CN207336216U - 一种用于试件纯弯试验的夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于试件纯弯试验的夹具，包括上部夹持件、下部夹持件以及设置于上部夹持件和下部夹持件之间的可调连接件，该下部夹持件的结构与上部夹持件的结构一致；该上部夹持件和下部夹持件分别水平设置在试件的上表面和下表面；该可调连接件能够调节上部夹持件和下部夹持件之间的距离；上部夹持件包括两根平行设置的长度不小于试件宽度的加载杆；两根加载杆之间设置有两根连接杆，其中一根连接杆分别连接两根加载杆相同的一端，另一根连接杆则分别连接两根加载杆相同的另一端，使得两根加载杆的相对位置一定。本实用新型能保证加载点的稳定性以及加载点位置的准确性；可用于不同厚度的试件进行试验，且适用于任何现有的材料试验机。

Description

一种用于试件纯弯试验的夹具

技术领域

本实用新型涉及试件纯弯试验技术领域，特别的，涉及一种用于试件纯弯试验的夹具。

背景技术

由于地质构造因素，各向异性岩石是地表赋存极为广泛的岩体，例如部分砂岩、板岩、大理石等。各向异性岩石材料的弹性参数是描述岩石物理力学特性的主要参数，其适用性非常广泛，包括地下采矿、爆破工程、硐室开挖等。

目前，常规的弹性参数测定方法在运用上存在诸多限制，包括操作复杂不易推广、实验结果精度不高及加载装置结构复杂实验成本较高等不利因素。从而导致各向异性岩石弹性参数的测定工作进展缓慢，无法满足现代化精细施工要求。

纯弯曲梁即为梁的各横截面上的剪力等于零，而弯矩为常量，只有正应力而无切应力。因而在其加载变形中，梁的横截面变形后仍垂直于变形后的梁轴线，且保持为平面，从而保证其不受岩石各向异性力学特性的影响。

岩石试样弯曲破坏的加载方法主要为三点加载和四点加载两种。其中，三点弯曲加载方式广泛应用于科学研究和实际生产生活中，关于三点弯曲加载的发明和实用新型专利也较多，但是该方法存在一定的技术不足：主要是由于三点加载过程中岩样弯矩处于等边三角形形态，岩石的弹性力学参数会随着力矩的变化而展现出大小不一的结果，从而无法测定各向异性岩石的弹性参数。四点弯曲则能较好的规避这个问题，在试样纯弯区域内，试样所受弯矩相等，从而有利于数据的采集，使得试验结果准确，适用于科学研究。

但是目前四点加载弯曲的结构复杂，在工业生产中较少使用。部分科学研究中，使用的能达到四点加载效果的方法比较复杂，四点相对位置不稳固，从而导致重复试验中力矩不统一，很难适用于试验研究。

因此，需要设计一种用于试件纯弯试验的夹具，使得四点加载弯曲的试验结果精确以及所需的加载结构简单的技术问题。

实用新型内容

本实用新型基于四点弯曲的基本方法和原理，通过一定的改进和创新，研制了一种用于试件纯弯试验的夹具，解决了现有四点加载弯曲试验结果不精确，加载结构复杂的难题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于试件纯弯试验的夹具，包括上部夹持件、下部夹持件以及设置于上部夹持件和下部夹持件之间的可调连接件，所述下部夹持件的结构与所述上部夹持件的结构一致；所述上部夹持件和下部夹持件分别水平设置在待测的试件的上表面和下表面；所述可调连接件能够调节所述上部夹持件和下部夹持件之间的距离，使得所述夹具能满足不同厚度的试件试验；

所述上部夹持件包括两根平行设置的加载杆，所述加载杆的长度不小于试件的宽度；两根所述加载杆之间设置有两根连接杆，其中一根所述连接杆分别连接两根所述加载杆相同的一端，另一根所述连接杆则分别连接两根所述加载杆相同的另一端，使得两根所述加载杆的相对位置一定。

特别地，所述可调连接件包括两组可调连接单件，两组所述可调连接单件分别设置于上部夹持件和下部夹持件对应的两端；每组所述可调连接件包括一根弹簧条和四个连接条；所述弹簧条的两端分别设置有两个连接条，两个连接条均与所述弹簧条活动连接；两个所述连接条其中一个与上部夹持件中对应的加载杆活动连接，另一个与下部夹持件对应的加载杆活动连接。

特别地，所述弹簧条的两端分别设置有一个轴销，所述弹簧条每端的两个所述连接条通过所述轴销铰接在一起，使得所述连接条能围绕所述轴销转动。

特别地，所述轴销的中心线平行于所述加载杆的中心线。

特别地，所述弹簧条每端的两个连接条的中轴线在所述轴销上相交于同一点，使得所述连接条能围绕所述轴销转动顺畅。

特别地，所述连接条与所述加载杆之间均采用铰接的方式连接，使得所述连接条能围绕所述加载杆转动。

特别地，所述连接杆与所述加载杆之间采用焊接连接。

特别地，所述加载杆的每个截面均为圆形，使得所述加载杆的每个截面与试件的接触均为点接触。

应用本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：

1、本实用新型的夹具的加载杆和连接杆采用焊接方式连接，同时利用弹簧条的压缩力，可紧紧夹持住试件且保证试件放置在夹具内后，再摆放到试验机的过程中不会产生移动，因此本实用新型除满足纯弯试验四点加载外，还能够保证试验过程中加载点的稳定性以及加载点位置的准确性，创造精确的试验条件，很好地克服了现有四点弯曲夹具刚性不足和加载过程中试样应力测试的误差，为获得可靠的试验结果提供了技术保障。

2、本实用新型的夹具分为上部夹持件和下部夹持件，在对试件施加压力时，试件的上表面受压力，下表面受到拉力，使得在纯弯试验的同时能够精确测出岩样处于纯压缩和纯拉伸两种不同应力状态下的各向异性横观各向同性的独立弹性参数和岩石的抗拉强度，相对于一般单轴实验只能测定压缩状态下的弹性参数，具有加载简单获得参数更加完整的特点。

3、本实用新型的夹具装置工作机理简单，制作工艺简单，组成部件可加工性强，制作成本较低。

4、本实用新型的夹具结构简单，能明显的提高测试效率，并且提升试验精度，确保结果可靠性，有利于推动相关测试方法的推广与应用。

5、本实用新型的夹具利用弹簧条可拉伸的特征配合铰接的连接条，可以调整上部夹持件和下部夹持件之间的距离，使得夹具可用于不同厚度的试件进行试验，适用面广。

6、本实用新型的夹具适用于任何现有的材料试验机，无需另外的加载头，应用范围广。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

在附图中：

图1是实施例1中夹具的结构正视图；

图2是实施例1中夹具的结构侧视图；

附图标记：

1、加载杆，2、弹簧条，3、连接杆，4、连接条，5、轴销，6、试件。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

详见图1-图2，一种用于试件纯弯试验的夹具，包括上部夹持件、下部夹持件以及设置于上部夹持件和下部夹持件之间的可调连接件，所述下部夹持件的结构与所述上部夹持件的结构一致；所述上部夹持件和下部夹持件分别水平设置在待测的试件6的上表面和下表面。

所述上部夹持件包括平行设置的两根加载杆1，所述加载杆的长度大于试件的宽度；两根所述加载杆之间设置有两根连接杆3(本实施例中连接杆的直径为5mm)，其中一根所述连接杆分别连接两根所述加载杆相同的一端，另一根所述连接杆则分别连接两根所述加载杆相同的另一端，即沿试件长度方向，两根加载杆位于同一侧的端部通过连接杆进行连接；使得两根所述加载杆的相对位置一定，从而在试验中保证加载点的稳定性。

在本实施例中，采用的各向异性岩石试件的尺寸为4cm×4cm×12cm的矩形截面梁，所述加载杆为长度6cm、截面直径10mm的圆柱形结构，使得所述加载杆的每个截面与试件的接触均为点接触，加载杆之间的圆心距离即为加载点的相对距离，能保证试验结果数据的准确性和精确性。

上部夹持件的两根加载杆之间圆心的距离为6cm，下部夹持件的两根加载杆之间圆心的距离为11cm，

在本实施例中，所述可调连接件包括两组可调连接单件，两组所述可调连接单件件分别设置于上部夹持件和下部夹持件对应的两端；每组所述可调连接件包括一根弹簧条2和四个连接条4。所述弹簧条也可以使用如橡皮筋等具有弹性收缩力的构件替换。

每根所述弹簧条的两端均设置有一个轴销5，所述轴销的中心线平行于所述加载杆的中心线。在本实施例中轴销的直径为5mm。

所述弹簧条的两端分别设置有两个连接条，两个所述连接条其中一个与上部夹持件中对应的加载杆活动连接，另一个与下部夹持件对应的加载杆活动连接，使得所述连接条能分别围绕所述加载杆转动。

所述弹簧条同一端部的两个所述连接条通过所述轴销铰接在一起，使得所述连接条能围绕所述轴销转动。

在本实施例中与上部夹持件对应的加载杆连接的连接条的宽度为16mm，且在与所述轴销连接的一端的连接条分设成两部分，所述两部分分别与所述轴销的两端铰接；与下部夹持件对应的加载杆连接的连接条的宽度为7mm，并与所述轴销的中间区域铰接，因此能保证所述弹簧条一端的两个连接条的中轴线在所述销轴上相交于同一点，使得所述连接条能围绕所述轴销转动顺畅，同时可以防止上下加载杆的左右晃动，保证试验结果的精确性。

本实施例的夹具利用弹簧条可拉伸的特征配合铰接的连接条，可以调整上部夹持件和下部夹持件之间的距离，使得本实用新型可用于不同厚度的试件进行试验。

本实用新型所设计的简易四点加载夹具装置能够使得加载过程中试样中间区域受力达到纯弯状态。本实用新型所设计的夹具采用纯弯梁法测定正交各向异性或横观各向同性岩石材料弹性参数，实验过程中试样受力状态简单，影响因素较少，结合理论计算公式可精确获得各向异性岩石受拉和受压弹性力学参数及岩样的抗拉强度。

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

Claims (8)

1.一种用于试件纯弯试验的夹具，其特征在于，包括上部夹持件、下部夹持件以及设置于上部夹持件和下部夹持件之间的可调连接件，所述下部夹持件的结构与所述上部夹持件的结构一致；所述上部夹持件和下部夹持件分别水平设置在待测的试件(6)的上表面和下表面；所述可调连接件能够调节所述上部夹持件和下部夹持件之间的距离，使得所述夹具能满足不同厚度的试件试验；

所述上部夹持件包括两根平行设置的加载杆(1)，所述加载杆的长度不小于试件的宽度；两根所述加载杆之间设置有两根连接杆(3)，其中一根所述连接杆分别连接两根所述加载杆相同的一端，另一根所述连接杆则分别连接两根所述加载杆相同的另一端，使得两根所述加载杆的相对位置一定。

2.根据权利要求1所述的一种用于试件纯弯试验的夹具，其特征在于，所述可调连接件包括两组可调连接单件，两组所述可调连接单件分别设置于上部夹持件和下部夹持件对应的两端；每组所述可调连接件包括一根弹簧条(2)和四个连接条(4)；所述弹簧条的两端分别设置有两个连接条，两个连接条均与所述弹簧条活动连接；两个所述连接条其中一个与上部夹持件中对应的加载杆活动连接，另一个与下部夹持件对应的加载杆活动连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于试件纯弯试验的夹具，其特征在于，所述弹簧条的两端分别设置有一个轴销(5)，所述弹簧条每端的两个所述连接条通过所述轴销铰接在一起，使得所述连接条能围绕所述轴销转动。

4.根据权利要求3所述的一种用于试件纯弯试验的夹具，其特征在于，所述轴销的中心线平行于所述加载杆的中心线。

5.根据权利要求3所述的一种用于试件纯弯试验的夹具，其特征在于，所述弹簧条每端的两个连接条的中轴线在所述轴销上相交于同一点，使得所述连接条能围绕所述轴销转动顺畅。

6.根据权利要求1所述的一种用于试件纯弯试验的夹具，其特征在于，所述连接条与所述加载杆之间均采用铰接的方式连接，使得所述连接条能围绕所述加载杆转动。

7.根据权利要求1所述的一种用于试件纯弯试验的夹具，其特征在于，所述连接杆与所述加载杆之间采用焊接连接。

8.根据权利要求1所述的一种用于试件纯弯试验的夹具，其特征在于，所述加载杆的每个截面均为圆形，使得所述加载杆的每个截面与试件的接触均为点接触。