CN107941600B - 一种用于复合材料拉伸试验的缓冲装置 - Google Patents

一种用于复合材料拉伸试验的缓冲装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于复合材料拉伸试验的缓冲装置，包括：主体盒、第一级顶板和第二级顶板；主体盒的上端中部设置有上插销头，下端中部设置有通孔，内部设置有空腔；第一级顶板设置在所述空腔中，其底面设置有下插销头；下插销头穿过主体盒上的通孔从主体盒的底部伸出；第一级顶板上设置有至少两根第一级弹簧；第一级弹簧的两端分别与第一级顶板的上表面以及空腔内壁的顶部连接；第二级顶板设置在第一级顶板的上方；第二级顶板上设置有至少两根第二级弹簧；第二级弹簧的两端分别与第二级顶板的上表面以及空腔内壁的顶部连接。应用本发明可有效避免材料试验机的上夹头的冲击力对试件造成损伤甚至破坏。

Description

一种用于复合材料拉伸试验的缓冲装置
技术领域
本申请涉及复合材料拉伸试验技术领域，尤其涉及一种用于复合材料拉伸试验的缓冲装置。
背景技术
在进行复合材料拉伸试验时，可以使用非损伤试验方法进行拉伸试验。上述非损伤试验方法的核心在于：在整个老化周期内，利用相同的试验样本进行弹性模量的测试。因此，确保拉伸试验过程中试件不被破坏是试验成功与否的关键。
在现有技术中，一般是使用材料试验机对复合材料进行拉伸试验。图1为现有技术中进行复合材料拉伸试验时的装置连接示意图。如图1所示，材料试验机的上夹头12与试验机反力横梁11固定连接；材料试验机的下夹头13固定在底座14上；试验机反力横梁11与底座14通过试验机顶升立柱15连接。
在进行复合材料拉伸试验时，材料试验机的上夹头12和下夹头13分别夹住试样10的两端；然后，材料试验机的上夹头12缓慢上升，提供相应的拉升力，对试样10进行拉伸，从而进行相应的拉伸试验。
在现有技术中，经常所使用的材料试验机(例如，万能试验机)能够实现在在某一规定变形值或拉力值时自动或手动停止。但是，在进行上述复合材料拉伸试验时，当材料试验机达到指定拉力而停止时，试验机反力横梁11和下夹头13将立即停止，而上夹头12由于惯性的原因还将继续带动试样10向上运动。而且，当上夹头12从向上拉伸状态突然停止时，上夹头12将对试样10产生较大的冲击力。该冲击力经常会对试件造成损伤，甚至破坏试件，从而导致复合材料拉伸试验的失败。
因此可知，如何有效地避免上述的上夹头的冲击力对试件造成损伤甚至破坏，已经成为本领域中的一个亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于复合材料拉伸试验的缓冲装置，从而可以有效地避免材料试验机的上夹头的冲击力对试件造成损伤甚至破坏。
本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种用于复合材料拉伸试验的缓冲装置，该缓冲装置包括：主体盒、第一级顶板和第二级顶板；
所述主体盒的上端中部设置有上插销头；所述主体盒的下端中部设置有通孔；所述主体盒的内部设置有空腔；
所述第一级顶板设置在所述空腔中，所述第一级顶板的底面设置有下插销头；所述下插销头穿过所述主体盒上的通孔从所述主体盒的底部伸出；所述第一级顶板上设置有至少两根第一级弹簧；所述第一级弹簧的两端分别与所述第一级顶板的上表面以及所述空腔内壁的顶部连接；
所述第二级顶板设置在所述第一级顶板的上方，所述第二级顶板上设置有至少两根第二级弹簧；所述第二级弹簧的两端分别与所述第二级顶板的上表面以及所述空腔内壁的顶部连接。
较佳的，所述缓冲装置中还进一步包括：第三级顶板；
所述第三级顶板设置在所述第二级顶板的上方，第三级顶板上设置有至少两根第三级弹簧；所述第三级弹簧的两端分别与所述第三级顶板的上表面以及所述空腔内壁的顶部连接。
较佳的，所述缓冲装置的主体盒的空腔内壁的顶部设置有位移限制块。
较佳的，除第一级顶板外，其它各级顶板的两端分别通过拉索与所述空腔内壁的顶部连接。
较佳的，所述第一级顶板的两端分别设置有至少一个卡销；
所述空腔的两个侧壁上分别设置有与所述卡销对应的卡槽。
较佳的，各级弹簧中的各根弹簧均沿着所述主体盒的长度方向对称分布。
较佳的，所述第一级顶板上设置有4根第一级弹簧；
所述第二级顶板上设置有2根第二级弹簧；
所述第三级顶板上设置有2根第三级弹簧。
较佳的，所述上插销头上还设置有供插销穿过的第一插销孔。
较佳的，所述下插销头的底部设置有供所述上夹头***的容纳腔；所述下插销头上还设置有供插销穿过的第二插销孔。
如上可见，在本发明中的用于复合材料拉伸试验的缓冲装置中，由于设置了各级顶板和各级弹簧，因此具有很好的能量吸收能力，即在经过很小的位移之后即可吸收很多的冲击能量，从而可以有效地对材料试验机停止时产生的冲击作用起到很好的缓冲作用，能够有效地防止材料试验机的上夹头从向上拉伸状态突然停止时的冲击作用对试件造成损伤，而且还可以避免因为过大的缓冲距离而使得试样被破坏。
附图说明
图1为现有技术中进行复合材料拉伸试验时的装置连接示意图。
图2为本发明实施例中的设置有缓冲装置的材料试验机的示意图。
图3为本发明实施例中的缓冲装置的立体示意图。
图4为本发明实施例中的缓冲装置的俯视图。
图5为本发明实施例中的缓冲装置的竖向剖面图。
图6为本发明实施例中的缓冲装置的横向剖面图。
图7为本发明实施例中的第一级顶板、第二级顶板和第三级顶板的俯视对比示意图。
图8为本发明实施例中的缓冲装置中的第一级弹簧组被压缩而第二、三级弹簧组未被压缩时的示意图。
图9为本发明实施例中的缓冲装置中的第一、二级弹簧组被压缩而第三级弹簧组未被压缩时的示意图。
图10为本发明实施例中的缓冲装置中的第一、二、三级弹簧组被压缩时的示意图。
图11为本发明实施例中的缓冲装置中的第一、二、三级弹簧组完全被压缩时的示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
为了防止拉头从向上拉伸状态突然停止时的冲击作用对试件造成损伤甚至破坏试件，本发明中提出了一种用于复合材料拉伸试验的缓冲装置。
图3为本发明实施例中的缓冲装置的立体示意图，图4为本发明实施例中的缓冲装置的俯视图，图5为本发明实施例中的缓冲装置的竖向剖面图，图6为本发明实施例中的缓冲装置的横向剖面图。如图3～6所示，本发明实施例中的用于复合材料拉伸试验的缓冲装置包括：主体盒51、第一级顶板21和第二级顶板22；
所述主体盒51的上端中部设置有上插销头511；所述主体盒51的下端中部设置有通孔；所述主体盒51的内部设置有空腔510；
所述第一级顶板21设置在所述空腔510中，所述第一级顶板21的底面设置有下插销头211；所述下插销头211穿过所述主体盒51上的通孔从所述主体盒51的底部伸出；所述第一级顶板21上设置有至少两根第一级弹簧31；所述第一级弹簧31的两端分别与所述第一级顶板21的上表面以及所述空腔510内壁的顶部连接；
所述第二级顶板22设置在所述第一级顶板21的上方，所述第二级顶板22的两端分别通过第二拉索42与所述空腔510内壁的顶部连接；所述第二级顶板22上设置有至少两根第二级弹簧32；所述第二级弹簧32的两端分别与所述第二级顶板22的上表面以及所述空腔510内壁的顶部连接。
在上述的用于复合材料拉伸试验的缓冲装置中，在所述主体盒51的所述空腔510中设置了两级顶板：第一级顶板21和第二级顶板22。
在本发明的技术方案中，可以根据实际应用情况的需要，在所述主体盒的所述空腔中设置N(N≥2)级顶板，其中N的取值可以根据实际应用情况的需要而预先设定。
例如，较佳的，如图5所示，在本发明的一个具体实施例中，上述缓冲装置中还可以进一步包括：第三级顶板23；
所述第三级顶板23设置在所述第二级顶板22的上方，第三级顶板23上设置有至少两根第三级弹簧33；所述第三级弹簧33的两端分别与所述第三级顶板23的上表面以及所述空腔510内壁的顶部连接。
此时，本发明中的用于复合材料拉伸试验的缓冲装置中设置了三级顶板：第一级顶板21、第二级顶板22和第三级顶板23。
在所述主体盒的所述空腔中设置M(M≥4)级顶板的情况可以依此类推，在此不再一一列举。
图2为本发明实施例中的设置有缓冲装置的材料试验机的示意图。图8～图11是本发明实施例中的缓冲装置中的工作原理图，如图2、图8～图11所示，在本发明中的上述缓冲装置中，上述主体盒51上的上插销头511可以与试验机反力横梁11连接，而所述第一级顶板21上的下插销头211则可以与材料试验机的上夹头12连接。因此，在进行复合材料拉伸试验时，试验机反力横梁11的向上的拉力可以通过上述的缓冲装置的主体盒传递到第一级顶板21，并带动上夹头12所夹持的试样10一起向上移动，完成既定拉伸任务。当完成预定的拉伸后，材料试验机停止，试验机反力横梁11带动着上述缓冲装置的主体盒51也立即停止。但是，由于惯性作用，上述缓冲装置中的第一级顶板21、上夹头12和试件10仍然会继续向上移动。此时，本发明中的上述缓冲装置将开始发挥作用。以上述缓冲装置中设置了三级顶板(即上述的N＝3)为例，上述缓冲装置的缓冲全过程可以具有三个缓冲过程，如图8～图10所示。
例如，在图8所示的第一个缓冲过程中，由于上夹头继续向上移动，因此第一级顶板21也将随之继续向上移动，第一级弹簧31将首先被压缩，以对上夹头12的向上的冲击力进行缓冲。
当第一级顶板21移动到与第二级顶板22发生接触时，如果上夹头还在继续向上移动，则将进入图9所示的第二个缓冲过程；此时，第二级顶板22将在第一级顶板21的推动下也开始向上移动，第一级弹簧31继续被压缩，而第二级弹簧32也开始被压缩，以对上夹头12的向上的冲击力继续进行缓冲。
当第二级顶板22移动到与第三级顶板23发生接触时，如果上夹头还在继续向上移动，则将进入图10所示的第三个缓冲过程；此时，第三级顶板23将在第二级顶板22的推动下也开始向上移动，第一级弹簧31和第二级弹簧32继续被压缩，而第三级弹簧33也开始被压缩，以对上夹头12的向上的冲击力继续进行缓冲，可以直至第三级弹簧33被完全压缩，如图11所示。
在上述的三个缓冲过程中，随着上夹头12的向上移动，第一级弹簧31、第二级弹簧32和第三级弹簧33将依次被压缩，因此，上夹头12由于惯性而产生的能量也将逐渐被消耗。如果上夹头12向上移动的速率(即拉伸速率)较小，则上夹头12很可能会在第三级弹簧33被完全压缩之前即停止向上移动，从而实现了对上夹头12在惯性作用下向上移动的缓冲效果，而且向上的位移较小；而且，即使上夹头12向上移动的速率(即拉伸速率)较大，通过三个缓冲过程中的三级弹簧的压缩耗能，也可以将上夹头12向上移动的速率降至很小以至于不再会对试样10造成破坏。
当然，在本发明的技术方案中，为了进一步防止试样10由于变形较大而被破坏，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，还可以在所述缓冲装置的主体盒的空腔内壁的顶部设置位移限制块513。因此，当第三级顶板23移动到与所述位移限制块513发生接触时，第三级顶板23将停止，从而使得上夹头12在经过三级弹簧耗能之后，最终也停止下来，从而可以有效地防止试样10由于变形较大而被破坏。
以上是以上述缓冲装置中设置了三级顶板(即第一级顶板、第二级顶板和第三级顶板)为例，对本发明中的缓冲装置的工作原理进行了介绍。当所述缓冲装置中设置了N级顶板时，其工作原理可以依此类推，在此不再一一列举。
另外，较佳的，在本发明的具体实施例中，除第一级顶板外，其它各级顶板的两端分别通过拉索与所述空腔内壁的顶部连接。
例如，如图5所示，当在上述缓冲装置中设置了三级顶板时，所述第二级顶板22的两端分别通过拉索42与所述空腔510内壁的顶部连接；所述第三级顶板23的两端分别通过拉索43与所述空腔510内壁的顶部连接。
因此，在本发明的技术方案中，当缓冲装置中的除第一级弹簧外的其它各级弹簧(例如，第二级弹簧和第三级弹簧)均处于放松状态(即未被压缩)时，除第一级顶板外的其它各级顶板(例如，第二级顶板和第三级顶板)均通过两端的拉索悬吊在所述空腔510中，从而可以保证除第一级弹簧外的其它各级弹簧处于自由状态。
另外，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述第一级顶板21的两端分别设置有至少一个卡销213；所述空腔510的两个侧壁上分别设置有与所述卡销对应的卡槽514。
因此，所述第一级顶板21两端的卡销213可以卡入上述卡槽514中，使得所述第一级顶板21的板面可以在上下移动过程中始终保持水平。
此外，较佳的，在本发明的具体实施例中，即使当所述第一级顶板21未受到上夹头12的向上的冲力时，所述第一级弹簧31也仍然可以处于压缩状态，从而可以使得所述第一级顶板21在所述第一级弹簧31的顶撑力的作用下与所述空腔510内壁的底部紧密抵接。
另外，在本发明的技术方案中，可以根据实际应用情况的需要，预先设置各级弹簧的数量和/或位置。
例如，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述第一级顶板21上设置有4根第一级弹簧31；所述第二级顶板22上设置有2根第二级弹簧32；所述第三级顶板23上设置有2根第三级弹簧33。
例如，较佳的，在本发明的具体实施例中，各级弹簧中的各根弹簧均沿着所述主体盒的长度方向对称分布。
另外，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述上插销头511上还设置有供插销穿过的第一插销孔512。
因此，所述上插销头511可以***试验机反力横梁11上的接口中，然后再在第一插销孔512中***插销，以将所述上插销头511连接固定在试验机反力横梁11上。
另外，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述下插销头211的底部设置有供所述上夹头12***的容纳腔；所述下插销头211上还设置有供插销穿过的第二插销孔212。
因此，所述上夹头12可以***所述下插销头211的容纳腔中，然后再将插销***第二插销孔212中以及所述上夹头12上的插销孔中，以将所述下插销头211连接固定在材料试验机的上夹头12上。
综上所述，在本发明的技术方案中，由于在上述用于复合材料拉伸试验的缓冲装置中，设置了各级顶板和各级弹簧，因此具有很好的能量吸收能力，即在经过很小的位移之后即可吸收很多的冲击能量，从而可以有效地对材料试验机停止时产生的冲击作用起到很好的缓冲作用，能够有效地防止材料试验机的上夹头从向上拉伸状态突然停止时的冲击作用对试件造成损伤，而且还可以避免因为过大的缓冲距离而使得试样被破坏。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于复合材料拉伸试验的缓冲装置，其特征在于，该缓冲装置包括：主体盒、第一级顶板和第二级顶板；
所述主体盒的上端中部设置有上插销头；所述主体盒的下端中部设置有通孔；所述主体盒的内部设置有空腔；
所述第一级顶板设置在所述空腔中，所述第一级顶板的底面设置有下插销头；所述下插销头穿过所述主体盒上的通孔从所述主体盒的底部伸出；所述第一级顶板上设置有至少两根第一级弹簧；所述第一级弹簧的两端分别与所述第一级顶板的上表面以及所述空腔内壁的顶部连接；
所述第二级顶板设置在所述第一级顶板的上方，所述第二级顶板上设置有至少两根第二级弹簧；所述第二级弹簧的两端分别与所述第二级顶板的上表面以及所述空腔内壁的顶部连接。
2.根据权利要求1所述的缓冲装置，其特征在于，所述缓冲装置中还进一步包括：第三级顶板；
所述第三级顶板设置在所述第二级顶板的上方，第三级顶板上设置有至少两根第三级弹簧；所述第三级弹簧的两端分别与所述第三级顶板的上表面以及所述空腔内壁的顶部连接。
3.根据权利要求1或2所述的缓冲装置，其特征在于：
所述缓冲装置的主体盒的空腔内壁的顶部设置有位移限制块。
4.根据权利要求1或2所述的缓冲装置，其特征在于：
除第一级顶板外，其它各级顶板的两端分别通过拉索与所述空腔内壁的顶部连接。
5.根据权利要求1或2所述的缓冲装置，其特征在于：
所述第一级顶板的两端分别设置有至少一个卡销；
所述空腔的两个侧壁上分别设置有与所述卡销对应的卡槽。
6.根据权利要求1或2所述的缓冲装置，其特征在于：
各级弹簧中的各根弹簧均沿着所述主体盒的长度方向对称分布。
7.根据权利要求2所述的缓冲装置，其特征在于：
所述第一级顶板上设置有4根第一级弹簧；
所述第二级顶板上设置有2根第二级弹簧；
所述第三级顶板上设置有2根第三级弹簧。
8.根据权利要求1或2所述的缓冲装置，其特征在于：
所述上插销头上还设置有供插销穿过的第一插销孔。
9.根据权利要求1或2所述的缓冲装置，其特征在于：
所述下插销头的底部设置有供上夹头***的容纳腔；所述下插销头上还设置有供插销穿过的第二插销孔。
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