CN214096991U - 一种测试剪切性能的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测试剪切性能的试验装置，涉及剪切性能测试技术领域。该测试剪切性能的试验装置包括夹具、连接接头和加载接头，夹具与试验件的边缘可拆卸连接，通过夹具沿试验件的第一对角线施加载荷，第一对角线对应的两个角上均设置有连接接头和加载接头，连接接头的一端与夹具铰接，另一端与加载接头铰接，加载接头与试验机铰接。本实用新型提供的测试剪切性能的试验装置，连接接头与夹具和加载接头均为铰接连接，载荷传递清晰，可以为试验件提供近纯剪切的试验载荷，实现高精度的试验加载。

Description

一种测试剪切性能的试验装置

技术领域

本实用新型涉及剪切性能测试技术领域，尤其涉及一种测试剪切性能的试验装置。

背景技术

航空器一般为薄壳结构，其稳定性是重要的设计因素之一。对于民机等壁板类结构，剪切许用应力是结构设计的主要依据之一，主要采用试验方法来确定和验证，同时试验方法也是确定剪切许用应力的最佳途径。

在剪切实验中，剪切载荷通过试验件边界传递到试验件内部，试验夹具和试验件的设计对结构传载准确性具有重要的影响。目前，主要采用对角拉伸的方式在方形试验件四边施加剪切载荷，其中夹具连接板通过螺栓与试验件边缘相连，将载荷分散传递到试验件上，但载荷中通常存在垂直于试验件边缘的非剪切载荷分量，使试验件处于非纯剪切状态，同时非剪切载荷分量使螺栓承受的最大剪切载荷增加，降低了试验的精度和可靠性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种测试剪切性能的试验装置，以提高试验的精度和可靠性。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种测试剪切性能的试验装置，其包括：

夹具，所述夹具与试验件的边缘可拆卸连接，通过所述夹具沿所述试验件的第一对角线施加载荷；

连接接头和加载接头，所述第一对角线对应的两个角上均设置有所述连接接头和所述加载接头，所述连接接头的一端与所述夹具铰接，另一端与所述加载接头铰接，所述加载接头与试验机铰接。

可选地，所述夹具包括多个连接板，多个所述连接板首尾相接设置于所述试验件的边缘，位于所述第一对角线上的相接处通过所述连接接头连接。

可选地，所述连接板上设置有第一连接柱，所述连接接头上设置有第一连接孔，所述第一连接孔与所述第一连接柱铰接。

可选地，每个所述连接板上设置一个所述第一连接柱，每个所述连接板对应一个所述连接接头。

可选地，一个所述第一连接柱设置于所述连接板的端部或中部。

可选地，每个所述连接板上设置两个所述第一连接柱，每个所述连接板对应两个所述连接接头，两个所述连接接头铰接。

可选地，两个所述连接接头中，其中一个所述连接接头的一端设置有第二连接柱，通过所述第二连接柱与另一个所述连接接头铰接。

可选地，所述连接接头上设置有第二连接孔，所述加载接头上设置有第三连接孔，通过第一销轴将所述第二连接孔和所述第三连接孔连接。

可选地，所述加载接头上设置有第四连接孔，通过第二销轴将第四连接孔与所述试验机连接。

可选地，所述加载接头包括多个支耳，多个所述支耳上均设置有第三连接孔，且多个所述支耳上的所述第三连接孔位于同一中心线上；所述试验件位于多个所述支耳的中间，所述试验件上下两侧的所述连接接头通过两个第一销轴分别与所述加载接头连接。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的测试剪切性能的试验装置，将夹具与试验件的边缘可拆卸连接，通过夹具沿试验件的第一对角线施加载荷，第一对角线对应的两个角上均设置有连接接头和加载接头，连接接头的一端与夹具铰接，另一端与加载接头铰接，加载接头与试验机铰接。夹具与试验件连接以传递剪切载荷，试验机与加载接头铰接，加载接头与连接接头铰接，连接接头与夹具铰接，试验机施加的载荷通过加载接头和连接接头将传递给试验件的边缘，以使传递到试验件边缘的载荷平行于试验件的边缘。本实用新型提供的测试剪切性能的试验装置，载荷传递清晰，可以为试验件提供近纯剪切的试验载荷，实现高精度的试验加载。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的测试剪切性能的试验装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的试验件的结构示意图；

图3是本实用新型实施例一提供的连接板的结构示意图；

图4是本实用新型实施例一提供的连接接头的结构示意图；

图5是本实用新型实施例一提供的加载接头的结构示意图；

图6是本实用新型实施例一提供的载荷传递分析示意图；

图7是本实用新型实施例一提供的平行于试验件边缘的载荷的分析模拟示意图；

图8是本实用新型实施例一提供的垂直于试验件边缘的载荷的分析模拟示意图；

图9是本实用新型实施例一提供的试验件剪切应变E_XY的分析模拟示意图；

图10是本实用新型实施例一提供的试验件X向正应变E_XX的分析模拟示意图；

图11是本实用新型实施例一提供的试验件Y向正应变E_YY的分析模拟示意图；

图12是本实用新型实施例二提供的连接板的结构示意图；

图13是本实用新型实施例二提供的平行于试验件边缘的载荷的分析模拟示意图；

图14是本实用新型实施例二提供的垂直于试验件边缘的载荷的分析模拟示意图；

图15是本实用新型实施例二提供的试验件剪切应变E_XY的分析模拟示意图；

图16是本实用新型实施例二提供的试验件X向正应变E_XX的分析模拟示意图；

图17是本实用新型实施例二提供的试验件Y向正应变E_YY的分析模拟示意图；

图18是本实用新型实施例三提供的测试剪切性能的试验装置的结构示意图；

图19是本实用新型实施例三提供的平行于试验件边缘的载荷的分析模拟示意图；

图20是本实用新型实施例三提供的垂直于试验件边缘的载荷的分析模拟示意图；

图21是本实用新型实施例三提供的试验件剪切应变E_XY的分析模拟示意图；

图22是本实用新型实施例三提供的试验件X向正应变E_XX的分析模拟示意图；

图23是本实用新型实施例三提供的试验件Y向正应变E_YY的分析模拟示意图。

图中标记：

1、试验件；2、连接板；3、连接接头；4、加载接头；

11、第一连接结构；12、缺角；21、第一连接柱；22、第二连接结构；31、第一连接孔；32、第二连接孔；33、第二连接柱；41、第三连接孔；42、第四连接孔。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

本实用新型提供的测试剪切性能的试验装置，可以在试验件内部产生近似纯剪切的加载效果，尤其适合在对剪切载荷的施加精度要求较高的场合。该试验装置可应用于航空、航天、土木工程等工程领域的金属及复合材料壁板面内剪切性能测试。

实施例一

如图1-图5所示，本实施例提供了一种测试剪切性能的试验装置，其包括夹具、连接接头3和加载接头4，夹具与试验件1的边缘可拆卸连接，通过夹具沿试验件1的第一对角线施加载荷；第一对角线对应的两个角上均设置有连接接头3和加载接头4，连接接头3的一端与夹具铰接，另一端与加载接头4铰接，加载接头与试验机铰接。

本实施例提供的测试剪切性能的试验装置，将夹具与试验件1的边缘可拆卸连接，通过夹具沿试验件1的第一对角线施加载荷，第一对角线对应的两个角上均设置有连接接头3和加载接头4，连接接头3的一端与夹具铰接，另一端与加载接头4铰接，加载接头4与试验机铰接。夹具与试验件1连接以传递剪切载荷，试验机与加载接头4铰接，加载接头4与连接接头3铰接，连接接头3与夹具铰接，试验机施加的载荷通过加载接头4和连接接头3将载荷传递给试验件1的边缘，以使传递到试验件1边缘的载荷平行于试验件1的边缘。本实用新型提供的测试剪切性能的试验装置，载荷传递清晰，可以为试验件1提供近纯剪切的试验载荷，实现高精度的试验加载。

如图2所示，在本实施例中，试验件1的边缘设置有第一连接结构11，通过第一连接结构11与夹具可拆卸连接。试验件1的每个角处均设置为缺角12，试验件1相邻两边第一连接结构11的中心线的连线相交点为缺角12的边缘。这样的设置保证了剪切载荷对试验件1不产生额外的弯矩。这里的弯矩是指夹具内试验件1的弯矩。

可选地，缺角12为矩形、三角形或扇形。在本实施例中，缺角12为扇形，扇形的边缘为圆弧的中点，即试验件1相邻两边第一连接结构11的中心线的连线相交点为圆弧的中点(图2中的A点)。当然，在其他实施例中，缺角12也可以为矩形，试验件1相邻两边第一连接结构11的中心线的连线相交点为矩形一个角的顶点。缺角12也可以为等腰三角形，试验件1相邻两边第一连接结构11的中心线的连线相交点为等腰三角形斜边的中点。

可选地，试验件1上的第一连接结构11为螺纹孔，螺纹孔可以为单排或多排。在本实施例中，夹具上也设置有螺纹孔，通过螺栓将试验件1与夹具连接。在本实施例中，试验件1上设置的螺纹孔为单排，相邻两边的单排螺纹孔的中心线的连线相交点位于圆弧的中点上。在其他实施例中，也可以设置多排螺纹孔。当第一连接结构11为多排螺纹孔时，相邻两边多排螺纹孔的中心线的交点位于圆弧的中点上。当然，在其他实施例中，第一连接结构11也可以其他结构，例如第一连接结构11为凸块，在夹具上设置凹槽，凸块与凹槽卡接连接。

可选地，夹具包括多个连接板2，多个连接板2首尾相接设置于试验件1的边缘，位于第一对角线上的相接处通过连接接头3连接。在本实施例中，连接板2上还设置有第二连接结构22，第二连接结构22位于多个连接板2在非第一对角线上的相接处，第二连接结构22为螺纹孔，通过螺栓和螺纹孔将连接板2位于非第一对角线上的相接处连接。试验件1为矩形，连接板2设置为四个，位于第一对角线上的两个对角均设置有加载接头4，相邻两个连接板2与两个连接接头3一一对应连接。当然，在其他实施例中，试验件1也可以为正方形或其他形状。

可选地，连接板2上设置有第一连接柱21，连接接头3上设置有第一连接孔31和第二连接孔32，第一连接孔31与第一连接柱21铰接。加载接头4上设置有第三连接孔41和第四连接孔42，通过第一销轴将第二连接孔32和第三连接孔41连接；通过第二销轴将第四连接孔42与试验机连接。在本实施例中，两个连接接头3的第二连接孔32通过第一销轴与加载接头4连接，试验机通过加载接头4沿试验件1的第一对角线向外拉伸，将载荷传递给连接板2，连接板2通过螺栓将剪切载荷传递给试验件1。

可选地，如图3和图4所示，每个连接板2上设置一个第一连接柱21，每个连接板2对应一个连接接头3。在本实施例中，一个第一连接柱21设置于连接板2的端部，将第一连接柱21设置于连接板2的端部，相适应地，连接接头3的长度较短，以使连接接头3上的第一连接孔31与第一连接柱21配合连接。

在本实施例中，试验件1的正反两面均设置有连接板2和连接接头3。正反两面的连接板2和连接接头3将试验件1夹在中间，使得试验件1的两侧受力更加均匀。

可选地，如图5所示，加载接头4包括多个支耳，多个支耳上均设置有第三连接孔41，且多个支耳上的第三连接孔41位于同一中心线上。试验件1位于多个支耳的中间，试验件1上下两侧的连接接头3通过两个第一销轴分别与加载接头4连接。在本实施例中，连接接头3包括四个支耳，从上到下分别为第一支耳、第二支耳、第三支耳和第四支耳。位于试验件1上侧的两个连接接头3设置于第一支耳和第二支耳之间，通过一个第一销轴穿过第一支耳上的第三连接孔41、两个连接接头3的第二连接孔32和第二支耳上的第三连接孔41将两个连接接头3与加载接头4连接；位于试验件1下侧的两个连接接头3设置于第三支耳和第四支耳之间，通过另一个第一销轴穿过第四支耳上的第三连接孔41、两个连接接头3的第二连接孔32和第三支耳上的第三连接孔41将两个连接接头3与加载接头4连接。

本实施例提供的测试剪切性能的试验装置，连接板2与试验件1连接的螺栓的剪切载荷均匀性较好，不易造成试验件1边缘的提前破坏，且载荷对夹具连接板2的厚度变化不敏感，更有利于对夹具进行系统的设计和分析。

如图6所示，试验机拉伸载荷F沿试验件1第一对角线方向，通过夹具传递到试验件1边缘。由于两个连接接头3的两端均为铰接，所以只传递沿着连接板2长度方向的载荷F1和F2，根据力的三角形法则，可得到

试验件1边缘的平均剪切线载荷

即四边的平均剪切线载荷相同。试验件1相邻两边第一连接结构11的中心线的连线相交点与载荷F的作用点位置相同，理论上试验件1中没有额外的弯矩产生，只有剪切载荷。

采用有限元分析的方法进行试验件1的螺栓载荷和试验件1的应变分析，分析结果如图7-图11所示，螺栓剪切载荷主要为沿试验件1边缘方向，垂直于试验件1边缘的载荷较小。另外，螺栓最大剪切载荷和最小剪切载荷的比值仅为1.38，提高了试验夹具的可靠性。试验件1的剪切应变E_XY约为7.572×10^-3，而正应变E_XX仅为1.344×10^-4,E_YY仅为3.528×10^-5，获得了近似纯剪切的效果。需要说明的是，这里的剪切应变为试验件1在载荷作用下试验件1的长度变化值与原来的长度的比值，比如试验件1原来的长度为1m，在载荷作用下伸长了1mm,剪切应变E_XY为0.001。E_XX为X向的剪切应变，E_YY为Y向的剪切应变。在本实施例中，X向为试验件1的长度方向，Y向为试验件1的宽度方向。

实施例二

本实施例提供的测试剪切性能的试验装置与实施例一的区别在于：

如图12所示，每个连接板2上的一个第一连接柱21设置于连接板2的中部，相适应地，连接接头3的长度较长，以使连接接头3上的第一连接孔31与第一连接柱21配合连接。

采用有限元分析的方法进行试验件1的螺栓载荷和试验件1应变分析，由图13-图17可知，获得了与实施例一类似的效果。

实施例三

本实施例提供的测试剪切性能的试验装置与实施例一的区别在于：

如图18所示，每个连接板2上设置两个第一连接柱21，每个连接板2对应两个连接接头3，两个连接接头3铰接。具体地，两个连接接头3中，其中一个连接接头3的一端设置有第二连接柱33，通过第二连接柱33与另一个连接接头3铰接。在本实施例中，其中一个连接接头3的第二连接柱33与另一个连接接头3的第二连接孔32铰接。

采用有限元分析试验件1的受载情况，图19和图20分别为试验件1受到的平行于边缘的载荷和试验件1受到的垂直于边缘的载荷的分析模拟示意图。图21-图23为试验件1应变分析模拟示意图，从中可以看出，获得了与实施例一类似的效果，且螺栓载荷更加均匀，试验件1的剪切应变也更加均匀。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种测试剪切性能的试验装置，其特征在于，包括：

夹具，所述夹具与试验件(1)的边缘可拆卸连接，通过所述夹具沿所述试验件(1)的第一对角线施加载荷；

连接接头(3)和加载接头(4)，所述第一对角线对应的两个角上均设置有所述连接接头(3)和所述加载接头(4)，所述连接接头(3)的一端与所述夹具铰接，另一端与所述加载接头(4)铰接，所述加载接头(4)与试验机铰接。

2.根据权利要求1所述的测试剪切性能的试验装置，其特征在于，所述夹具包括多个连接板(2)，多个所述连接板(2)首尾相接设置于所述试验件(1)的边缘，位于所述第一对角线上的相接处通过所述连接接头(3)连接。

3.根据权利要求2所述的测试剪切性能的试验装置，其特征在于，所述连接板(2)上设置有第一连接柱(21)，所述连接接头(3)上设置有第一连接孔(31)，所述第一连接孔(31)与所述第一连接柱(21)铰接。

4.根据权利要求3所述的测试剪切性能的试验装置，其特征在于，每个所述连接板(2)上设置一个所述第一连接柱(21)，每个所述连接板(2)对应一个所述连接接头(3)。

5.根据权利要求4所述的测试剪切性能的试验装置，其特征在于，一个所述第一连接柱(21)设置于所述连接板(2)的端部或中部。

6.根据权利要求3所述的测试剪切性能的试验装置，其特征在于，每个所述连接板(2)上设置两个所述第一连接柱(21)，每个所述连接板(2)对应两个所述连接接头(3)，且两个所述连接接头(3)铰接。

7.根据权利要求6所述的测试剪切性能的试验装置，其特征在于，两个所述连接接头(3)中，其中一个所述连接接头(3)的一端设置有第二连接柱(33)，通过所述第二连接柱(33)与另一个所述连接接头(3)铰接。

8.根据权利要求3所述的测试剪切性能的试验装置，其特征在于，所述连接接头(3)上设置有第二连接孔(32),所述加载接头(4)上设置有第三连接孔(41)，通过第一销轴将所述第二连接孔(32)和所述第三连接孔(41)连接。

9.根据权利要求8所述的测试剪切性能的试验装置，其特征在于，所述加载接头(4)上设置有第四连接孔(42)，通过第二销轴将所述第四连接孔(42)与所述试验机连接。

10.根据权利要求1-9任一项所述的测试剪切性能的试验装置，其特征在于，所述加载接头(4)包括多个支耳，多个所述支耳上均设置有第三连接孔(41)，且多个所述支耳上的所述第三连接孔(41)位于同一中心线上；所述试验件(1)位于多个所述支耳的中间，所述试验件(1)上下两侧的所述连接接头(3)通过两个第一销轴分别与所述加载接头(4)连接。

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