CN210665251U - 一种通用的材料力学性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种通用的材料力学性能测试装置，包括：第一夹具和第二夹具，分别包括用于固定试件的第一旋转件和第二旋转件；第一角度调节装置和第二角度调节装置，分别与所述第一旋转件和第二旋转件连接，以分别旋转所述第一旋转件和第二旋转件至预定角度；所述第一夹具和第二夹具，通过所述第一角度调节装置和第二角度调节装置对自身旋转角度的调节，测试所述试件在拉伸剪切或压缩剪切耦合作用下的力学性能。本实用新型能同时实现胶层在纯拉伸、纯剪切和任意拉伸剪切/压缩剪切耦合比例载荷下的力学性能测试，实现材料力学性能测试装置的通用。
Description
技术领域
本实用新型涉及实验装置技术领域，尤其涉及一种通用的材料力学性能测试装置。
背景技术
胶结是结构连接的一种主要方式之一。胶结性能对结构强度有重要影响。目前，大多数胶层性能测试都是在纯剪切或纯拉伸状态下测得，现有的实验方案只能实现纯剪切或纯拉伸/压缩状态的测试。
发明内容
有鉴于此，本实用新型提供一种通用的材料力学性能测试装置，以提高材料力学性能测试装置的通用性。
本实用新型提供的通用的材料力学性能测试装置，包括：第一夹具和第二夹具，分别包括用于固定试件的第一旋转件和第二旋转件；第一角度调节装置和第二角度调节装置，分别与所述第一旋转件和第二旋转件连接，以分别旋转所述第一旋转件和第二旋转件至预定角度；所述第一夹具和第二夹具，通过所述第一角度调节装置和第二角度调节装置对自身旋转角度的调节，测试所述试件在拉伸剪切或压缩剪切耦合作用下的力学性能。
进一步，所述第一角度调节装置和第二角度调节装置分别包括有第一铰链装置和第二铰链装置；所述第一铰链装置包括通过第一铰链轴连接的第一连接件和第一拉伸件，所述第二铰链装置包括通过第二铰链轴连接的第二连接件和第二拉伸件；所述第一旋转件和第二旋转件分别连接并通过所述第一连接件和第二连接件旋转到一定角度，并分别接受来自所述第一拉伸件和第二拉伸件的拉力或压力，以测试所述试件在拉伸剪切或压缩剪切耦合作用下的力学性能。
进一步，所述第一连接件和第二连接件的第一端分别与所述第一铰链轴和第二铰链轴可转动连接，第二端分别与所述第一旋转件和第二旋转件固定连接。
进一步，所述第一角度调节装置和第二角度调节装置还分别包括有第一量角尺和第二量角尺，所述第一量角尺和所述第二量角尺分别通过第一固定件和第二固定件与所述第一拉伸件和第二拉伸件可分离连接；所述第一量角尺和第二量角尺标示第一旋转件和第二旋转件的旋转角度，并通过紧固第一固定件和第二固定件，使第一旋转件和第二旋转件的旋转角度在实验加载过程中保持恒定。
进一步，所述第一拉伸件和第二拉伸件分别包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的第一端和第二连杆的第一端分别与所述第一铰链轴和第二铰链轴连接，所述第一连杆的第二端和第二连杆的第二端分别设置有第一凸头和第二凸头。
进一步，所述第一凸头和第二凸头通过第一夹头和第二夹头夹持固定，所述第一凸和第二凸头分别与所述第一夹头和第二夹头可分离连接。
进一步，所述第一夹头和第二夹头均被设置为棱台体状，截面为梯形，梯形短边接触第一凸头或第二凸头时，可防止第一凸头或第二凸头在拉伸时滑移，梯形长边接触第一凸头或第二凸头时，可防止第一凸头或第二凸头在压缩时滑移；或者所述第一夹头和第二夹头均被设置为长方体状，横截面为矩形，以便于在拉伸剪切测试或压缩剪切测试中，均可有效加持第一凸头或第二凸头。
进一步，所述第一旋转件和第二旋转件相互垂直，呈十字形状交叉，以便于将所述试件固定于所述第一旋转件和第二旋转件上。
进一步，所述试件通过紧固条和螺栓固定于所述第一旋转件和第二旋转件上。
进一步，所述试件上附着有胶，所述力学性能包括胶本身的力学性能，以及胶与试件的粘接界面的力学性能。
本实用新型通过在材料力学性能测试装置上增加角度调节装置，能测试试件在拉伸剪切或压缩剪切耦合作用下的力学性能，同时实现了胶层在纯拉伸、纯剪切和任意拉伸剪切/压缩剪切耦合比例载荷下的力学性能测试，实现了材料力学性能测试装置的通用。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本实用新型较佳实施例的通用的材料力学性能测试装置的整体示意图。
图2是本实用新型较佳实施例的通用的材料力学性能测试装置的第一夹具的正向示意图。
图3是本实用新型较佳实施例的通用的材料力学性能测试装置的第一夹具的侧向示意图。
图4是本实用新型较佳实施例的通用的材料力学性能测试装置的第二夹具的正向示意图。
图5是本实用新型较佳实施例的通用的材料力学性能测试装置的第二夹具的侧向示意图。
图6是本实用新型另一较佳实施例的通用的材料力学性能测试装置的第一夹具的侧向示意图。
图7是本实用新型另一较佳实施例的通用的材料力学性能测试装置的第二夹具的正向示意图。
图8是本实用新型较佳实施例的通用的材料力学性能测试装置的测试材料的固定方式示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型进行详细描述。需要说明的是，以下描述中的术语“左”、“右”、“上”、“下”，仅是为了便于理解和描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。例如，以下描述中对量角尺的固定方式选用的是螺栓紧固，具体实施时，也可采用对量角尺打孔或开锯齿槽等方式加强固定效果。因此，对量角尺采用螺栓紧固不能理解为对本实用新型的限制。
本实用新型提供的通用的材料力学性能测试装置，可以用于材料拉伸剪切或压缩剪切测试，所述测试材料例如是胶结的复合材料板或金属板等硬质材料胶结结构。以下以胶结的复合材料板为例对本申请拉伸剪切或压缩剪切实验装置进行说明。
请参阅图1。在本实用新型较佳实施例中，本实用新型提供的通用的材料力学性能测试装置包括夹具和角度调节装置。具体而言，夹具包括第一夹具20和第二夹具40，第一夹具20包括用于固定第一试件62的第一旋转件22，第一夹具40包括用于固定第二试件64的第二旋转件42。角度调节装置包括第一角度调节装置24和第二角度调节装置44。第一角度调节装置24和第二角度调节装置44，分别与所述第一旋转件22和第二旋转件42连接，以分别旋转所述第一旋转件22和第二旋转件42至预定角度。第一夹具20和第二夹具40，通过第一角度调节装置24和第二角度调节装置44对自身旋转角度的调节，测试试件60在拉伸剪切或压缩剪切耦合作用下的力学性能。
更具体而言，请参阅图2、图3、图4和图5。第一角度调节装置24和第二角度调节装置44分别包括有第一铰链装置242和第二铰链装置442。第一铰链装置242包括通过第一铰链轴241连接的第一连接件243和第一拉伸件245。第二铰链装置442包括通过第二铰链轴441连接的第二连接件443和第二拉伸件445。所述第一旋转件22和第二旋转件42分别连接并通过所述第一连接件243和第二连接件443旋转到一定角度，并分别接受来自所述第一拉伸件245和第二拉伸件445的拉力或压力，以测试试件60在拉伸剪切或压缩剪切耦合作用下的力学性能。
承上所述，在本实施例中，第一连接件243和第二连接件443的第一端分别与第一铰链轴242和第二铰链轴441可转动连接，第二端分别与第一旋转件22和第二旋转件24固定连接。
进一步参阅图2、图3、图4和图5，在本申请较佳实施例中，第一角度调节装置24和第二角度调节装置44还分别包括有第一量角尺244和第二量角尺444，第一量角尺244和第二量角尺444的第一端分别与第一旋转件22和第二旋转件42固定连接，第二端分别通过第一固定件246和第二固定件446与第一拉伸件245和第二拉伸件445可分离连接，以使第一量角尺244和第二量角尺444分别确定或标示第一旋转件22和第二旋转件24的旋转角度，并通过紧固第一固定件246和第二固定件446，使得第一旋转件22和第二旋转件24在加载过程中旋转角度保持恒定，从而可实现胶层在任意拉伸剪切/压缩剪切比值耦合作用下力学性能测试。加载过程中，即拉伸机通过第一夹头30和第二夹头50对装置施加拉伸力时，胶层所受的载荷的拉伸剪切/压缩剪切比例保持常数。
具体地，所述第一拉伸件245和第二拉伸件445分别包括第一连杆247和第二连杆447，第一连杆247和第二连杆447的第一端分别与所述第一铰链轴241和第二铰链轴441连接，所述第一连杆247和第二连杆447的第二端分别设置有第一凸头249和第二凸头449。第一凸头249和第二凸头449分别与第一夹头30和第二夹头50可分离连接。第一夹头30和第二夹头50被设置为有足够的长度以保证第一凸头249和第二凸头449均能被有效夹持。第一夹头30和第二夹头50为棱台体状，截面为梯形，梯形短边接触第一凸头249或第二凸头449时，可防止第一凸头249或第二凸头449滑移。换言之，拉伸时，棱台体的较大的一面朝上，以便于在加载过程中保持被拉伸机加持。当需要施加压缩力时，可以将棱台体方向反转，即使梯形长边接触第一凸头249或第二凸头449，通过较小的一面接收压缩力，这样可防止第一凸头249或第二凸头449在压缩时滑移。第一连杆247和第二连杆447提供足够的空间方便第一量角尺244和第二量角尺444转动。在本实施例中，第一连杆247和第一量角尺244组成第一角度调节装置24旋转第一旋转件22至预定角度，第二连杆447和第二量角尺444组成第二角度调节装置44旋转第二旋转件42至预定角度，旋紧第一固定件246和第二固定件446以保证第一旋转件22和第二旋转件42旋转角度恒定。
如上文所述，在本较佳实施例中，第一夹头30和第二夹头50为棱台体状。在另一较佳实施例中，请参阅图6和图7，第一夹头30和第二夹头50被设置为长方体状，横截面为矩形，以便于施加拉力或压力，从而使通用的材料力学性能测试装置不仅能通过第一夹头30和第二夹头50较好的接收拉伸力，也能较好地接收压缩力，进而方便的完成胶层拉伸剪切和压缩剪切两种情况下的力学性能测试，在拉伸剪切和压缩剪切时均能防止第一凸头249或第二凸头449滑移，均可有效加持第一凸头249或第二凸头449。
请继续参阅图8。第一旋转件22和第二旋转件42相互垂直，呈十字形状交叉，以便于分别将第一试件62和第二试件64固定于第一旋转件22和第二旋转件42上。试件60是胶结好的整体结构。实验过程中，第一旋转件22和第二旋转件42的距离较小，一般供试件60放入的空间较小，本申请将第一旋转件22和第二旋转件42呈十字状交叉设置，能增大第一旋转件22和第二旋转件42之间的空间，便于试件60放入，使试件60均匀接收来自拉伸机的作用力。在本实施例中，第一旋转件22和第二旋转件42呈矩形板状。在其他一些实施例中，第一旋转件22和第二旋转件42呈其他形状，如呈三角形，圆形等。
试件60上附着有测试材料70，在本较佳实施例中，所述测试材料70为胶，所述力学性能包括胶本身的力学性能、以及胶与试件的粘接界面的力学性能。
在本实施例中，试件60通过紧固条和螺栓固定于所述第一旋转件22和第二旋转件42上。具体地，请参阅图6，第一试件62通过紧固条23和螺栓25固定于所述第一旋转件22上。相似地，第二试件64也通过紧固条和螺栓固定于第二旋转件42上。
使用本实用新型提供的技术方案进行胶层力学性能测试时，首先制作尺寸合适的试件，例如上述的第一试件62和第二试件64，并使两试件相互垂直然后胶结。接着，将试件通过紧固条23和螺栓25固定到旋转件上，如上述的第一旋转件22和第二旋转件42上。再接着，按照公式计算出所需拉伸剪切/压缩剪切耦合比例对应的旋转角度，借助第一角度调节装置24和第二角度调节装置44，例如第一连杆247和第一量角尺244，与第二连杆447和第二量角尺444，将第一旋转件22和第二旋转件42转至角度预定并通过第一固定件246和第二固定件446固定。然后通过第一夹头30和第二夹头50分别加持第一夹具20和第二夹具40。
当旋转板水平时，该装置可用于胶层纯拉伸测试；当试件竖直时，该装置可用于胶层纯剪切测试；当旋转板倾斜一定角度时，可用于拉伸剪切/压缩剪切耦合测试。若用Fm表示拉伸机提供的拉伸或压缩力，则胶层的拉伸或压缩力为FT＝Fmsinα，胶层剪切力为Fs＝Fmcosα，胶层拉伸剪切/压缩剪切力比值为η＝FT/FS＝tanα。
需要注意的是，试件需先胶结好，即要先将胶层附着于试件，然后依次固定到上下旋转板，例如上述第一旋转件22和第二旋转件42，上，旋转板的长宽比足够大以留足安装空间。并且，安装过程中，试件固定好之后再连接到夹头上，应避免试件受力。
本实用新型考虑到实际的胶结结构往往受复杂载荷作用，胶层的拉伸剪切/压缩剪切耦合作用对胶结强度有重要影响，因此对胶层结构在拉伸剪切/压缩剪切耦合作用下的力学性能进行测试。由于现有的技术方案只能实现胶层在纯拉伸或纯剪切状态下的力学性能测试，无法实现胶层剪切拉伸/压缩耦合状态的测试，因此提出了新的技术方案。
本实用新型提供一种可旋转的夹具和试件胶结形式，即一种通用的材料力学性能测试装置和试件胶结形式，按照本实用新型提供的胶结方式粘接的试件安装在本实用新型提供的材料力学性能测试装置上。当旋转板，如上述第一旋转件22和第二旋转件42，处于水平方向或竖直方向时，本装置可用于测试胶层纯拉伸和纯剪切性能。通过材料力学性能测试装置使得测试材料平面，如胶层平面，与水平方向呈一定角度，即可实现胶层在一定拉伸剪切或压缩剪切耦合比例下的力学性能测试。本实用新型通用的材料力学性能测试装置，拉伸剪切/压缩剪切耦合比例在加载过程中保持不变。
本实用新型的有益效果至少包括：1)实现了材料，如胶层，拉伸剪切/压缩剪切耦合作用下的力学性能测试，为充分表征材料在复杂载荷下的力学性能提供了实验基础。2)拉伸剪切/压缩剪切耦合比例在加载过程中保持常数，便于仿真分析和深入理解材料力学性能。3)本实用新型提供的实验装置同时实现胶层纯拉伸、纯剪切和任意拉伸剪切/压缩剪切耦合比例的加载，一物多用，成本低廉，操作简单。
综上所述，实用新型提供的胶层力学性能测试实验方案，能用于材料，尤其是胶层，受到拉伸剪切/压缩剪切耦合作用下的力学性能测试，有助于充分表征测试材料在复杂载荷下的力学性能，从而提高采用测试材料的装置的结构设计预报精度。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种通用的材料力学性能测试装置，其特征在于，包括：
第一夹具(20)和第二夹具(40)，分别包括用于固定试件(60)的第一旋转件(22)和第二旋转件(42)；
第一角度调节装置(24)和第二角度调节装置(44)，分别与所述第一旋转件(22)和第二旋转件(42)连接，以分别旋转所述第一旋转件(22)和第二旋转件(42)至预定角度；
所述第一夹具(20)和第二夹具(40)，通过所述第一角度调节装置(24)和第二角度调节装置(44)对自身旋转角度的调节，测试所述试件(60)在拉伸剪切或压缩剪切耦合作用下的力学性能。
2.根据权利要求1所述的通用的材料力学性能测试装置，其特征在于：
所述第一角度调节装置(24)和第二角度调节装置(44)分别包括有第一铰链装置(242)和第二铰链装置(442)；
所述第一铰链装置(242)包括通过第一铰链轴(241)连接的第一连接件(243)和第一拉伸件(245)，所述第二铰链装置(442)包括通过第二铰链轴(441)连接的第二连接件(443)和第二拉伸件(445)；
所述第一旋转件(22)和第二旋转件(42)分别连接并通过所述第一连接件(243)和第二连接件(443)旋转到一定角度，并分别接受来自所述第一拉伸件(245)和第二拉伸件(445)的拉力或压力，以测试所述试件(60)在拉伸剪切或压缩剪切耦合作用下的力学性能。
3.根据权利要求2所述的通用的材料力学性能测试装置，其特征在于：所述第一连接件(243)和第二连接件(443)的第一端分别与所述第一铰链轴(241)和第二铰链轴(441)可转动连接，第二端分别与所述第一旋转件(22)和第二旋转件(42)固定连接。
4.根据权利要求2所述的通用的材料力学性能测试装置，其特征在于：
所述第一角度调节装置(24)和第二角度调节装置(44)还分别包括有第一量角尺(244)和第二量角尺(444)，所述第一量角尺(244)和所述第二量角尺(444)的第一端分别与第一旋转件(22)和第二旋转件(42)固定连接，第二端分别通过第一固定件(246)和第二固定件(446)与所述第一拉伸件(245)和第二拉伸件(445)可分离连接；
所述第一量角尺(244)和第二量角尺(444)标示第一旋转件(22)和第二旋转件(42)的旋转角度，并通过紧固第一固定件(246)和第二固定件(446)，使第一旋转件(22)和第二旋转件(42)的旋转角度在实验加载过程中保持恒定。
5.根据权利要求2所述的通用的材料力学性能测试装置，其特征在于：所述第一拉伸件(245)和第二拉伸件(445)分别包括第一连杆(247)和第二连杆(447)，所述第一连杆(247)的第一端和第二连杆(447)的第一端分别与所述第一铰链轴(241)和第二铰链轴(441)连接，所述第一连杆(247)的第二端和第二连杆(447)的第二端分别设置有第一凸头(249)和第二凸头(449)。
6.根据权利要求5所述的通用的材料力学性能测试装置，其特征在于：所述第一凸头(249)和第二凸头(449)通过第一夹头(30)和第二夹头(50)夹持固定，所述第一凸头(249)和第二凸头(449)分别与所述第一夹头(30)和第二夹头(50)可分离连接。
7.根据权利要求6所述的通用的材料力学性能测试装置，其特征在于：
所述第一夹头(30)和第二夹头(50)均被设置为棱台体状，截面为梯形，梯形短边接触第一凸头(249)或第二凸头(449)时，可防止第一凸头(249)和第二凸头(449)在拉伸时滑移，梯形长边接触第一凸头(249)或第二凸头(449)时，可防止第一凸头(249)和第二凸头(449)在压缩时滑移；或者
所述第一夹头(30)和第二夹头(50)均被设置为长方体状，横截面为矩形，以便于在拉伸剪切测试或压缩剪切测试中，均可有效加持第一凸头(249)和第二凸头(449)。
8.根据权利要求1所述的通用的材料力学性能测试装置，其特征在于：所述第一旋转件(22)和第二旋转件(42)相互垂直，呈十字形状交叉，以便于将所述试件(60)固定于所述第一旋转件(22)和第二旋转件(42)上。
9.根据权利要求1所述的通用的材料力学性能测试装置，其特征在于：所述试件(60)通过紧固条(23)和螺栓(25)固定于所述第一旋转件(22)和第二旋转件(42)上。
10.根据权利要求1所述的通用的材料力学性能测试装置，其特征在于：所述试件(60)上附着有胶，所述力学性能包括胶本身的力学性能，以及胶与试件的粘接界面的力学性能。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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