CN212134328U - 适用于平面应变断裂韧性试验的夹具装置及疲劳试验机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种适用于平面应变断裂韧性试验的夹具装置及疲劳试验机。夹具装置包括试验夹具、中间夹持机构、连接构件。其中，试验夹具被构造成能够夹持试样并使得试样能够绕第一轴线转动。中间夹持机构被构造成能够将试验夹具保持在其中并能够绕与第一轴线垂直的第二轴线转动。连接构件的一端与中间夹持机构连接，另一端与夹具接合，从而承受来自疲劳试验机的作用力，并将作用力传递到试样。
Description
技术领域
本实用新型涉及夹持设备领域，尤其涉及一种适用于平面应变断裂韧性试验的夹具装置及疲劳试验机。
背景技术
飞机结构设计主要经历静强度设计、安全寿命设计和损伤容限分析几个阶段。损伤容限分析主要涉及含裂纹体结构的裂纹扩展和剩余强度分析，具体而言，其需要分析的核心问题是含裂纹体结构与材料的力学行为，包括裂纹的扩展行为和断裂行为。
平面应变断裂韧性是指在裂纹前缘近似处于平面应变状态，且裂纹尖端满足小范围屈服的条件下，脆性材料发生失稳扩展时应力强度因子K的临界值。该强度因子在低频疲劳试验机上进行预制疲劳裂纹和断裂试验。
参见图1，其示出了进行上述强度因子K的临界值的试样。进行试验时，疲劳试验机分别事先夹持试样的上、下两端并对试样施加一定频率的拉力而在试样的厚度方向制造预制裂纹。一般地，在预制裂纹形成的缝隙宽度(以下记为裂纹尺寸)达到5mm时停止拉伸试样。根据试验要求，该预制裂纹在厚度方向的不同位置上的裂纹尺寸不能有较大的变化。例如，在图1的厚度方向的两个端面处，裂纹尺寸分别记为A1、A5，试样在不同厚度位置处的预制裂纹尺寸A2、A3、A4应满足下式：
|A4-A5|≤|A1+A2+A3|÷3×10％。
由于试样加工、试验机同轴度及试样装夹等因素的影响，预制疲劳裂纹阶段，试验机较难精准地夹持试样，并在试样上形成满足上述要求的预制裂纹，这会导致试验失败。
实用新型内容
针对根据现有技术的夹具装置的上述现状，本实用新型的目的之一在于提供一种适用于平面应变断裂韧性试验的夹具装置，其无需提高试验机的同轴度要求等即可制造所需的预制裂纹。
该目的通过本实用新型以下形式的夹具装置来实现。适用于平面应变断裂韧性试验的夹具装置能够安装在疲劳试验机的夹具上。所述夹具装置包括试验夹具、中间夹持机构、连接构件。其中，所述试验夹具被构造成能够夹持试样并使得试样能够绕第一轴线转动。所述中间夹持机构被构造成能够将所述试验夹具保持在其中并能够绕与所述第一轴线垂直的第二轴线转动。所述连接构件的一端与所述中间夹持机构连接，另一端与所述夹具接合，从而承受来自所述疲劳试验机的作用力，并将作用力传递到试样。
由于试样可绕试验夹具上的第一轴线转动、试验夹具能够绕与第一轴线的第二轴线转动，在疲劳试验机利用上述夹具装置夹持试样并施加拉力时，即使疲劳试验机上、下两个夹具同轴度不达标或者试验装配不准，施加在试样上的拉力的方向也会自动地调整成垂直于试样的厚度方向。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述试验夹具包括：
彼此分离且相互面对的第一夹持件和第二夹持件，所述第一夹持件和第二夹持件分别具有朝向彼此延伸的一对腿部，使得所述试样能够被容纳在所述腿部之间；以及
转动销，所述转动销能够沿着与所述腿部的延伸方向垂直的方向横向穿过开设在所述第一夹持件和所述第二夹持件的一对所述腿部上的通孔，从而将所述试样固定在所述腿部之间，其中所述转动销的轴线与所述第一轴线重合。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述中间夹持机构包括：
彼此分离且相互面对地设置的第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分的彼此相互面对的部分上形成有用于容纳并保持所述试验夹具的容纳部；以及
固定销，所述固定销能够穿过设置于所述容纳部的侧壁上的通孔，从而将所述试验夹具的所述第一夹持件和第二夹持件保持在容纳部中，
其中，所述固定销的轴线与所述转动销的轴线在空间上彼此分离且相互垂直。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述容纳部为沿所述第一轴线贯通第一部分或第二部分的凹槽。
根据本实用新型的一种优选实施方式，当所述第一夹持件固定于所述固定销时，所述第一夹持件的顶面与所述容纳部的底面之间的距离不小于10mm，和/或
当所述第二夹持件固定于所述固定销时，所述第二夹持件的顶面与所述容纳部的底面之间的距离不小于10mm。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述容纳部的底面被构造成弧形构造，以使得所述试验夹具绕所述固定销转动时，所述试验夹具的朝向所述容纳部的顶部不触及所述容纳部的底面。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述第一夹持件、第二夹持件的顶部被构造成具有与所述容纳部的底面适配的弧形构造。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述连接构件可拆装地固定于所述中间夹持机构。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述连接构件和所述中间夹持机构之间还包括可拆装的螺纹杆，所述连接构件和所述中间夹持机构通过所述螺纹杆连接。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述连接构件具有用于接合所述夹具的第一接合部，在所述作用力的方向上，所述第一接合部的截面呈圆形或多边形。
此外，本实用新型还涉及一种适用于平面应变断裂韧性试验的疲劳试验机。所述疲劳试验机包括夹具以及上述任一项夹具装置。所述夹具装置可拆卸地固定在所述夹具上，
其中，所述夹具装置的所述连接构件具有用于接合所述夹具的第一接合部，在所述作用力的方向上，所述第一接合部的截面呈圆形或多边形；所述夹具具有与所述第一接合部形状适配的第二接合部。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选实施方式，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。
通过阅读下列的附图和详细描述本领域技术人员可理解本实用新型的其他系统、方法、特征和优点。目的是所有这种额外的系统、方法、特征和优点包括在本说明书中和本实用新型内容中，且包括在本实用新型的范围内，并被所附权利要求保护。
附图说明
为了更好地理解本实用新型的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本实用新型的优选实施方式，对本实用新型的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。
图1是平面应变断裂韧性试验的试样的结构示意图；
图2是根据本实用新型的优选实施方式的适用于平面应变断裂韧性试验的夹具装置的结构示意图；
图3是示出图2的夹具装置以及与夹具装置接合的夹具的疲劳试验机的结构示意图。
附图标记说明：
试验夹具：10； 第一夹持件：11；
第二夹持件：12； 转动销：13；
腿部：14； 中间夹持机构：20；
第一部分：21； 第二部分：22；
固定销：23； 容纳部：24；
连接构件：30； 螺纹杆：40；
试样：50。
具体实施方式
接下来将参照附图详细描述本实用新型的发明构思。这里所描述的仅仅是根据本实用新型的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本实用新型的其他方式，所述其他方式同样落入本实用新型的范围。在以下的具体描述中，例如“上”、“下”、“内”、“外”、“纵”、“横”等方向性的术语，参考附图中描述的方向使用。本实用新型的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。
参见图2，其示出了安装有适用于平面应变断裂韧性试验的夹具装置。夹具装置能够安装在图3所示的疲劳试验机的夹具60上。夹具装置包括试验夹具10、中间夹持机构20、连接构件30。其中，试验夹具10夹持试样50，中间夹持机构20固定试验夹具10，连接构件30将中间夹持机构20固定在疲劳试验机的夹具60上。当疲劳试验机的两端夹具60分别夹持试样50并施加一定频率的拉力后，试样50上能够形成预制裂纹。
根据本发明，试验夹具10被构造成能够夹持试样50并使得试样50能够绕第一轴线AA'转动。试验夹具10包括彼此分离且相互面对的第一夹持件11、第二夹持件12以及位于第一夹持件11、第二夹持件12上的转动销13。其中，第一夹持件11和第二夹持件12分别具有朝向彼此延伸的一对腿部14，使得试样50能够被容纳在腿部14之间。第一、第二夹持件11、12在各自的一对腿部14上设有对中的通孔，转动销13能够沿着与腿部14的延伸方向垂直的方向横向穿过上述通孔。转动销13被用于夹持或悬挂试样50。当试验与转动销13连接，试样50能够绕由转动销13限定的第一轴线AA'转动。
中间夹持机构20被构造成能够将上述试验夹具10保持在其中，并能够绕与上述第一轴线AA'垂直的第二轴线BB'转动。具体而言，中间夹持机构20包括彼此分离且相互面对地设置的第一部分21、第二部分22以及分别固定在第一部分21、第二部分22的固定销23。第一部分21和第二部分22的彼此相互面对的部分上形成有用于容纳并保持试验夹具10的容纳部24。容纳部24的侧壁上设有供固定销23穿过的通孔，该通孔(固定销23)限定与第一轴线AA'垂直且在空间上彼此分离的第二轴线BB'。当第一夹持件11、第二夹持件12通过固定销23固定在第一部分21、第二部分22的相应容纳部24后，试验夹具10能够自由地绕第二轴线BB'转动。
为了尽可能地保证各相对构件之间的最大可转动量，第一部分21和第二部分22上的容纳部24被设定为如图2、3所示的，沿第一轴线AA'贯通第一部分21或第二部分22的凹槽。这可以避免第一夹持件11、第二夹持件12在第一轴线方向AA'的两个端面触及中间夹持机构20。
当第一夹持件11、第二夹持件12固定于对应的固定销23时，第一夹持件11、第二夹持件12的顶面与容纳部24的底面之间的距离被设定成不小于10mm，这可以避免试验夹具10相对于中间夹持机构20进行大角度转动时，试验夹具10的顶部碰撞凹槽的底面。类似地，还可以通过将容纳部24的底面、第一夹持件11和第二夹持件12的顶面设定成弧形构造来避免碰撞。优选地，该弧形构造是以第二轴线BB'为中心的圆弧形构造。
优选地，连接构件30设有用于接合疲劳试验机上的夹具60的第一接合部。在夹具60对连接构件30施加的作用力的方向OO'上，第一接合部的截面呈图2所示的梯形形状或者其他未示出的圆形、五边形等任意适于用于接合的圆形或多边形构造。对应地，图3所示的疲劳试验机的夹具上具有与该第一接合部形状相匹配的第二接合部61。
在图2、3的实施方式中，第一接合部以从连接构件30的主体部分凸出的形式而形成为公接合部，第二接合部61以从夹具的端面内凹的形式形成为母接合部。可替代地，第一接合部和第二接合部62可以互换位置，也即第一接合部可以从连接构件30的主体部分内凹形成母接合部，第二接合部形成为公接合部。
根据本申请的一个优选实施方式，连接构件30可拆装地固定于中间夹持机构20。具体而言，连接构件30和中间夹持机构20朝向彼此的一端可设置朝外突出的螺纹杆40，二者通过螺纹杆40连接成一体。此外，螺纹杆40也可以是独立于连接构件30、中间夹持机构20的部件。
根据上述内容可知，试样50被上述夹具装置夹持后，试样50在垂直于疲劳试验机的作用力的方向上具有自由度。在疲劳试验机开始施加拉力时，试样50不会受疲劳试验机的上下两端的夹具不对中或试样50未被精准夹持的影响。利用该夹持装置进行疲劳试验的试样50能够获得所需的预制裂纹。
本实用新型的保护范围仅由权利要求限定。得益于本实用新型的教导，本领域技术人员容易认识到可将本实用新型所公开结构的替代结构作为可行的替代实施方式，并且可将本实用新型所公开的实施方式进行组合以产生新的实施方式，它们同样落入所附权利要求书的范围内。
Claims (11)
1.一种适用于平面应变断裂韧性试验的夹具装置，所述夹具装置能够安装在疲劳试验机的夹具上，其特征在于，所述夹具装置包括：
试验夹具，所述试验夹具被构造成能够夹持试样并使得试样能够绕第一轴线转动；
中间夹持机构，所述中间夹持机构被构造成能够将所述试验夹具保持在其中并能够绕与所述第一轴线垂直的第二轴线转动；以及
连接构件，所述连接构件的一端与所述中间夹持机构连接，另一端与所述夹具接合，从而承受来自所述疲劳试验机的作用力，并将作用力传递到试样。
2.根据权利要求1所述的夹具装置，其中，所述试验夹具包括：
彼此分离且相互面对的第一夹持件和第二夹持件，所述第一夹持件和第二夹持件分别具有朝向彼此延伸的一对腿部，使得所述试样能够被容纳在所述腿部之间；以及
转动销，所述转动销能够沿着与所述腿部的延伸方向垂直的方向横向穿过开设在所述第一夹持件和所述第二夹持件的一对所述腿部上的通孔，从而将所述试样固定在所述腿部之间，其中所述转动销的轴线与所述第一轴线重合。
3.根据权利要求2所述的夹具装置，其中，所述中间夹持机构包括：
彼此分离且相互面对地设置的第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分的彼此相互面对的部分上形成有用于容纳并保持所述试验夹具的容纳部；以及
固定销，所述固定销能够穿过设置于所述容纳部的侧壁上的通孔，从而将所述试验夹具的所述第一夹持件和第二夹持件保持在容纳部中，
其中，所述固定销的轴线与所述转动销的轴线在空间上彼此分离且相互垂直。
4.根据权利要求3所述的夹具装置，其中，所述容纳部为沿所述第一轴线贯通所述第一部分或第二部分的凹槽。
5.根据权利要求4所述的夹具装置，其中，当所述第一夹持件固定于所述固定销时，所述第一夹持件的顶面与所述容纳部的底面之间的距离不小于10mm，和/或
当所述第二夹持件固定于所述固定销时，所述第二夹持件的顶面与所述容纳部的底面之间的距离不小于10mm。
6.根据权利要求4所述的夹具装置，其中，所述容纳部的底面被构造成弧形构造，以使得所述试验夹具绕所述固定销转动时，所述试验夹具的朝向所述容纳部的顶部不触及所述容纳部的底面。
7.根据权利要求6所述的夹具装置，其中，所述第一夹持件、第二夹持件的顶部被构造成具有与所述容纳部的底面适配的弧形构造。
8.根据权利要求1所述的夹具装置，其中，所述连接构件可拆装地固定于所述中间夹持机构。
9.根据权利要求8所述的夹具装置，其中，所述连接构件和所述中间夹持机构之间还包括可拆装的螺纹杆，所述连接构件和所述中间夹持机构通过所述螺纹杆连接。
10.根据权利要求1-9任一项所述的夹具装置，其中，所述连接构件具有用于接合所述夹具的第一接合部，在所述作用力的方向上，所述第一接合部的截面呈圆形或多边形。
11.一种适用于平面应变断裂韧性试验的疲劳试验机，其特征在于，所述疲劳试验机包括：夹具以及如权利要求1-9中任一项所述的夹具装置，其中，所述夹具装置的所述连接构件具有用于接合所述夹具的第一接合部，在所述作用力的方向上，所述第一接合部的截面呈圆形或多边形；所述夹具具有与所述第一接合部形状适配的第二接合部。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113984512A (zh) * | 2021-10-11 | 2022-01-28 | 中国原子能科学研究院 | 一种紧凑拉伸试样的夹持装置、夹具及试验机 |
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- 2020-05-11 CN CN202020768199.3U patent/CN212134328U/zh active Active
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| CN113984512A (zh) * | 2021-10-11 | 2022-01-28 | 中国原子能科学研究院 | 一种紧凑拉伸试样的夹持装置、夹具及试验机 |
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