CN206177700U - 一种材料轴向疲劳试样延长装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种材料轴向疲劳试样延长装置，属于材料疲劳性能测试技术领域。该装置包括变外径管体和螺杆，其中：所述变外径管体包括粗端和细端，粗端和细端之间用圆弧平滑过渡；所述粗端内部设有柱状腔体，用于容纳样品夹持端；所述细端内部设有柱状腔体，用于装入螺杆；该装置为成对使用。使用时把螺杆拧入装置并露头，再拧入疲劳试样，夹持到疲劳试验机上进行疲劳测试。本实用新型解决了样品长度不足、特别是夹持较短无法在常规试验机上进行测试的难点，通过巧妙设计即可实现应力或应变控制的疲劳实验，装置可以反复使用，成本很低，操作方便，适用于其他不易夹持的拉伸样品，通过形状改变还适用于板材的疲劳样品。
Description
技术领域
本发明涉及材料疲劳性能测试装置技术领域，具体涉及一种材料轴向疲劳试样延长装置。
背景技术
目前，90％服役金属结构件和零部件的失效行为是由于疲劳造成的，特别是一些关键构件，如：涡轮发动机叶片、内燃机燃烧室、飞机起落架、高压容器和核反应堆外壳等，重大安全事故时有发生，因而材料的疲劳性能越来越受到科技工程界关注。对于关键构件，在疲劳测试过程中要求按照国标规定的尺寸从构件本体取样，特别是需要在试样上安装测试装置(例如应变规)或用特殊方式加热(线圈感应加热)等特殊情况，需要样品比较大，而且夹持端比较长。但是对于一些结构复杂的小型构件(例如发动机叶片和内燃机活塞等)取样难度相对较大，不得不保证工作段长度，适当缩短夹持端，一般情况下采用焊接的方式来延长夹持端。但是每个样品两端焊接后还要进行机械加工，效率较低成本较高，特别是对于一些焊接性能较差的材料(钛合金和铝合金等)，焊接难度更大，因此，寻找一种简便易行的延长样品的方法是亟待解决的技术问题。
实用新型内容
为了解决现有技术中试样尺寸不足，特别是夹持端较短难于在常规试验机上进行测试的难题，本发明的目的在于提供一种材料轴向疲劳试样延长装置，该装置通过巧妙设计即可在常规疲劳试验机实现，成本很低，操作方便，尤其是可以反复使用。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种材料轴向疲劳试样延长装置，该装置成对使用，该装置包括变外径管体和螺杆，其中：所述变外径管体包括粗端和细端，粗端和细端之间用圆弧平滑过渡；所述粗端内部设有柱状腔体，用于容纳样品夹持端；所述细端内部设有柱状腔体，用于装入螺杆。
所述变外径管体的细端设有内螺纹，装入的螺杆设有外螺纹，二者相配合实现变外径管体与螺杆的可拆卸连接。螺杆的外螺纹可为连续的，也可以是不连续的。
所述螺杆拧入细端时，螺杆的一端露出变外径管体的细端，以便拧紧时施加一定的压应力。
所述螺杆露出部分大于1mm。
所述样品的两端分别装入一对该装置变外径管体粗端内的腔体中，该装置变外径管体细端装入螺杆并拧紧后，夹持到疲劳试验机上，设置相关参数后进行疲劳测试。
所述变外径管体粗端的外侧表面上设置两个凹槽，两凹槽在其外表面上相对设置，以便于用工具拧紧。
所述凹槽的深度为1-2mm，以便于用工具拧紧。
所述装置的材质根据具体工况可以选择为高强钢、耐热钢或高温合金。
所述装置在高温环境中使用时，可以在装置外表面上缠绕铜管，并通入循环水用于冷却装置。
本实用新型设计原理及使用过程如下：
(1)通过分析疲劳试样的服役环境和最大载荷选择制备装置合适的金属材料，例如高强钢、耐热钢或高温合金；根据最大载荷和疲劳机夹头选择装置的外形为变径结构，并设计合适的内孔尺寸形状，外形和内孔均为两种不同直径的圆形，一端用于夹持，另一端用于安装样品，且变径位置在一个平面上；
(2)通过机加工制作成一对装置，并选择两支对应的螺杆；用手把螺杆拧入装置细端并露出至少1mm，再拧入疲劳试样直到不动；一个扳手固定装置，再用另一扳手把螺杆尽力拧紧，用同样方法把另一装置安装好；如果是高温环境，可以在装置上缠绕铜管，用循环水冷却装置；
(3)把连接好的装置和疲劳样品夹持到疲劳试验机上，设置相关参数进行疲劳测试。如果必要可以用高频试验机在室温试一下疲劳过程中是否松动及其能承受的最大载荷。
本发明的优点和有益效果如下：
本实用新型装置通过一对变径带螺纹内孔和变外径的圆柱和一对螺杆机械紧固实现。把合适的圆棒金属材料通过机加工制备成变径外形和内孔，并选择对应的螺杆；把螺栓杆入装置并露头，再拧入疲劳试样，固定装置用扳手把螺栓尽力拧紧，用同样方法把另一装置安装好；把连接好的装置和疲劳样品夹持到疲劳试验机上，设置相关参数进行疲劳测试。本发明解决了样品长度不足、尤其是夹持较短无法在常规试验机上进行测试的难点，通过巧妙设计即可实现应力或应变控制的疲劳实验，装置可以反复使用，成本很低，操作方便，适用于其他不易夹持的拉伸样品，通过形状改变还适用于板材的疲劳样品。
附图说明
图1为本实用新型装置结构示意图；其中：(a)主视图；(b)侧视图；(c)俯视图。
图2为实施例1中本装置结构及各部分尺寸图；其中：(a)主视图；(b)侧视图。
图中：1-粗端；2-细端；3-螺杆；4-样品；5-凹槽。
具体实施方式
为了进一步理解本实用新型，以下结合实施例对本实用新型进行描述，但实施例仅为对本实用新型的特点做进一步阐述，而不是对本实用新型权利要求的限制。
本实用新型为材料轴向疲劳试样延长装置，该装置成对使用，其结构如图1所示。该装置包括变外径管体和螺杆3，其中：所述变外径管体包括粗端1和细端2，粗端1和细端2之间为圆滑过渡；所述粗端1内部设有柱状腔体，并设置内螺纹，与样品4的端部(夹持端)的外螺纹相配合实现连接；所述细端2内部设有柱状腔体，用于装入螺杆3。
所述变外径管体的细端2设有内螺纹，装入的螺杆3设有外螺纹，二者相配合实现变外径管体与螺杆3的可拆卸连接。螺杆3的外螺纹可为连续的，也可以是不连续的。所述螺杆拧入细端时，螺杆的一端露出变外径管体的细端，露出部分大于1mm。
所述变外径管体粗端的外侧表面上设置两个凹槽5，两凹槽5在其外表面上相对设置，凹槽深度为2mm。
所述样品的两端分别装入一对该装置变外径管体粗端内的腔体中，该装置变外径管体细端装入螺杆并拧紧后，夹持到疲劳试验机上，设置相关参数后进行疲劳测试。
实施例1
采用本实用新型装置，利用热机疲劳实验机，对小直径活塞本体取样进行进行疲劳性能测试。
活塞是内燃中最重要、最典型的燃烧室构件，其性能严重影响整机使用寿命。随着内燃机强化程度不断提高，缸内温度及最高爆压随之升高，活塞承受热-机械载荷作用明显增加，因此研究活塞材料的热机械疲劳性能势在必行。
活塞本体试样热机疲劳具体测试过程举例如下：
(1)活塞构件长期在高温下工作，活塞材料的室温抗拉强度一般低于300MPa，疲劳强度低于80MPa，试样工作段直径为8mm，最大载荷不会超过5KN因此，装备材料选择耐热钢(抗拉强度大于600MPa)；
(2)试样工作段直径为8mm，一般夹持段采用M16×1；疲劳机夹头最大规格为16mm；选择装置的外形和内孔均为两种不同直径的圆形：夹持端外形直径为16mm，内孔M6×1.25，安装试样端夹持端外形直径为20mm，内孔M16×1，外形和内孔尺寸形状且变径位置在一个平面上，具体尺寸如图2所示；
(3)通过机加工把直径为25mm的耐热钢制作成一对装置，并选择两支对应的螺杆(M6×1.25，螺杆长度大于50mm)；用手把螺杆拧入装置并露出至少1mm，再拧入疲劳试样直到不动；一个扳手固定装置，再用另一扳手把螺栓尽力拧紧，用同样方法把另一装置安装好；如果测试温度较高，可以在装置上缠绕铜管，用循环水冷却装置；
(4)把连接好的装置和疲劳样品夹持到疲劳试验机上，设置相关参数进行疲劳测试。在室温下用高频试验机试了一下，装置没有松动，并且在热机疲劳试验机上测试了5个样品，发现装置使用良好。
Claims (10)
1.一种材料轴向疲劳试样延长装置，其特征在于：该装置成对使用，该装置包括变外径管体和螺杆，其中：所述变外径管体包括粗端和细端，粗端和细端之间用圆弧平滑过渡；所述粗端内部设有柱状腔体，用于容纳样品夹持端；所述细端内部设有柱状腔体，用于装入螺杆。
2.根据权利要求1所述的材料轴向疲劳试样延长装置，其特征在于：所述变外径管体的细端设有内螺纹，装入的螺杆设有外螺纹，二者相配合实现变外径管体与螺杆的可拆卸连接。
3.根据权利要求2所述的材料轴向疲劳试样延长装置，其特征在于：所述螺杆的外螺纹为连续的或者是不连续的。
4.根据权利要求1所述的材料轴向疲劳试样延长装置，其特征在于：所述螺杆拧入变外径管体细端时，螺杆的一端露出变外径管体的细端。
5.根据权利要求4所述的材料轴向疲劳试样延长装置，其特征在于：所述螺杆露出变外径管体细端的长度大于1mm。
6.根据权利要求1所述的材料轴向疲劳试样延长装置，其特征在于：所述样品的两端分别装入一对该装置变外径管体粗端内的腔体中，该装置变外径管体细端装入螺杆并拧紧后，夹持到疲劳试验机上。
7.根据权利要求1所述的材料轴向疲劳试样延长装置，其特征在于：所述变外径管体粗端的外侧表面上设置两个凹槽，两凹槽在其外表面上相对设置。
8.根据权利要求7所述的材料轴向疲劳试样延长装置，其特征在于：所述凹槽的深度为1-2mm。
9.根据权利要求1所述的材料轴向疲劳试样延长装置，其特征在于：所述装置的材质为根据服役工况选择高强钢、耐热钢或高温合金。
10.根据权利要求1所述的材料轴向疲劳试样延长装置，其特征在于：所述装置在高温环境中使用时，在装置外表面上缠绕铜管，并通入循环水用于冷却装置。
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Cited By (1)
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| CN110793695A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-02-14 | 湖北汽车工业学院 | 一种金属试样 |
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2016
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