CN110031290B - 一种基于三点弯的往复加载试件夹具及试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于三点弯的往复加载试件夹具，包括上部件和下部件，上部件和下部件分别设置在试件的上下两端，上部件和下部件均包括连接件和固定装置，上部件中连接件连接一个固定装置，下部件中连接件连接两个固定装置，上部件和下部件中的连接件和固定装置的结构、连接方式均相同；连接件和压头之间通过与销钉孔相适配的销钉进行固定；压头和固定件之间通过螺栓和螺栓通孔相配合进行固定；固定件通过插孔与插杆相配合固定限位杆。本发明还提供了一种使用基于三点弯的往复加载试件夹具的试验方法，可以将试件置于上部件的压头和下部件的压头之间，并可以保证试件的夹持稳固，从而可以有效地避免出现试件夹持不稳或试件前后弹出的问题。

Description

一种基于三点弯的往复加载试件夹具及试验方法
技术领域
本发明属于试验夹具技术领域，尤其涉及一种基于三点弯的往复加载试件夹具及试验方法。
背景技术
三点弯测试是获得各类材料弯曲力学参数的一种重要试验方法。在进行此类试验时，常将待测试件放入三点弯曲试验夹具中来，形成对板件的简支形式，支撑试件的两个下部支撑点间的距离，根据试件长度进行调节，试件上方在下部两个支撑点的中点处设置一个压头进行加载；而对于拉压往复加载，通常是利用拉伸装置，对较为短小的试件进行拉压往复加载。由于目前的拉压往复加载多数只针对拉伸试件，且因容易产生屈曲现象使得压缩历程较短，而三点弯夹具普遍应用于三点弯试验，故将两者结合，通过三点弯往复加载试验并结合纯弯曲理论实现拉压往复加载测量。
发明内容
发明目的：针对现有试件在进行压缩时压缩的程度较小，不能有效进行的问题，本发明提供一种基于三点弯的往复加载试件夹具及试验方法。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于三点弯的往复加载试件夹具，所述往复加载试件夹具包括上部件和下部件，所述上部件和下部件分别设置在试件的上下两端，所述上部件和下部件均包括连接件和固定装置，所述上部件中连接件连接一个固定装置，所述下部件中连接件连接两个固定装置，所述上部件的固定装置设置在下部件的两个固定装置之间；
所述上部件和下部件的固定装置均包括压头、固定件和限位杆，所述压头包括上部固定板和下部固定板，所述上部固定板的中部上端设置有连接块，所述连接块的两侧安装有销钉孔，位于所述连接块两侧的上部固定板的表面上设置有有螺栓通孔，所述上部件的连接件通过与销钉孔相适配的销钉固定上部件的压头，所述下部件的连接件通过与销钉孔相适配的销钉分别固定下部件的两个固定装置的压头；
所述固定件的一侧两端固定有固定杆，所述固定杆的中部设置有螺栓通孔，所述上部固定板和下部固定板的内部均设置有固定孔，所述压头和固定件之间通过螺栓通孔、螺栓和螺栓通孔相配合进行固定，所述上部固定板和下部固定板之间通过固定孔和固定杆进行连接；
所述限位杆的一侧固定有插杆，所述固定件的中部一侧固定有加固杆，所述加固杆的中部设置有插孔，所述固定件通过插孔与插杆相配合固定限位杆。
进一步地讲，所述上部件和下部件的连接件均包括销钉孔和连接杆，所述销钉孔设置在连接件的两侧面，所述连接杆安装在连接件的上端中部。
进一步地讲，所述螺栓通孔的长度与压头的厚度相同，所述螺栓通孔的长度与固定杆的厚度相同，所述螺栓通孔的尺寸、螺栓通孔的尺寸和螺栓的尺寸相同。
进一步地讲，所述插孔的内径尺寸与插杆的外径尺寸相同。
进一步地讲，所述加固杆的截面大小与试件的厚度相同。
进一步地讲，所述两个限位杆的长度、两个加固杆的长度、一个试件的宽度之和不小于压头的长度。
一种使用基于三点弯的往复加载试件夹具的试验方法，包括如下步骤：
S1：根据试验需求设置试验机的弯曲往复加载程序；
S2：调整所述试验机的夹头高度，分别将所述上部件的连接杆和下部件的连接杆与试验机进行固定；
S3：将所述试件放置在上部件和下部件的上部固定板与下部固定板之间，同时根据所述试件的宽度和厚度，选择上部件和下部件的固定件与限位杆的尺寸；
S4：在上部件和下部件中，均先将所述限位杆通过插杆和插孔之间的配合与固定件进行固定，再将所述上部固定板与下部固定板的两端均通过固定孔和固定杆进行连接，最后将压头和固定件通过螺栓通孔、螺栓和螺栓通孔相配合进行固定；
S5：所述试件和压头之间不接触处的上下两端表面均粘贴应变片；
S6：将与所述试件连接的上部件的固定装置和上部件的连接件通过与销钉孔相适配的销钉进行固定，将与所述试件连接的下部件的固定装置和下部件的连接件也通过与销钉孔相适配的销钉进行固定；
S7：对所述试件进行弯曲往复加载试验，记录所述应变片的试验数据；
S8：所述试验数据通过如下公式进行处理，具体为：
σ＝My/Iz
其中：M为试件所受的力矩，y为试件上表面距离中心轴的距离，Iz为惯性矩。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
(1)本发明的压头和固定件，配合螺栓和限位杆，可以将试件置于上部件的压头和下部件的压头之间，并可以保证试件的夹持稳固，从而可以有效地避免出现试件夹持不稳或试件前后弹出的问题，同时通过全包裹状态，不仅可以实现单向弯曲，还可以进行往复、加卸载甚至是疲劳弯曲试验；
(2)本发明结合弯曲理论公式，并通过合理的测量和计算公式，进而将弯曲往复加载的测量结果转化为拉压往复加载的计算结果，从而有效地避免了常规拉压往复试验压缩时容易出现屈曲、拉伸时容易滑移的现象；
(3)本发明可以根据待测试件的实际宽度和厚度的不同，调整固定件中加固杆和固定杆的尺寸，以及限位杆中插杆的尺寸，以满足试验的需求，进而提高了该往复加载试件夹具的灵活性；
(4)本发明结构简单、设计合理、装卸方便，可以有效地缩短试验的准备时间，同时该往复加载试件夹具适用于三点弯往复加载试验，也适用于疲劳试验，进行实现了一种夹具多种用途，有效地节省了试验成本。
附图说明
图1是本发明试件夹具的整体示意图；
图2是本发明试件夹具的三维***图；
图3是本发明连接件的结构示意图；
图4是本发明压头的结构示意图；
图5是本发明固定件的结构示意图；
图6是本发明限位杆的结构示意图；
图7是本发明固定装置的结构示意图；
图中标号对应部件名称：
1、连接件；11、销钉孔；12、连接杆；2、压头；21、螺栓通孔；22、固定孔；23、销钉孔；24、上部固定板；25、下部固定板；26、连接块；3、螺栓；4、固定件；41、加固杆；42、插孔；43、固定杆；44、螺栓通孔；5、限位杆；51、插杆；6、试件；7、固定装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。其中，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件所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发明的限制。
此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。
应注意的是，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要再对其进行进一步的具体讨论和描述。
实施例1
参考图1和图2，本发明提供了一种基于三点弯的往复加载试件夹具，该往复加载试件夹具包括上部件和下部件，其中上部件和下部件分别设置在试件6的上下两端，同时上部件和下部件中均包括有连接件1和固定装置，在本实施例中，具体地讲，在上部件中，上部件的连接件1连接的只有一个固定装置7，在下部件中，下部件的连接件1连接的有两个固定装置7，同时上部件的一个固定装置7设置在下部件的两个固定装置7之间，并且上部件的固定装置7与下部件的固定装置7之间并没有连接关系。无论是在上部件中还是在下部件中，连接件1和固定装置7之间的结构和连接方式都是相同的，并没有区别。
参考图3，其中连接件1包括销钉孔11和连接杆12，在本实施例中，销钉孔11设置在连接件1的两侧下端，而连接杆12则设置在连接件1的上端中部，具体地讲，连接杆12是用于往复加载试件夹具与试验机之间的连接，而销钉孔11是用于连接件1和压头2之间的连接。其中销钉孔11的数目至少为两个，且无论销钉孔11的数目为多少，各个销钉孔11的尺寸均相同，且在连接件1的两侧下端对称分布，而销钉孔11的数目设置为多个是为了压头2与压头2之间的距离能够根据试件6的长度不同而进行更改，从而提高了该往复加载试件夹具的实用性。
参考图7，在本实施例中，固定装置7包括压头2、螺栓3、固定件4和限位杆5，参考图4，压头2包括上部固定板24和下部固定板25，其中上部固定板24和下部固定板25分别设置在试件6的上下两端，从而保证压头2能够夹持住试件6，同时在上部固定板24和下部固定板25中，上部固定板24和下部固定板25的内部均设置有固定孔22。
更进一步地讲，上部固定板24的中部上端设置有连接块26，在连接块26的两侧还安装了销钉孔23，其中销钉孔23与销钉孔11的尺寸是相同的，这是为了保证连接件1和压头2之间的连接能够更加顺畅，具体地讲，连接件1和压头2之间通过与销钉孔11和销钉孔23相适配的销钉进行固定连接。同时在连接块26的下端两侧还设置了螺栓通孔21，螺栓通孔21的数目至少为两个，且无论螺栓通孔21的数目为多少，各个螺栓通孔21的尺寸均相同，且在连接块26的下端两侧对称分布，这是为了保证试验的过程中，试件6的夹持能够更加稳固。更进一步地讲，螺栓通孔21的长度与压头2的厚度相同。
参考图5，固定件4包括加固杆41、插孔42、固定杆43和螺栓通孔44，在本实施例中，固定杆43固定在固定件4的一侧两端，加固杆41固定在固定件4的中部一侧，具体地讲，加固杆41的中部设置有插孔42，固定杆43的中部设置有螺栓通孔44。
其中压头2和固定件4之间通过螺栓通孔和螺栓3之间的配合进行固定，更进一步地讲，先是固定杆43与固定孔22之间进行组合，也就是说，固定杆43需要放入固定孔22内，即固定件4一侧两端的固定杆43需要分别放入压头2中上部固定板24和下部固定板25内的固定孔22，从而将上部固定板24和下部固定板25两者进行了连接。为了固定杆43和固定孔22之间的组合能够适配，故而固定杆43的截面积不能大于固定孔22的截面积。
其中固定杆43在固定孔22内的长度取决于试件6的宽度，这是由于一个试件6的宽度、两个加固杆41的长度、两个限位杆5的长度五者之和不小于压头2的宽度，通常为了保证试验过程中试件6的夹持能够更加稳固，一个试件6的宽度、两个加固杆41的长度、两个限位杆5的长度五者之和等于压头2的宽度，进而固定杆43需要完全进入固定孔22中，也就是说，固定孔22的长度不小于固定杆43的长度。同时，加固杆41的截面大小与试件6的厚度应该相同，这是为了防止试件6在试验时发生晃动。
之后螺栓3将依次穿过螺栓通孔21和螺栓通孔44，进而将压头2和固定件4进行固定。同样地，为了压头2和固定件4之间的连接，也为了试验的正常运行，螺栓通孔44的数目也至少为两个，且无论螺栓通孔44的数目为多少，各个螺栓通孔44的尺寸均相同。同时螺栓通孔44的长度与固定杆43的厚度相同。
为了保证该往复加载试件夹具的安装时间能够更短，也就是说，为了加快试验的工作效率，在本实施例中，螺栓通孔的尺寸与螺栓3的尺寸相同，具体地讲，螺栓通孔21的尺寸、螺栓通孔44的尺寸和螺栓3的尺寸三者相同。
参考图5，限位杆5包括插杆51，同时插杆51设置在限位杆5的一侧，其中插杆51用于与插孔42进行适配，将限位杆5和加固杆41进行连接，更进一步地讲，固定件4和限位杆5之间通过插孔42与插杆51相配合进行固定。
在本实施例中，插孔42的内径尺寸与插杆51的外径尺寸相同，同时为了保证限位杆5和加固杆41之间的连接更加便捷稳固，插杆51和插孔42之间可以通过螺纹进行连接固定。
本实施例还提供了一种使用基于三点弯的往复加载试件夹具的试验方法，在本实施例中，具体地讲，通过上述的往复加载试件夹具对C/SiC复合材料进行弯曲往复加载试验，更进一步地讲，本实施例中的试验是在室温的条件下进行，也就是温度25℃的条件下，其中该试验方法具体包括如下步骤：
步骤S1：根据试验需求设置试验机的弯曲往复加载程序。
步骤S2：根据待测试件6的厚度、上部件的固定装置7的厚度和下部件的固定装置7的厚度，调整试验机的夹头高度，之后将上部件的连接杆12与试验机中的一个夹头进行固定，再将下部件的连接杆12与试验机中的另一个夹头进行固定。
步骤S3：将待测试件6分别放置在上部件的压头2和下部件的压头2中，即将待测试件6放置于上部件和下部件的上部固定板21与下部固定板25之间。
之后根据待测试件6的宽度和厚度，选择上部件和下部件的固定件4与限位杆5的尺寸。其中上部件和下部件的加固杆41尺寸与待测试件6的厚度相同，限位杆5的尺寸根据待测试件6的宽度决定。
步骤S4：在上部件和下部件中，均先将限位杆5和上部件的固定件4进行固定，再将上部固定板24与下部固定板25进行连接，最后将压头2和固定件4进行固定。在本实施例中，具体地讲，在上部件和下部件中，均先将限位杆5和固定件4之间通过插杆51和插孔42的配合进行固定，再将固定杆43放入在固定孔22中，将上部固定板24与下部固定板25进行连接，最后将螺栓3依次通过螺栓通孔21和螺栓通孔44，将压头2和固定件4之间进行固定。
步骤S5：待测试件6和压头2之间不接触的部分上下两端表面均粘贴应变片，即上部件的压头2和下部件的压头2之间的待测试件6，在此处的待测试件6的上下两端表面均粘贴应变片。
步骤S6：将与待测试件6连接的上部件的固定装置7和上部件的连接件1进行固定，再将与待测试件6连接的下部件的固定装置7和下部件的连接件1进行固定。在本实施例中，在上部件中，将与待测试件6连接的上部件的固定装置7和上部件的连接件1通过与销钉孔11相适配的销钉进行固定，在下部件中，将与待测试件6连接的下部件的固定装置7和下部件的连接件1也通过与销钉孔11相适配的销钉进行固定。
步骤S7：根据安装好的往复加载试件夹具，适当调整试验机的夹头高度，并对待测试件6进行弯曲往复加载试验，同时记录应变片的试验数据。
步骤S8：应变片的试验数据通过如下公式进行处理，具体为：
σ＝My/Iz
其中：M为试件所受的力矩，y为试件上表面距离中心轴的距离，Iz为惯性矩。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于三点弯的往复加载试件夹具，其特征在于：所述往复加载试件夹具包括上部件和下部件，所述上部件和下部件分别设置在试件(6)的上下两端，所述上部件和下部件均包括连接件(1)和固定装置(7)，所述上部件中连接件(1)连接一个固定装置(7)，所述下部件中连接件(1)连接两个固定装置(7)，所述上部件的固定装置(7)设置在下部件的两个固定装置(7)之间；
所述上部件和下部件的固定装置(7)均包括压头(2)、固定件(4)和限位杆(5)，所述压头(2)包括上部固定板(24)和下部固定板(25)，所述上部固定板(24)的中部上端设置有连接块(26)，所述连接块(26)的两侧安装有销钉孔(23)，位于所述连接块(26)两侧的上部固定板(24)的表面上设置有螺栓通孔(21)，所述上部件的连接件(1)通过与销钉孔(23)相适配的销钉固定上部件的压头(2)，所述下部件的连接件(1)通过与销钉孔(23)相适配的销钉分别固定下部件的两个固定装置(7)的压头(2)；
所述固定件(4)的一侧两端固定有固定杆(43)，所述固定杆(43)的中部设置有螺栓通孔(44)，所述上部固定板(24)和下部固定板(25)的内部均设置有固定孔(22)，所述压头(2)和固定件(4)之间通过螺栓通孔(21)、螺栓(3)和螺栓通孔(44)相配合进行固定，所述上部固定板(24)和下部固定板(25)之间通过固定孔(22)和固定杆(43)进行连接；
所述限位杆(5)的一侧固定有插杆(51)，所述固定件(4)的中部一侧固定有加固杆(41)，所述加固杆(41)的中部设置有插孔(42)，所述固定件(4)通过插孔(42)与插杆(51)相配合固定限位杆(5)。
2.根据权利要求1所述的一种基于三点弯的往复加载试件夹具，其特征在于：所述上部件和下部件的连接件(1)均包括销钉孔(11)和连接杆(12)，所述销钉孔(11)设置在连接件(1)的两侧面，所述连接杆(12)安装在连接件(1)的上端中部。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于三点弯的往复加载试件夹具，其特征在于：所述螺栓通孔(21)的长度与压头(2)的厚度相同，所述螺栓通孔(44)的长度与固定杆(43)的厚度相同，所述螺栓通孔(21)的尺寸、螺栓通孔(44)的尺寸和螺栓(3)的尺寸相同。
4.根据权利要求3所述的一种基于三点弯的往复加载试件夹具，其特征在于：所述插孔(42)的内径尺寸与插杆(51)的外径尺寸相同。
5.根据权利要求3所述的一种基于三点弯的往复加载试件夹具，其特征在于：所述加固杆(41)的截面大小与试件(6)的厚度相同。
6.根据权利要求5所述的一种基于三点弯的往复加载试件夹具，其特征在于：所述两个限位杆(5)的长度、两个加固杆(41)的长度、一个试件(6)的宽度之和不小于压头(2 )的长度。
7.一种使用如权利要求1-6任一项所述的一种基于三点弯的往复加载试件夹具的试验方法，包括如下步骤：
S1：根据试验需求设置试验机的弯曲往复加载程序；
S2：调整所述试验机的夹头高度，分别将所述上部件的连接杆(12)和下部件的连接杆(12)与试验机进行固定；
S3：将所述试件(6)放置在上部件和下部件的上部固定板(24)与下部固定板(25)之间，同时根据所述试件(6)的宽度和厚度，选择上部件和下部件的固定件(4)与限位杆(5)的尺寸；
S4：在上部件和下部件中，均先将所述限位杆(5)通过插杆(51)和插孔(42)之间的配合与固定件(4)进行固定，再将所述上部固定板(24)与下部固定板(25)的两端均通过固定孔(22)和固定杆(43)进行连接，最后将压头(2)和固定件(4)通过螺栓通孔(21)、螺栓(3)和螺栓通孔(44)相配合进行固定；
S5：所述试件(6)和压头(2)之间不接触处的上下两端表面均粘贴应变片；
S6：将与所述试件(6)连接的上部件的固定装置(7)和上部件的连接件(1)通过与销钉孔(11)相适配的销钉进行固定，将与所述试件(6)连接的下部件的固定装置(7)和下部件的连接件(1)也通过与销钉孔(11)相适配的销钉进行固定；
S7：对所述试件(6)进行弯曲往复加载试验，记录所述应变片的试验数据；
S8：所述试验数据通过如下公式进行处理，具体为：
σ＝My/Iz
其中：M为试件所受的力矩，y为试件上表面距离中心轴的距离，Iz为惯性矩。
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