CN209198209U - 多轴向拉伸力学性能测试试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多轴向拉伸力学性能测试试验装置，可以在同一个装置中进行单轴至多轴向的材料拉伸试验，其特征在于，包括：试件模板组件，包含多个试件模板，每个试件模板的中部圆形区域上均设有缺口部，在外圈环形区域上设有一圈固定孔，每个缺口部包含两个纺锤形缺口，两个缺口之间围成哑铃形的待拉伸部，不同试件模板的待拉伸部大小不同，分别对应从单轴至多轴拉伸过程；耐压安装台，上表面中部向下凹陷形成与试件模板相匹配的凹槽，该凹槽外圈设有一圈安装孔，凹槽底部设有圆形孔，圆形孔向下延伸形成中空柱状的位移缓冲部，耐压安装台的下部作为观察部；压力机；安装组件；平面反射镜，放置在观察口内；以及高速摄像机。

Description

多轴向拉伸力学性能测试试验装置

技术领域

本实用新型属于实验器材领域，具体涉及一种多轴向拉伸力学性能测试试验装置。

背景技术

在实际工程中，受力部件常处于复杂应力状态，仅通过单轴拉伸测试不能完全准确地反映其真实应力响应；广泛应用的复合材料往往具有明显的各向异性，只有通过对材料或部件进行双向和多向加载试验，才能准确评价材料的力学性能。因此，多轴向力学性能测试更能有效模拟工程中结构部件的真实受力情况，同时对各向异性材料的力学性能测试也更准确，所以多轴向拉伸测试的应用领域越来越广泛。

现有的多轴向拉伸力学性能测试系统通常采用多个夹头同时拉伸的方法来实现双轴向和三轴向的材料拉伸试验。根据加载方式和夹具的不同主要分为液压式双(三)轴向测试系统和机械式双向拉伸测试系统。但是这些拉伸力学性能测试系统仅可以实现双轴向或三轴向的材料拉伸试验，无法同时实现单轴至多轴向整个变化过程的材料拉伸试验，功能较为单一。

实用新型内容

本实用新型是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种多轴向拉伸力学性能测试试验装置，可以方便地在同一个装置中进行单轴至多轴向的材料拉伸试验。

本实用新型为了实现上述目的，采用了以下方案：

本实用新型提供一种多轴向拉伸力学性能测试试验装置，其特征在于，包括：试件模板组件，包含多个试件模板，每个试件模板均为圆形板，并且在每个圆形板的中部圆形区域上均设有缺口部，在每个圆形板的外圈环形区域上设有一圈固定孔，每个缺口部包含两个沿中部圆形区域直径对称设置的纺锤形缺口，在两个纺锤形缺口之间围成哑铃形的待拉伸部，不同试件模板的待拉伸部大小不同，分别对应从单轴至多轴拉伸过程；耐压安装台，上表面中部向下凹陷形成与试件模板相匹配的圆盘状凹槽，该凹槽作为安装部、外圈设有一圈安装孔，安装孔与固定孔相对应，凹槽的底部设有与试件模板的中部圆形区域相对应的圆形孔，该圆形孔向下延伸形成中空柱状的位移缓冲部，耐压安装台的下部作为观察部，该观察部与位移缓冲部上下贯通，并且观察部的两侧壁上均设有观察口；压力机，包含：压头，和驱动该压头按照设定载荷对放置在安装部上的试件进行下压的驱动部；安装组件，包含：多个安装件，与固定孔和安装孔相匹配，将试件固定安装在安装部上；平面反射镜，放置在观察口内；以及高速摄像机，朝向平面反射镜，获取该平面反射镜中显示的试件底部图像。

优选地，在本实用新型所涉及的多轴向拉伸力学性能测试试验装置中，还可以具有这样的特征：试件模板组件包含六个试件模板，按照从小至大的顺序将六个试件模板依次记为：第一试件模板、第二试件模板、第三试件模板、第四试件模板、第五试件模板、以及第六试件模板，将这些试件模板的待拉伸部通过中部圆形区域圆心的最短宽度依次设为L1、L2、L3、L4、L5、L6，则L1：L2：L3：L4：L5：L6＝1：5～7：9～11：13～15：17～19：21～23；设中部圆形区域的直径为D，则L1：D＝1：36～42。

优选地，在本实用新型所涉及的多轴向拉伸力学性能测试试验装置中，还可以具有这样的特征：L1：L2：L3：L4：L5：L6＝1：6：10：14：18：22，L1：D＝1：40，这样设置效果最好。

优选地，在本实用新型所涉及的多轴向拉伸力学性能测试试验装置中，还可以具有这样的特征：观察口的顶部向上延伸至位移缓冲部底部近旁。

另外，在本实用新型所涉及的多轴向拉伸力学性能测试试验装置中，还可以包括：计算机，与压力机和高速摄像机通信相连，获取压力机的载荷和位移数据，并获取高速摄像机拍摄的图像数据，进而进行相应处理。

另外，在本实用新型所涉及的多轴向拉伸力学性能测试试验装置中，还可以包括：光源，对试件和平面反射镜进行照射补光。

实用新型的作用与效果

根据本实用新型提供的多轴向拉伸力学性能测试试验装置，由于试件模板组件包含多个试件模板，每个试件模板上形成有对称设置的两个纺锤形缺口和位于这两个缺口之间的哑铃形的待拉伸部，并且试件模板的待拉伸部大小不同，能够分别对应试件从单轴至多轴拉伸的过程，因此试验员可采用依据这些试件模板制成一套试件，然后设定好压力机参数对各试件进行下压拉伸试验，在各试件拉伸过程中，高速摄像机实时获取该平面反射镜中显示的试件背面图像，从而在拉伸测试过程中对试件的变形情况进行记录，获得反映材料拉伸特性的信息，结合压力机的载荷和位移信息，即可得到处于复杂应力状态下的材料真实应力应变响应信息，为工程设计和材料应用提供有效的参考依据。本试验装置结构简单合理、可行性高、安全性好、实用性强，非常适合推广使用。

附图说明

图1是本实用新型涉及的多轴向拉伸力学性能测试试验装置的结构连接关系示意图；

图2是本实用新型涉及的试件模板组件的结构示意图；

图3是本实用新型涉及的第三试件模板的结构示意图

图4是本实用新型涉及的耐压安装台的立体图；

图5(a)是本实用新型涉及的耐压安装台的主视图，图5(b)是耐压安装台的侧视图，图5(c)是耐压安装台的俯视图，图5(d)是耐压安装台的仰视图；

图6是本实用新型涉及的压头的结构示意图；

图7是本实用新型涉及的耐压安装台和平面反射镜的位置关系示意图，其中7(a)是正视图，7(b)是侧视图。

具体实施方式

以下参照附图对本实用新型所涉及的多轴向拉伸力学性能测试试验装置作详细阐述。

<实施例>

如图1至7所示，多轴向拉伸力学性能测试试验装置10包括试件模板组件11、耐压安装台12、压力机13、安装组件14、平面反射镜15、高速摄像机16、光源17以及计算机18。

如图2和3所示，试件模板组件11包含六个试件模板，每个试件模板均为圆形板，并且在每个圆形板的中部圆形区域I(图中区域I中的点划线表示实际并不存在的轮廓线)上均设有缺口部111，每个缺口部111包含两个沿中部圆形区域I直径对称设置的纺锤形缺口111a，在两个纺锤形缺口111a之间围成哑铃形的待拉伸部112，不同试件模板的待拉伸部112大小不同，分别对应试件从单轴至多轴拉伸的过程；将这六个试件模板按照待拉伸部112从小至大的顺序分为：第一试件模板11a、第二试件模板11b、第三试件模板11c、第四试件模板11d、第五试件模板11e、以及第六试件模板11f，将这些试件模板的待拉伸部112通过中部圆形区域I圆心的最短宽度(图3中以第三试件模板为例对该宽度L3进行了标示)依次设为L1、L2、L3、L4、L5、L6，则在本实施例中L1：L2：L3：L4：L5：L6＝1：6：10：14：18：22；设中部圆形区域I的直径为D，则L1：D＝1：40。在每个试件模板的外圈环形区域上设有一圈固定孔113，本实施例中共设有八个固定孔113。

在本实施例中，如上文所描述，六个试件模板的待拉伸部112大小不同，因此受力情况不同，如图2所示，第一试件模板11a的待拉伸部112最小，在受到压力机13下压作用时可认为该待拉伸部112只沿长度方向变形，因此属于单轴拉伸的情况；其余五个试件模板的待拉伸部112逐渐增大，因而下压过程中受到的作用力也越来越多，相应的拉伸轴也逐渐增多，因此通过这六个试件模板可以模拟单轴至多轴拉伸的情况。

测试前，试验员可根据各试件模板在试样材料上画线，然后据此对试样材料进行切割钻孔，从而制得与这六个试件模板相同形状和尺寸的试件。

如图4和5所示，耐压安装台12为圆柱体形，它的上表面中部向下凹陷形成与试件模板相匹配的圆盘状凹槽121，该凹槽121作为安装部，它的外圈设有一圈安装孔121a，安装孔121a与固定孔113相对应(形状大小相同)，本实施例中设有八个安装孔121a。凹槽121的底部设有与试件模板的中部圆形区域I相对应的圆形孔121b，该圆形孔121b向下延伸形成中空柱状的位移缓冲部122。耐压安装台12的下部作为观察部123，该观察部123与位移缓冲部122上下贯通，并且观察部123的两侧壁上对称设有观察口123a，观察口123a的顶部向上延伸至位移缓冲部122底部近旁。

压力机13包含压头131和驱动部。本实施例中，如图6所示，压头131端部为半球形，设其半径为R，则R：D＝3:8，本实施例中，R为30mm。驱动部用于驱动压头131按照设定载荷和位移量对放置在耐压安装台12上的试件进行垂直下压。在本实施例中采用常见的万能材料试验机作为压力机13。

安装组件14包含多个安装件，与固定孔113和安装孔121a相匹配，用于将试件可拆卸地固定安装在安装部上。本实施例中，安装组件14包含八个安装件，并且每个安装件均为螺母螺螺栓连接件。

如图7所示，平面反射镜15放置在观察口123a内，位于凹槽121的圆形孔121b正下方。平面反射镜15包括镜片和支撑架，该支撑架用于支撑镜片，并使镜片与地面呈45°角。

高速摄像机16朝向平面反射镜15，获取该平面反射镜15中显示的试件背面图像，从而可以在拉伸测试过程中对试件的变形情况进行记录。

光源17对试件和平面反射镜15进行照射补光，使得试件背面图像清晰。

计算机18与压力机13和高速摄像机16相连，获取压力机13的载荷和位移数据，并获取高速摄像机16拍摄的图像数据，进而进行存储、计算等处理。计算机18内的数据处理模块可以对获取到的数据进行分析处理进而得到处于复杂应力状态下的材料应力应变曲线。

高速摄像机16完成安装和连接后，调节好材料试验机压头131位置，放置平面镜，将光源17对准所述不同构型的圆形试件。

基于以上结构，本实施例所提供的多轴向拉伸力学性能测试试验装置10可的具体使用方法为：首先，将待测试材料比对着试件模板进行画线，根据此对试样材料进行切割钻孔，制得分别与这六个试件模板相同形状和尺寸的六个试件；然后，将每个试件的两面均匀喷涂白色亚光底漆，再用黑色亚光漆均匀喷涂小圆点(喷漆涂点是为了对比载荷加载前后的变形)；待晾干后，通过八个安装件将第一个试件固定安装在耐压安装台12的安装部上；接着，调节高速摄像机16、平面反射镜15和光源17，直到镜头中可看到清晰明亮的试件背面图像；然后，设定好压力机13的载荷和位移量，再启动压力机13，使压头131按照设定载荷和位移量对放置在耐压安装台12上的试件进行垂直下压，对试件进行拉伸；拉伸测试完成后，将试件取下，然后放入下一个试件继续进行上述拉伸过程，直到所有试件都测试完成；在拉伸过程中，每个试件发生变形的整个过程的图像都被高速摄像机16拍摄记录；计算机18实时获取压力机13的载荷和位移数据，并获取高速摄像机16拍摄的图像数据，然后将这些反映材料单轴至多轴整个过程拉伸特性的数据进行对应存储，再由数据处理模块对获取到的数据进行分析处理进而得到处于复杂应力状态下的材料应力应变曲线，或者由操作员对获取到的数据直接进行处理。

以上实施例仅仅是对本实用新型技术方案所做的举例说明。本实用新型所涉及的多轴向拉伸力学性能测试试验装置并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的结构，而是以权利要求所限定的范围为准。本实用新型所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本实用新型所要求保护的范围内。

Claims (6)

1.一种多轴向拉伸力学性能测试试验装置，其特征在于，包括：

试件模板组件，包含多个试件模板，每个试件模板均为圆形板，并且在每个所述圆形板的中部圆形区域上均设有缺口部，在每个所述圆形板的外圈环形区域上设有一圈固定孔，每个所述缺口部包含两个沿所述中部圆形区域直径对称设置的纺锤形缺口，在两个所述纺锤形缺口之间围成哑铃形的待拉伸部，不同所述试件模板的所述待拉伸部大小不同，分别对应从单轴至多轴拉伸过程；

耐压安装台，上表面中部向下凹陷形成与所述试件模板相匹配的圆盘状凹槽，该凹槽作为安装部、外圈设有一圈安装孔，所述安装孔与所述固定孔相对应，所述凹槽的底部设有与所述试件模板的中部圆形区域相对应的圆形孔，该圆形孔向下延伸形成中空柱状的位移缓冲部，所述耐压安装台的下部作为观察部，该观察部与所述位移缓冲部上下贯通，并且所述观察部的两侧壁上均设有观察口；

压力机，包含：压头，和驱动该压头按照设定载荷对放置在所述安装部上的试件进行下压的驱动部；

安装组件，包含：多个安装件，与所述固定孔和所述安装孔相匹配，将试件固定安装在安装部上；

平面反射镜，放置在观察口内；以及

高速摄像机，朝向所述平面反射镜，获取该平面反射镜中显示的试件底部图像。

2.根据权利要求1所述的多轴向拉伸力学性能测试试验装置，其特征在于：

其中，所述试件模板组件包含六个试件模板，按照从小至大的顺序将六个所述试件模板依次记为：第一试件模板、第二试件模板、第三试件模板、第四试件模板、第五试件模板、以及第六试件模板，将这些试件模板的所述待拉伸部通过所述中部圆形区域圆心的最短宽度依次设为L1、L2、L3、L4、L5、L6，则L1：L2：L3：L4：L5：L6＝1：5～7：9～11：13～15：17～19：21～23；设所述中部圆形区域的直径为D，则L1：D＝1：36～42。

3.根据权利要求2所述的多轴向拉伸力学性能测试试验装置，其特征在于：

其中，L1：L2：L3：L4：L5：L6＝1：6：10：14：18：22，L1：D＝1：40。

4.根据权利要求1所述的多轴向拉伸力学性能测试试验装置，其特征在于：

其中，所述观察口的顶部向上延伸至所述位移缓冲部底部近旁。

5.根据权利要求1所述的多轴向拉伸力学性能测试试验装置，其特征在于，还包括：

计算机，与所述压力机和所述高速摄像机通信相连，获取所述压力机的载荷和位移数据，并获取所述高速摄像机拍摄的图像数据，进而进行相应处理。

6.根据权利要求1所述的多轴向拉伸力学性能测试试验装置，其特征在于，还包括：

光源，对所述试件和所述平面反射镜进行照射补光。