CN214749410U - 拉伸压缩双用蠕变测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种拉伸压缩双用蠕变测试装置，包括装置架、试件夹具、荷重加载机构和线性位移传感器，其中，装置架包括上下相对设置的顶板和底板，顶板和底板之间至少通过四根互相平行的支撑杆固定连接，支撑杆表面光滑；试件夹具用于放置蠕变测试用的试件，试件置于试件夹具中间，试件夹具的两端均与支撑杆滑动配合，试件夹具的其中一端与底板固定连接，另一端为移动端；荷重加载机构至少包括滑轮组和荷重，滑轮组至少有一个动滑轮和若干定滑轮，荷重通过钢丝绳对蠕变测试的试件施加作用力，作用力方向与试件的轴心线在同一条直线上；线性位移传感器采集试件蠕变测试时的位移量数据。

Description

拉伸压缩双用蠕变测试装置

技术领域

本实用新型涉及竹/木基材料的物理力学性能测试装置，涉及蠕变测试装置。

背景技术

木材、竹材或竹木基材料是四大建材中唯一可再生的绿色环保材料，然而衡量其长期服役性能的重要指标之一—蠕变性能虽历经前人半个多世纪的研究，但对其发生发展的机理及其定量化预测无论是学术界还是工程界均存在较大争议。尤其是这类材料在自然服役环境（即变温变湿环境）下的普通蠕变（Normal Creep）和机械吸附蠕变（MechanicalSorptive Creep，简称MSC）一直是学术界研究的热点和难点问题。

现有技术中，多采用静曲蠕变来研究木材或竹材的蠕变，如本申请人于2020年3月30日提交的《蠕变测试装置、木材蠕变测试系统及测试方法》（申请号2020102392173）中国发明专利申请，其公开了一种蠕变测试装置以及针对包括本实用新型改进的蠕变测试装置的测试系统，本实用新型提供的木材蠕变测试系统，在进行木材的蠕变试验可以同时进行一定数目的试件样本测试，本实用新型的整个系统可以对木材普遍蠕变和复杂的变湿蠕变挠度、干缩湿胀量、环境温湿度参数进行长期连续稳定的检测、记录和显示，为木材MSC行为规律和蠕变机理的探究提供试验依据及测试平台。

但采用单一的静曲蠕变来研究木/竹材由此带来无法回避的问题是，从受力分析角度来看，材料的静曲蠕变实际上是材料上半部分的压缩蠕变和下半部分拉伸蠕变的耦合。而木材和竹材各向异性的特殊材性导致其拉伸、压缩和静曲受力状态下的力学性能的迥异，例如大部分木材的拉伸弹性模量是弯曲弹性模量的1.1-1.2倍，是压缩弹性模量的1.1倍左右。因此，用单一的静曲蠕变来研究木/竹材蠕变性能势必会掩盖纯拉和纯压受力状态下木/竹材特殊的蠕变规律及性能，测试内容及测得数据更是乏善可陈。因此，现有技术中缺少可拉伸和压缩的蠕变测试的装置，极大制约了相关研究的深入与发展。

实用新型内容

为了克服上述缺陷，本实用新型提供了一种拉伸压缩双用蠕变测试装置，而且通过试件夹具的简单变换和滑轮组，在一套系统上可实现拉伸和压缩蠕变的自由切换，填补了技术空白。

本实用新型通过以下技术方案实现：

拉伸压缩双用蠕变测试装置，包括装置架、试件夹具、荷重加载机构和线性位移传感器，其中，装置架包括上下相对设置的顶板和底板，顶板和底板之间至少通过四根互相平行的支撑杆固定连接，支撑杆表面光滑；试件夹具用于放置蠕变测试用的试件，试件置于试件夹具中间，试件夹具两端分别设有相同的夹具座板，夹具座板为矩形，四根支撑杆分别从夹具座板的四个拐角处垂直穿过，其中一个夹具座板与底板固定连接，另一个夹具座板与支撑杆滑动配合；荷重加载机构至少包括滑轮组和荷重，滑轮组至少有一个动滑轮和若干定滑轮，荷重通过钢丝绳穿过滑轮组后与试件夹具上的移动端连接，并通过移动端的试件夹具对蠕变测试的试件施加作用力，作用力方向与试件的轴心线在同一条直线上；线性位移传感器采集试件蠕变测试时的位移量数据。

试件夹具两端分别设有相同的夹具座板，夹具座板为矩形，四根支撑杆分别从夹具座板的四个拐角处垂直穿过，夹具座板与支撑杆滑动配合，其中一个夹具座板与底板固定连接。

钢丝绳的末端设有与夹具座板平行的荷载座板，四根支撑杆分别从荷载座板垂直穿过，荷载座板与支撑杆滑动配合，荷载座板与试件夹具移动端的夹具座板固定连接。通过荷载座板能够将滑轮组的作用力均匀地施加在试件夹具的移动端，保证作用力的稳定有效。

动滑轮设于荷载座板上方，动滑轮与荷载座板转动连接；所述定滑轮设有两个，其中第一定滑轮设于动滑轮的上方，第二定滑轮设于一侧，第一定滑轮和第二定滑轮均与顶板转动连接，第一定滑轮、第二定滑轮和动滑轮的轮轴互相平行。

动滑轮和第一定滑轮均为三轮滑轮，第二定滑轮为单轮滑轮；钢丝绳的末端与动滑轮的挂钩连接，钢丝绳在动滑轮和第一定滑轮之间绕三圈后，从动滑轮引出再从第二定滑轮的上面绕过，钢丝绳的前端竖直向下连接荷重。

钢丝绳在动滑轮和第一定滑轮之间的绕制方式有两种，即钢丝绳的末端要么连接在动滑轮的挂钩上，要么连接在第一定滑轮的挂钩上，这样的话，可以产生1:7或者1:6的两种荷重作用力放大比例。

夹具座板上朝向试件夹具的一面中央设有环形连接槽，试件夹具两端分别设有可插入环形连接槽的连接柱，连接柱与环形连接槽通过插销连接。

所述试件夹具为一对拉伸夹座，每个拉伸夹座设有开口槽，开口槽为燕尾槽，两个拉伸夹座的开口槽相对，试件的两端分别限制在拉伸夹座的开口槽内，开口槽的内壁光滑，在试件与开口槽两侧内壁之间设有楔形滑块，楔形滑块的侧视投影为直角梯形，楔形滑块与试件贴合的一面为竖直面，在竖直面设有防滑纹，在开口槽两端敞口处分别设有限位杆，限位杆的两端与拉伸夹座固定连接。限位杆既可以加强试件端部两侧的楔形滑块夹持的力度，又能够防止楔形滑块在开口槽内滑动。

在拉伸夹座的底部上对应于楔形滑块的位置设有顶紧螺栓，所述顶紧螺栓穿过拉伸夹座的底部后顶在楔形滑块的底部，顶紧螺栓与拉伸夹座螺纹配合。

楔形滑块的竖直面与试件接触并夹紧试件，试件的两端无需加工成和开口槽相同的截面形状（梯形），可以直接加工成互相平行的一对平面，降低试件的加工难度。在竖直面的防滑纹能够阻止试件相对于楔形滑块在作用力方向上的位移。通过顶紧螺栓将楔形滑块向开口槽的槽口方向推动，能够产生横向的对试件端部两侧的压力，获得更好的限制试件效果。

所述试件夹具为一对压盘，压盘分别固定在夹具座板上，每个压盘设有限位槽，两个压盘的限位槽相对，试件的两端分别限制在压盘的限位槽内。限位槽能够防止试件在非作用力方向上的位移。

线性位移传感器设有两个，线性位移传感器分别通过传感器支架与最近的支撑杆固定连接，线性位移传感器的探头方向相反；在试件夹具上的试件中部设有一对承接平台，承接平台一端与试件固定连接，另一端分别伸至线性位移传感器的探头前。

当需要进行拉伸蠕变测试时，可以将试件夹具上靠近底板的夹具座板与底板固定连接作为固定端，移动端的夹具座板则与荷重加载机构的钢丝绳连接。当荷重通过钢丝绳经过滑轮组之后对移动端产生作用力，由于移动端的夹具座板相对于试件而言，是在靠近顶板的这一侧，所以，对试件产生的是拉伸的作用力。

当需要进行压缩蠕变测试时，可以将试件夹具上远离底板的夹具座板与底板固定连接作为固定端，移动端的夹具座板则与荷重加载机构的钢丝绳连接。当荷重通过钢丝绳经过滑轮组之后对移动端产生作用力，由于移动端的夹具座板相对于试件而言，是在靠近底板的这一侧，所以，对试件产生的是压缩的作用力。

附图说明

图1为本实用新型拉伸蠕变测试装置立体示意图。

图2为本实用新型拉伸蠕变测试装置侧视示意图。

图3为本实用新型压缩蠕变测试装置立体示意图。

图4为本实用新型压缩蠕变测试装置侧视示意图。

图5为本实用新型拉伸蠕变测试装置试件夹具示意图。

图6为本实用新型拉伸蠕变测试装置拉伸夹座示意图。

图7为本实用新型压缩蠕变测试装置试件夹具示意图。

图8为本实用新型压缩蠕变测试装置压盘示意图。

图9为本实用新型蠕变测试装置夹具座板结构示意图。

图10为第一定滑轮、第二定滑轮与顶板连接结构示意图。

图11为动滑轮与荷载座板连接结构示意图。

图12为拉伸夹座与夹具座板连接结构示意图。

图13为压盘与夹具座板连接结构示意图。

具体实施方式

结合图1至图5所示，本实用新型的蠕变测试装置至少包括装置架100、试件夹具200、荷重加载机构300和线性位移传感器400，试件夹具200、荷重加载机构300和线性位移传感器400均设于装置架100上。

在本实施例中，装置架100包括上下相对设置的顶板110和底板120，顶板110和底板120之间至少通过四根互相平行的支撑杆130固定连接，支撑杆130的表面光滑。

试件夹具200用于放置蠕变测试用的试件201，试件201置于试件夹具200中间，试件夹具200的两端均与支撑杆130滑动配合，试件夹具200的其中一端为固定端202，固定端202相对于装置架100的位置不变，另一端为移动端203。

为了方便试件夹具200与装置架100连接，在试件夹具200的两端分别固定设有夹具座板204，四根支撑杆130分别从夹具座板204垂直穿过，如图1和图3，夹具座板204为矩形，支撑杆130分别从夹具座板204的四个拐角穿过。其中位于固定端202的夹具座板204相对于支撑杆130的位置固定不变，位于移动端203的夹具座板204可以带动试件夹具200的移动端203沿支撑杆130的方向滑动，从而对试件夹具200上的试件201施加拉伸或者压缩的作用力。

只要有力作用于移动端203，便能对试件201产生作用力，至于哪一端作为固定端哪一端作为移动端，以及蠕变测试是拉伸蠕变测试还是压缩蠕变测试，均可通过限制其中一端的移动，而让另一端相对运动，根据运动方向，便可以让同一个装置适用不同的蠕变测试。

作用力由荷重加载机构300提供，荷重加载机构300至少包括滑轮组和荷重301，滑轮组至少有一个动滑轮302和若干定滑轮，荷重加载机构300设于试件夹具200的上方，荷重加载机构300的定滑轮固定在顶板110上。荷重301通过钢丝绳303穿过滑轮组后与试件夹具201上与移动端203连接，并通过移动端203的试件夹具200对蠕变测试的试件201施加作用力，作用力方向与试件201的轴心线在同一条直线上，且试件夹具200的施加作用力方向与支撑杆130的方向平行，如此才能实现移动端203的位移。

如图1和图2所示，当需要用来进行拉伸蠕变测试时，可以将试件夹具200上靠近底板120的夹具座板204与底板120固定连接作为固定端202，移动端203的夹具座板204则与荷重加载机构300的钢丝绳303连接。当荷重301通过钢丝绳303经过滑轮组之后对移动端203产生作用力，移动端203的夹具座板204相对于试件而言，是在顶板110的这一侧，所以当移动端203被拉动时，是朝顶板110的方向拉动，那么便是对试件201产生的是拉伸的作用力。

如图3和图4所示，当需要进行压缩蠕变测试时，可以将试件夹具200上远离底板120的夹具座板204与底板120固定连接作为固定端202，移动端203的夹具座板204则与荷重加载机构300的钢丝绳303连接。当荷重301通过钢丝绳303经过滑轮组之后对移动端203产生作用力，移动端203的夹具座板204相对于试件而言，是在靠近底板120的这一侧，当移动端203被拉动时，依然是朝顶板110的方向拉动，所以此时对试件201产生的是压缩的作用力。

在进行拉伸测试时，可以将固定端202的夹具座板204直接通过螺栓与底板120固定连接，而移动端203的夹具座板204直接与钢丝绳303连接便能完成测试。

但当进行压缩测试时，本实施例中的荷重加载机构300无法产生向底板120方向的作用力，为了压缩试件，只能将靠近顶板110这一侧的夹具座板204固定，再通过拉动靠近底板120的夹具座板204来产生压缩作用力。夹具座板204的固定，如果直接与支撑杆固定连接，不易实现，因为整个装置在实验过程中要保证支撑杆与夹具座板之间的摩擦力最小，不能因为要将夹具座板204固定，便使用限位结构或者锁止结构来毁坏支撑杆130的表面。

另外，荷重加载机构300的作用力在绕过距离最近的夹具座板204之后，再与靠近底板120的夹具座板204传动连接，很难保证作用力能够有效地、方向准确地作用在试件201上。

所以，在本实施例中，钢丝绳303的末端设有与夹具座板204平行的荷载座板304，荷载座板304的结构实质上与夹具座板204的结构相同。四根支撑杆130同样地分别从荷载座板304的四个拐角处垂直穿过，荷载座板304与支撑杆130滑动配合，荷载座板304与试件夹具200移动端203的夹具座板204固定连接，带动其沿支撑杆130运动。通过荷载座板304能够将滑轮组的作用力均匀地施加在试件夹具200的移动端203，保证作用力的稳定有效。

在本实施例中，夹具座板204的结构如图9，靠近四个顶角的位置，有供支撑杆130穿过的通孔215。在靠近拐角位置的对角线上，还设有四个通孔216，这四个通孔216，是供螺栓穿过，将夹具座板204与底板120之间的连接。荷载座板304的结构与夹具座板204的结构相同，通孔的位置和大小都是相同的。

如图1所述，在进行拉伸测试时，荷载座板304与最接近的夹具座板204固定连接即可。如图3、图4，在进行压缩测试时，荷载座板304通过一对螺栓214从同一对角线上的两个通孔216穿过后与靠近底板120的夹具座板204固定连接，而靠近荷载座板304的夹具座板204通过一对螺栓213从另一对角线上的两个通孔216穿过后与底板120固定连接。螺栓214和螺栓213除了连接两个部件，都需要贯穿一个夹具座板，为了不妨碍，通孔216的直径应该大于螺栓214和螺栓213的直径。

本实施例中的动滑轮302设于荷载座板304上方，动滑轮302与荷载座板304转动连接。即荷载座板304相当于动滑轮302的一部分随动滑轮302一起运动。

结合图1和图3，所述定滑轮设有两个，其中第一定滑轮305设于动滑轮302的上方，第二定滑轮306设于一侧，第一定滑轮305和第二定滑轮306均与顶板110转动连接，第一定滑轮305、第二定滑轮306和动滑轮302的轮轴互相平行。第一定滑轮305和动滑轮302上下设置，能够保证通过钢丝绳303从荷重301传过来的作用力能竖直地作用在荷载座板304上。

动滑轮302和第一定滑轮305均为三轮滑轮，第二定滑轮为306单轮滑轮。钢丝绳303在动滑轮302和第一定滑轮305之间绕制，最后从第二定滑轮306的上面绕过，钢丝绳303在动滑轮302和第一定滑轮305之间的绕制方式有两种，即钢丝绳303的末端要么连接在动滑轮302的挂钩上，要么连接在第一定滑轮305的挂钩上，这样的话，可以产生1:7或者1:6的两种荷重301作用力放大比例。

在本实施例中，钢丝绳303的末端首先与动滑轮302的挂钩连接，钢丝绳303在动滑轮302和第一定滑轮305之间绕三圈后，从动滑轮302引出再从第二定滑轮306的上面绕过，钢丝绳303的前端竖直向下连接荷重301。这样可以产生1:7的作用力放大效果。

线性位移传感器400采集试件201蠕变测试时的位移量数据。

结合图1、4、5和图7，本实用新型的线性位移传感器400设有两个，线性位移传感器400分别通过传感器支架401与最近的支撑杆130固定连接。无论是拉伸蠕变测试还是压缩蠕变测试，均需要测试试件201有效段的变化量，所以每组测试的线性位移传感器400的探头方向相反。

在试件夹具200上的试件201中部设有一对承接平台402，承接平台402一端与试件201固定连接，另一端分别伸至线性位移传感器400的探头前。承接平台402固定在试件201的有效段两端，通过线性位移传感器400获得的测试值为试件201有效段的变化量。

作为本实用新型的拉伸蠕变测试装置，如图5所示，试件夹具200为一对拉伸夹座205，拉伸夹座205分别固定在夹具座板204上，结合图6，每个拉伸夹座205设有开口槽206，两个拉伸夹座205的开口槽206相对，试件201的两端分别限制在拉伸夹座205的开口槽206内。

为了防止试件201因作用力在开口槽206内沿作用力方向移动，开口槽206为燕尾槽。

开口槽206的内壁光滑，在试件201与开口槽206两侧内壁之间设有楔形滑块208，楔形滑块208的侧视投影为直角梯形，楔形滑块208与试件201贴合的一面为竖直面，在竖直面设有防滑纹207。楔形滑块208的竖直面与试件201接触并夹紧试件201，试件201的两端无需加工成和开口槽206相同的截面形状（梯形），可以直接加工成互相平行的一对平面，降低试件201的加工难度。在竖直面的防滑纹207能够阻止试件201相对于楔形滑块208在作用力方向上的位移。

在拉伸夹座205的底部上对应于楔形滑块208的位置设有顶紧螺栓209，所述顶紧螺栓209穿过拉伸夹座205的底部后顶在楔形滑块208的底部，顶紧螺栓209与拉伸夹座205螺纹配合。通过顶紧螺栓209将楔形滑块208向开口槽206的槽口方向推动，能够产生横向的对试件201端部两侧的压力，获得更好的限制试件201效果。

在开口槽206两端敞口处分别设有限位杆210，限位杆210的两端与拉伸夹座205固定连接。限位杆210既可以加强试件201端部两侧的楔形滑块208夹持的力度，又能够防止楔形滑块208在开口槽206内滑动。

作为本实用新型的压缩蠕变测试装置，如图7所示，试件夹具200为一对压盘211，压盘211分别固定在夹具座板204上，结合图8，每个压盘211设有限位槽212，两个压盘211的限位槽212相对，试件201的两端分别限制在压盘211的限位槽212内。限位槽212能够防止试件201在非作用力方向上的位移。

在本实施例中，动滑轮302与荷载座板304、两个定滑轮与顶板110以及试件夹具与夹具座板204之间的固定连接方式，均采用了在各部件的底部或者壳体上分别固定设置了连接柱150、环形连接槽151和插销152的连接方式来固定，如图10至13所示，在第一定滑轮305、第二定滑轮306上分别设置了连接柱150，在顶板110上对应位置设置了环形连接槽151；在动滑轮302上设置了连接柱150，在荷载座板304上对应位置设置了环形连接槽151；在拉伸夹具205上设置了连接柱150，在夹具座板204上朝向试件夹具的一面中央设有环形连接槽151；在压盘211上设置了连接柱150，在夹具座板204上朝向试件夹具的一面中央设有环形连接槽151。每组要连接的部件，将部件上的连接柱150插入环形连接槽151之后，通过插销152插入在连接柱150和环形连接槽151上预留的销孔，便实现了两者的连接。

这种可拆卸的连接方式，尤其是对于试件夹具200而言，拉伸夹具205和压盘211的更换方便快捷，能够根据需要来任意选择和调整试件夹具。

本实施例中的支撑杆130有六根，其中的两根支撑杆130连接顶板110和底板120，另外四根支撑杆130连接顶板110和底板120，并穿过夹具座板204和荷载座板304。

荷重加载机构300的第一定滑轮305和第二定滑轮306沿顶板110较长方向的中心线从内向外设置，动滑轮302位于第一定滑轮305正下方；所述第一定滑轮305、动滑轮302、荷重座板304、夹具座板204、试件夹具200以及试件201的轴心线和重心均在同一竖直线上，如此可以保证作用力能够有效地传递至试件。

Claims (9)

1.拉伸压缩双用蠕变测试装置，其特征在于，包括装置架、试件夹具、荷重加载机构和线性位移传感器，其中，

装置架包括上下相对设置的顶板和底板，顶板和底板之间至少通过四根互相平行的支撑杆固定连接，支撑杆表面光滑；

试件夹具用于放置蠕变测试用的试件，试件置于试件夹具中间，试件夹具两端分别设有相同的夹具座板，夹具座板为矩形，四根支撑杆分别从夹具座板的四个拐角处垂直穿过，其中一个夹具座板与底板固定连接，另一个夹具座板与支撑杆滑动配合；

荷重加载机构至少包括滑轮组和荷重，滑轮组至少有一个动滑轮和若干定滑轮，荷重通过钢丝绳穿过滑轮组后与试件夹具上的移动端连接，并通过移动端的试件夹具对蠕变测试的试件施加作用力，作用力方向与试件的轴心线在同一条直线上；

线性位移传感器采集试件蠕变测试时的位移量数据。

2.根据权利要求1所述的拉伸压缩双用蠕变测试装置，其特征在于，夹具座板上朝向试件夹具的一面中央设有环形连接槽，试件夹具两端分别设有可插入环形连接槽的连接柱，连接柱与环形连接槽通过插销连接。

3.根据权利要求2所述的拉伸压缩双用蠕变测试装置，其特征在于，所述试件夹具为一对拉伸夹座，每个拉伸夹座设有开口槽，开口槽为燕尾槽，两个拉伸夹座的开口槽相对，试件的两端分别限制在拉伸夹座的开口槽内，开口槽的内壁光滑，在试件与开口槽两侧内壁之间设有楔形滑块，楔形滑块的侧视投影为直角梯形，楔形滑块与试件贴合的一面为竖直面，在竖直面设有防滑纹，在开口槽两端敞口处分别设有限位杆，限位杆的两端与拉伸夹座固定连接。

4.根据权利要求3所述的拉伸压缩双用蠕变测试装置，其特征在于，在拉伸夹座的底部上对应于楔形滑块的位置设有顶紧螺栓，所述顶紧螺栓穿过拉伸夹座的底部后顶在楔形滑块的底部，顶紧螺栓与拉伸夹座螺纹配合。

5.根据权利要求2所述的拉伸压缩双用蠕变测试装置，其特征在于，所述试件夹具为一对压盘，压盘分别固定在夹具座板上，每个压盘设有限位槽，两个压盘的限位槽相对，试件的两端分别限制在压盘的限位槽内。

6.根据权利要求1所述的拉伸压缩双用蠕变测试装置，其特征在于，钢丝绳的末端设有与夹具座板平行的荷载座板，四根支撑杆分别从荷载座板垂直穿过，荷载座板与支撑杆滑动配合，荷载座板与试件夹具移动端的夹具座板固定连接。

7.根据权利要求6所述的拉伸压缩双用蠕变测试装置，其特征在于，动滑轮设于荷载座板上方，动滑轮与荷载座板转动连接；所述定滑轮设有两个，其中第一定滑轮设于动滑轮的上方，第二定滑轮设于一侧，第一定滑轮和第二定滑轮均与顶板转动连接，第一定滑轮、第二定滑轮和动滑轮的轮轴互相平行。

8.根据权利要求7所述的拉伸压缩双用蠕变测试装置，其特征在于，动滑轮和第一定滑轮均为三轮滑轮，第二定滑轮为单轮滑轮；钢丝绳的末端与动滑轮的挂钩连接，钢丝绳在动滑轮和第一定滑轮之间绕三圈后，从动滑轮引出再从第二定滑轮的上面绕过，钢丝绳的前端竖直向下连接荷重。

9.根据权利要求1至8任一项所述的拉伸压缩双用蠕变测试装置，其特征在于，线性位移传感器设有两个，线性位移传感器分别通过传感器支架与最近的支撑杆固定连接，线性位移传感器的探头方向相反；在试件夹具上的试件中部设有一对承接平台，承接平台一端与试件固定连接，另一端分别伸至线性位移传感器的探头前。

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