有工装的整体结构示意图；

图2为本实用新型的固定支架结构示意图；

图3为本实用新型的压板结构示意图；

图4为本实用新型的压条结构示意图；

图5为本实用新型的限位工装结构示意图；

图6为抗弯扭压缩永久变形试验工装与的固定支架安装示意图；

图7为抗弯扭压缩永久变形试验工装与压板安装示意图；

图8为抗弯扭压缩永久变形试验工装与压条安装示意图；

图9为抗弯扭压缩永久变形试验工装与限位工装安装示意图；

图10为压缩永久变形率与测试时间拟合曲线

图中，1-固定支架，1-1底面，1-2侧面，1-3长条形槽，1-4凹槽，2-压板，3-压条，4-限位工装，5-上压板，6-下压板，7-螺栓。

具体实施方式

下面以为例，结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

压缩永久变形试验的试验步骤及原理如下：

1)试验前，测量试样压缩前高度h₀(初始状态)，然后把试样和限制器放于夹具中，均匀地压缩到规定的高度h₁(限位垫圈高度)。

2)将产品进行高温老化试验，达到规定时间后，从试验箱中取出，在室温下冷却，然后打开夹具，取出试样，在自由状态下停放24小时，测量试样压缩后的恢复高度h₂(会随着时间和应力的不同发生变化，介于h₀和h₁之间)。

3)压缩永久变形率ε计算公式如下：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{h_0-h_2}{h_0-h_1}\×100$

式中：h₀为压缩前试样高度，mm；

h₁为限制器高度，mm；

h₂为压缩后试样高度，mm。

按照以上试验步骤可以得到材料试样在各加速温度应力量级下，各测试时间点的压缩永久变形率，当置信度为某一值时，能够拟合外推得到在平均贮存温度为某一温度时的拟合方程其中，A、B和n均为常数，可通过拟合可以计算得到。再根据材料压缩永久变形率所选取的失效阀值，就能够评估出该材料在该置信度和该温度下的贮存寿命。

通过上述试验步骤和原理能够看出，相同的试样在相同温度应力下进行同样试验时间和测试间隔的试验，由于试验精度不同导致所得的压缩永久变形率ε不同，对于试样贮存寿命的评估影响非常大。如何能够更精确的测试出h₂是试验开展过程中的重点工作，除了严格遵循试验流程，统一规范试验试件的解压时间、静置时间、测试环境、测试时间等细节外，如何更有效的对试件施加规定的试验应力才是提高试验精度的核心所在。基于此，本实施例提供了一套辅助限位工装，来实现提高压缩永久变形试验精度的目的。

本实施例的抑制弯扭变形的材料加速贮存试验工装如图2所示，包括固定支架1、压板2、两根压条3、两个限位工装4和抗弯扭压缩永久变形试验工装。

固定支架1的形状如图2所示，包括一个底面1-1和两个侧面1-2，形成“U型”结构，底面上开有两个平行的长条形槽1-3，每个侧面上开有两个“┙”型凹槽1-4，两个侧面1-2上的凹槽1-4位置相对应；长条形槽1-3的深度略小于抗弯扭压缩永久变形试验工装中螺栓7的螺栓帽的厚度，长条形槽1-3的宽度略大于螺栓帽的宽度，起到限位固定的作用。

压块2的形状如图3所示，为两边带有外沿的“П”型板状结构，包括中间凸起部分和两个外沿，压块2的总长度与固定支架1的底面长度一致。

压条3的形状如图4所示，为柱体结构，压条3的长度大于固定支架1的底面宽度，压条3在使用时安装在固定支架1的相对应的两个侧面凹槽内。

限位工装的形状如图5所示，为“U型”结构，底面上开有一个长条形通槽。

抗弯扭压缩永久变形试验工装的形状如图1所示，包括上压板5、下压板6、螺栓7和限位垫圈。上压板5和下压板6的形状和尺寸一致，上压板5位于下压板6上方，两者通过四个螺栓7连接在一起，限位垫圈安装在螺栓7上，位于上压板5和下压板6之间。

在使用时，将待测试材料试样放置于抗弯扭压缩永久变形试验工装的上压板5和下压板6之间，通过螺栓7将上压板5和下压板6连接在一起；如图6所示，将抗弯扭压缩永久变形试验工装放置在固定支架1的底面1-1上，垂直于长条形槽1-3；如图7所示，压板2盖在抗弯扭压缩永久变形试验工装上，压板2的外沿与固定支架1的底面1-1贴合；如图8所示，两根压条3穿过固定支架1上相应的凹槽1-4，使压条3搁置在压板2外沿的上表面；如图9所示，将两个限位工装4卡在在固定支架1外侧，使得固定支架1的两个侧面1-2分别与两个限位工装4的底面贴合，压条3穿过限位工装4的长条形通槽。

本实用新型的抑制弯扭变形的材料加速贮存试验工装使用方法如下：

步骤1.取出抗弯扭压缩永久变形试验工装底板并置于宽阔的水平桌面上；

步骤2.将螺栓7依次摆装在固定支架1的长条形槽1-3中；

步骤3.将图1所示的压缩永久变形工装依次组装到上压板5、下压板6与螺栓7上，先将下压板6套装到四个螺钉7上，然后在螺栓7上套装上限位垫圈装置，将试件摆放在下压板6上合适的位置，再盖上上压板5，形成如图6所示连接结构；

步骤4.盖上图3所示的压板2，形成如图7所示的连接结构；

步骤5.通过手在压条3上均匀施加向下的压力，使试件达到压缩变形量，沿固定支架1的凹槽1-4的轨迹划入两个如图5所示的柱形压条3，形成如图8所示的连接结构；

步骤6.最后通过图4所示的两侧的限位工装4固定住两根圆形压条3以及整个工装，形成图9所示连接结构；

步骤7.将整个机构连接成如图9所示连接结构后，通过力矩扳手安装螺栓7，使得四个螺栓7均匀施加压力并锁紧。然后依次拆除压条3、限位工装4和压板2，将压缩永久变形工装取出，进行试验。

通过本实用新型所设计的辅助工装与图1所示的工装配合使用，能够极大程度上抑制单独使用图1工装试验安装过程中，四个螺栓螺母拧紧过程中所导致的上、下压板发生非螺杆轴向位移而使得试件发生弯扭变形的技术问题，保证试样沿轴向被均匀压缩，提高试验精度和质量。

为了验证本实用新型的有效性，以某型橡胶材料试样——Φ10mm×10mm圆柱体试件为试验对象，对其开展压缩永久变形试验，并评估其贮存寿命。

在试验开始初期，先对单独使用图1所示工装和采用本实用新型后的试验工装的试验效果进行对比摸底试验，摸底试验开展时随机挑选16个橡胶柱试件均分成2组进行试验，两组试验中橡胶柱试样均测量3次取平均值后单独计算压缩永久变形率ε，所得结果如下所示：

不使用辅助限位工装6个橡胶柱试件试验时所得测试结果如下所示：

使用辅助限位工装6个橡胶柱试件试验时所得测试结果如下所示：

通过计算每一个测试结果与平均值做差后除以平均值来计算测试结果的波动度情况如下表所示：

不使用辅助限位工装6个橡胶柱试件测试结果的偏差情况：

使用辅助限位工装6个橡胶柱试件测试结果的偏差情况：

比较测试结果可以发现，两组测试结果一致性方面吻合较好，但是使用辅助限位工装后，测试结果的均匀性上有了很大的改善，将各组相同应力等级相同测试时间所得的6个压缩永久变形率ε取平均值经过对数变换后，与测试时间一起拟合成如下图所示的曲线，如图10所示，其中带三角的曲线为使用辅助限位工装测试结果，R2＝0.974，带方框的曲线为未使用辅助限位工装测试结果，R2＝0.966。

从摸底试验可以看出，测试结果整体趋势比较吻合，说明两种工装及试验方法是可行的。但是，使用限位工装后，测试结果的均匀性及曲线的拟合精度均有提高，便于后续贮存寿命曲线拟合分析，提高试验精度和质量。

本例中加速贮存试验后续采用使用辅助限位工装的方式完成，评估得到产品寿命与实际使用情况吻合较好。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种抑制弯扭变形的材料加速贮存试验工装，其特征在于：包括固定支架(1)、压板(2)、两根压条(3)、两个限位工装(4)和抗弯扭压缩永久变形试验工装；

固定支架(1)包括一个底面(1-1)和两个侧面(1-2)，形成“U型”结构，底面(1-1)上开有两个平行的长条形槽(1-3)，每个侧面(1-2)上开有两个“┙”型凹槽(1-4)，两个侧面(1-2)上的凹槽(1-4)位置相对应；

压块(2)为两边带有外沿的倒置的“U型”板状结构，包括中间凸起部分和两个外沿；

压条(3)为柱体结构，压条(3)的长度大于固定支架(1)的底面(1-1)宽度，压条(3)安装在固定支架(1)的相对应的两个侧面(1-2)的凹槽(1-4)内；

限位工装(4)为“U型”结构，底面上开有一个长条形通槽；

抗弯扭压缩永久变形试验工装包括上压板(5)、下压板(6)、螺栓(7)和限位垫圈；上压板(5)位于下压板(6)上方，通过四个螺栓(7)连接在一起，限位垫圈安装在螺栓(7)上，位于上压板(5)和下压板(6)之间；

待测试材料试样位于抗弯扭压缩永久变形试验工装的上压板(5)和下压板(6)之间，上压板(5)和下压板(6)通过螺栓(7)连接在一起；抗弯扭压缩永久变形试验工装位于在固定支架(1)的底面(1-1)上；压板(2)盖在抗弯扭压缩永久变形试验工装上，压板(2)的外沿与固定支架(1)的底面(1-1)贴合；两根压条(3)穿过固定支架(1)上相对应的凹槽(1-4)，使压条(3)搁置在压板(2)外沿的上表面；将两个限位工装(4)卡在在固定支架(1)外侧，使得固定支架(1)的两个侧面(1-2)分别与两个限位工装(4)的底面贴合，压条(3)穿过限位工装(4)的长条形通槽。

2.如权利要求1所述的一种抑制弯扭变形的材料加速贮存试验工装，其特征在于：所述抗弯扭压缩永久变形试验工装中螺栓(7)的螺栓帽的厚度，长条形槽(1-3)的宽度略大于螺栓帽的宽度，起到限位固定的作用。

3.如权利要求1所述的一种抑制弯扭变形的材料加速贮存试验工装，其特征在于：所述压块(2)的总长度与固定支架(1)的底面长度一致。