CN113405896A - 一种四边简支约束矩形板力学测试夹持装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种四边简支约束矩形板力学测试夹持装置，属于矩形板的力学测试夹持装置技术领域。该装置包括直边支架、不完整圆柱体Ⅰ、不完整圆柱体Ⅱ、拐角支架、直角型不完整圆柱体Ⅰ、直角型不完整圆柱体Ⅱ、压紧螺栓以及调节螺母，不完整圆柱体Ⅰ和直角型不完整圆柱体Ⅰ通过压紧螺栓及调节螺栓对应安装在直边支架、拐角支架上，不完整圆柱体Ⅱ和直角型不完整圆柱体Ⅱ对应固定安装在直边支架、拐角支架上，通过直边支架与拐角支架的连接形成夹持矩形板的中空长方体。本发明所述装置的结构简单，对于矩形板的装卸方便，而且通用性强，可以实现不同厚度、长度及宽度矩形板的夹持，具有很好的应用前景。

Description

一种四边简支约束矩形板力学测试夹持装置
技术领域
本发明涉及一种四边简支约束矩形板力学测试夹持装置，属于矩形板的力学测试夹持装置技术领域。
背景技术
四边简支矩形板边界为约束各边平面外的自由度和绕垂直边的面内转动自由度，即矩形板四个边上的挠度w＝0,弯矩M＝0,表达式如下：
(w)x＝0＝(Mx)x＝0＝0，(w)x＝a＝(Mx)x＝a＝0
(w)y＝0＝(My)y＝0＝0，(w)y＝b＝(My)y＝b＝0 (1)
其中,
Figure BDA0003111247690000011
x和y为矩形板中面内任意点的坐标；x＝0，x＝a，y＝0，y＝b表示矩形板边界的四个边。
目前应用的约束边界的夹持装置有四边固支、四点简支、单边固支或者对边固支等，但是四边简边界约束的夹持装置很少，且已存在的矩形板振动测试夹持装置也存在以下问题：四点简支边界的夹具结构设计不稳定，振动测试过程中试件容易脱离夹具；约束条件不够，达不到公式(1)的边界要求；单边/对边固支结构刚度小，振动测试过程中引起夹具共振。另外，现有的四边简支夹持装置结构复杂，装卸麻烦，只能夹持单一几何尺寸的样板，针对不同尺寸的样板需要加工多种对应尺寸的夹持装置，费时费力，成本高。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种四边简支约束矩形板力学测试夹持装置，该装置既能满足四边简支的边界条件，又可以实现夹持不同尺寸的矩形板，而且该装置结构简单，装卸方便，容易制作，成本低。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种四边简支约束矩形板力学测试夹持装置，所述夹持装置包括直边支架、不完整圆柱体Ⅰ、不完整圆柱体Ⅱ、拐角支架、直角型不完整圆柱体Ⅰ、直角型不完整圆柱体Ⅱ、压紧螺栓以及调节螺母；
所述直边支架是由上底面、下底面和一个侧面组成的非封闭的长方体框架，侧面与上底面以及下底面分别相互垂直；
所述不完整圆柱体Ⅰ以及不完整圆柱体Ⅱ均是指径向为非封闭圆的不完整圆柱体，两个端面为非封闭圆面，侧面由弧形面和平面组成，不完整圆柱体Ⅰ的平面上加工有螺纹盲孔；
所述拐角支架是由上底面、下底面和两个侧面组成的非封闭的正方体框架，两个侧面分别与上底面以及下底面相互垂直，且两个侧面相互垂直；
所述直角型不完整圆柱体Ⅰ以及直角型不完整圆柱体Ⅱ均是由径向为非封闭圆的不完整圆柱体呈90°弯曲折成，两个端面为非封闭圆面，侧面由弧形面和平面组成，直角型不完整圆柱体Ⅰ的平面上加工有螺纹盲孔；
每个压紧螺栓上均安装一个调节螺母；压紧螺栓穿过直边支架的上底面与不完整圆柱体Ⅰ的平面螺纹连接且该压紧螺栓上的调节螺母位于直边支架的外部，不完整圆柱体Ⅱ的平面与直边支架的下底面固定连接，位于直边支架内部的不完整圆柱体Ⅰ和不完整圆柱体Ⅱ的轴向中心线上下对齐(即两条轴向中心线在直边支架下底面的投影重叠)；压紧螺栓穿过拐角支架的上底面与直角型不完整圆柱体Ⅰ的平面螺纹连接且该压紧螺栓上的调节螺母位于拐角支架的外部，直角型不完整圆柱体Ⅱ的平面与拐角支架的下底面固定连接，位于拐角支架内部的直角型不完整圆柱体Ⅰ与直角型不完整圆柱体Ⅱ的轴向中心线上下对齐；将(4+2N)个直边支架和四个拐角支架连接在一起形成一个封闭的中空长方体，其中，(4+2N)个直边支架的长度(即在不完整圆柱体Ⅱ轴向上的尺寸)可以相等可以不相等，N为自然数。
对于本发明所述的夹持装置，不完整圆柱体Ⅰ与不完整圆柱体Ⅱ之间以及直角型不完整圆柱体Ⅰ与直角型不完整圆柱体Ⅱ之间用于夹持矩形板；通过调节调节螺母可以实现不完整圆柱体Ⅰ以及直角型不完整圆柱体Ⅰ的上下移动，进而实现对不同厚度矩形板的夹持而且便于装卸；通过调整N的数值以及选用不同长度的直边支架，可以实现对不同长度以及宽度矩形板的夹持；采用所述夹持装置夹持矩形板进行力学性能测试时，所述夹持装置需要固定安装在试验台上。
进一步地，所述夹持装置中压紧螺栓的数量为(8+2M)，M为自然数。压紧螺栓的数量可以根据直边支架的尺寸及数量进行调节。
进一步地，所述夹持装置还包括L型连接件，L型连接件的一个平面与直边支架的侧面固定连接，L型连接件的另一个平面与试验台固定连接；L型连接件的个数可以根据直边支架的尺寸及数量进行调节，优选为(4+2X)，X为自然数。
进一步地，所述夹持装置还包括L型连接件和底部平板，L型连接件的一个平面与直边支架的侧面固定连接，L型连接件的另一个平面与底部平板固定连接，底部平板与实验台连接，这样对于不同试验台固定尺寸只需改变平板固定孔的尺寸，而不需要更改L连接件的尺寸；L型连接件的个数可以根据直边支架的尺寸及数量进行调节，优选为(4+2X)，X为自然数。
进一步地，N＝0时，直角型不完整圆柱体Ⅰ的两端分别加工有凸出的平键，不完整圆柱体Ⅰ的两端分别加工有凹槽；或者，直角型不完整圆柱体Ⅰ的两端分别加工有凹槽，不完整圆柱体Ⅰ的两端分别加工有凸出的平键；直边支架与拐角支架装配在一起时，一个支架的平键与另一个支架的凹槽间隙配合，通过平键与凹槽的配合有利于实现直边支架与拐角支架之间的快速连接；
N＝0或者N≠0时，直角型不完整圆柱体Ⅰ的一端加工有凸出的平键，另一端加工有凹槽；不完整圆柱体Ⅰ的一端加工有凸出的平键，另一端加工有凹槽；直边支架与拐角支架或者直边支架与直边支架装配在一起时，一个支架的平键与另一个支架的凹槽间隙配合，通过平键与凹槽的配合有利于实现直边支架与拐角支架以及直边支架与直边之间的快速连接。
进一步地，直边支架的侧面上加工有螺纹沉孔，拐角支架的侧面上加工有螺纹沉孔，直边支架与拐角支架之间以及直边支架与直边支架之间通过连接螺栓连接。
进一步地，所述夹持装置的材料优选采用轻质高弹性模量金属，如铝合金和钛合金，可以减少该夹持装置工作时转动惯量对测试结果的影响。
有益效果：
本发明所述的夹持装置中，由不完整圆柱体Ⅰ、不完整圆柱体Ⅱ、直角型不完整圆柱体Ⅰ和直角型不完整圆柱体Ⅱ构成夹持矩形板的四边简支边界条件所需的约束条件；通过调节压紧螺栓上的调节螺母可以实现对不同厚度矩形板进行夹持；通过调节直边支架的数量及尺寸，可以实现对不同长度及宽度矩形板进行夹持。本发明所述夹持装置的结构简单，对于矩形板的装卸方便，而且通用性强，可以实现不同厚度、长度及宽度矩形板的夹持，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为实施例中所述夹持装置的三维结构示意图。
图2为实施例中所述夹持装置的俯视图。
图3为直边支架、不完整圆柱体Ⅰ以及不完整圆柱体Ⅱ之间的装配关系图。
图4为拐角支架、直角型不完整圆柱体Ⅰ以及直角型不完整圆柱体Ⅱ之间的装配关系图。
图5为直边支架与拐角支架之间的装配关系图。
其中，1-直边支架，2-不完整圆柱体Ⅱ，3-不完整圆柱体Ⅰ，4-压紧螺栓，5-调节螺母，6-L型连接件，7-拐角支架，8-直角型不完整圆柱体Ⅱ，9-直角型不完整圆柱体Ⅰ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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，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发明的限制。
实施例1
以200mm×200mm的矩形板为例，则四边简支约束矩形板力学测试夹持装置包括直边支架1、不完整圆柱体Ⅰ3、不完整圆柱体Ⅱ2、拐角支架7、直角型不完整圆柱体Ⅰ9、直角型不完整圆柱体Ⅱ8、压紧螺栓4、调节螺母5以及L型连接件6，如图1和图2所示；
所述直边支架1是由上底面、下底面和一个侧面组成的非封闭的长方体框架，侧面的上下两端分别与上底面、下底面一一对应垂直连接，侧面的前后两端分别加工有两个螺纹沉孔，如图3所示；
所述不完整圆柱体Ⅰ3以及不完整圆柱体Ⅱ2均是指径向为非封闭圆的不完整圆柱体(如沿圆柱体的轴向切割得到的不完整圆柱体)，两个端面为非封闭圆面，侧面由弧形面和平面组成，不完整圆柱体Ⅰ3的平面上沿长度方向(即轴向)均匀加工有三个螺纹盲孔以及其两端非封闭圆面上分别加工有凹槽，如图3所示；
所述拐角支架7是由上底面、下底面和两个侧面组成的非封闭的正方体框架，两个侧面的上下两端分别与上底面、下底面一一对应垂直连接，两个侧面的后端垂直连接，两个侧面的前端分别加工有两个螺纹沉孔，如图4所示；
所述直角型不完整圆柱体Ⅰ9以及直角型不完整圆柱体Ⅱ8均是由径向为非封闭圆的不完整圆柱体(如沿圆柱体的轴向切割得到的不完整圆柱体)呈90°弯曲折成，两个端面为非封闭圆面，侧面由弧形面和平面组成，直角型不完整圆柱体Ⅰ9的平面上加工有一个螺纹盲孔以及其两端非封闭圆面上分别加工有凸出的平键，如图4所示；
所述夹持装置包含十六个压紧螺栓4，每个压紧螺栓4上均安装一个调节螺母5；压紧螺栓4穿过直边支架1的上底面与不完整圆柱体Ⅰ3的平面螺纹连接且该压紧螺栓4上的调节螺母5位于直边支架1的外部，每个直边支架1的上底面安装三个压紧螺栓4；不完整圆柱体Ⅱ2的平面焊接在直边支架1的下底面上，位于直边支架1内部的不完整圆柱体Ⅰ3和不完整圆柱体Ⅱ2的轴向中心线上下对齐(即两条轴向中心线在直边支架1下底面的投影重叠)；压紧螺栓4穿过拐角支架7的上底面与直角型不完整圆柱体Ⅰ9的平面螺纹连接且该压紧螺栓4上的调节螺母5位于拐角支架7的外部，每个拐角支架7的上底面安装一个压紧螺栓4；直角型不完整圆柱体Ⅱ8的平面焊接在拐角支架7的下底面上，位于拐角支架7内部的直角型不完整圆柱体Ⅰ9与直角型不完整圆柱体Ⅱ8的轴向中心线(即平面上沿不完整圆柱体轴向呈L型的中心线)上下对齐；将四个长度(即不完整圆柱体Ⅰ轴向的尺寸)相等的直边支架1和四个拐角支架7通过连接螺栓连接在一起形成一个封闭的中空长方体，直角型不完整圆柱体Ⅰ9的平键与不完整圆柱体Ⅰ3的凹槽间隙配合，如图5所示；在每一个直边支架1的侧面上焊接一个L型连接件6，如图2所示。
对于本实施例所述的夹持装置，不完整圆柱体Ⅰ3与不完整圆柱体Ⅱ2之间以及直角型不完整圆柱体Ⅰ9与直角型不完整圆柱体Ⅱ8之间用于夹持矩形板；通过调节调节螺母5可以实现对不同厚度矩形板的夹持而且便于装卸。
如果矩形板尺寸为400mm×400mm时，则本实施例所述夹持装置的每条边需要由两个直边支架1相互连接组成；如果矩形板尺寸为400mm×200mm时，则本实施例所述夹持装置中相对的两条边均需要由两个直边支架1相互连接组成。在实际应用中，可以通过调整直边支架1的个数及尺寸，可以实现对不同长度以及宽度矩形板的夹持。
采用所述夹持装置夹持矩形板进行力学性能测试时，需要通过L型连接件6将所述夹持装置固定安装在试验台上。在实际应用中，还可以通过底部平板将所述夹持装置安装在试验台上，此时L型连接件6需要安装在底部平板上。
在实际应用中，可以采用铝合金或钛合金制备所述夹持装置，以减少该夹持装置工作时转动惯量对测试结果的影响。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种四边简支约束矩形板力学测试夹持装置，其特征在于：所述夹持装置包括直边支架、不完整圆柱体Ⅰ、不完整圆柱体Ⅱ、拐角支架、直角型不完整圆柱体Ⅰ、直角型不完整圆柱体Ⅱ、压紧螺栓以及调节螺母；
所述直边支架是由上底面、下底面和一个侧面组成的非封闭的长方体框架；
所述不完整圆柱体Ⅰ以及不完整圆柱体Ⅱ均是指径向为非封闭圆的不完整圆柱体，两个端面为非封闭圆面，侧面由弧形面和平面组成，不完整圆柱体Ⅰ的平面上加工有螺纹盲孔；
所述拐角支架是由上底面、下底面和两个侧面组成的非封闭的正方体框架，其中，两个侧面相互垂直；
所述直角型不完整圆柱体Ⅰ以及直角型不完整圆柱体Ⅱ均是由径向为非封闭圆的不完整圆柱体呈90°弯曲折成，两个端面为非封闭圆面，侧面由弧形面和平面组成，直角型不完整圆柱体Ⅰ的平面上加工有螺纹盲孔；
每个压紧螺栓上均安装一个调节螺母；压紧螺栓穿过直边支架的上底面与不完整圆柱体Ⅰ的平面螺纹连接且该压紧螺栓上的调节螺母位于直边支架的外部，不完整圆柱体Ⅱ的平面与直边支架的下底面固定连接，位于直边支架内部的不完整圆柱体Ⅰ和不完整圆柱体Ⅱ的轴向中心线上下对齐；压紧螺栓穿过拐角支架的上底面与直角型不完整圆柱体Ⅰ的平面螺纹连接且该压紧螺栓上的调节螺母位于拐角支架的外部，直角型不完整圆柱体Ⅱ的平面与拐角支架的下底面固定连接，位于拐角支架内部的直角型不完整圆柱体Ⅰ与直角型不完整圆柱体Ⅱ的轴向中心线上下对齐；将(4+2N)个直边支架和四个拐角支架连接在一起形成一个封闭的中空长方体，其中，(4+2N)个直边支架的长度相等或者不相等，N为自然数。
2.根据权利要求1所述的一种四边简支约束矩形板力学测试夹持装置，其特征在于：所述夹持装置中压紧螺栓的数量为(8+2M)，M为自然数。
3.根据权利要求1所述的一种四边简支约束矩形板力学测试夹持装置，其特征在于：N＝0时，直角型不完整圆柱体Ⅰ的两端分别加工有凸出的平键，不完整圆柱体Ⅰ的两端分别加工有凹槽；或者，直角型不完整圆柱体Ⅰ的两端分别加工有凹槽，不完整圆柱体Ⅰ的两端分别加工有凸出的平键；直边支架与拐角支架装配在一起时，一个支架的平键与另一个支架的凹槽间隙配合。
4.根据权利要求1所述的一种四边简支约束矩形板力学测试夹持装置，其特征在于：N＝0或者N≠0时，直角型不完整圆柱体Ⅰ的一端加工有凸出的平键，另一端加工有凹槽；不完整圆柱体Ⅰ的一端加工有凸出的平键，另一端加工有凹槽；直边支架与拐角支架或者直边支架与直边支架装配在一起时，一个支架的平键与另一个支架的凹槽间隙配合。
5.根据权利要求1所述的一种四边简支约束矩形板力学测试夹持装置，其特征在于：直边支架的侧面上加工有螺纹沉孔，拐角支架的侧面上加工有螺纹沉孔，直边支架与拐角支架之间以及直边支架与直边支架之间通过连接螺栓连接。
6.根据权利要求1所述的一种四边简支约束矩形板力学测试夹持装置，其特征在于：所述夹持装置还包括L型连接件，L型连接件的一个平面与直边支架的侧面固定连接，L型连接件的另一个平面与试验台固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种四边简支约束矩形板力学测试夹持装置，其特征在于：所述夹持装置还包括L型连接件和底部平板，L型连接件的一个平面与直边支架的侧面固定连接，L型连接件的另一个平面与底部平板固定连接，底部平板与实验台连接。
8.根据权利要求6或7所述的一种四边简支约束矩形板力学测试夹持装置，其特征在于：L型连接件的个数为(4+2X)，X为自然数。
9.根据权利要求1至7任一项所述的一种四边简支约束矩形板力学测试夹持装置，其特征在于：所述夹持装置的材质为铝合金或钛合金。
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