CN114577591A - 一种板状试样的疲劳试验夹具 - Google Patents

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夏天成
杨晓峰
李晓
张显程
王继
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Abstract

本发明提供一种板状试样的疲劳试验夹具，其安装于疲劳机上，包括两个夹具底座以及可拆卸地安装于每个夹具底座上的夹具盖板，两个夹具底座与疲劳机直接相连；所述夹具底座的顶端设有一个用于容置待测的板状试样的试样凹槽，所述试样凹槽的尺寸设计为与待测的板状试样的尺寸匹配。本发明的板状试样的疲劳试验夹具上开设有凹槽来解决板状试样的固定问题，不仅减小了加工成本，而且能够在试样形状固定时，在多个疲劳机上重复使用本发明的板状试样的疲劳试验夹具作为一种附加的转换夹具，从而提高板状试样在疲劳测试时与MTS疲劳机的夹持稳定性，使板状试样的疲劳试验更加容易实现。

Description

一种板状试样的疲劳试验夹具
技术领域
本发明属于金属材料疲劳试验领域，涉及一种在MTS万能疲劳机上的试样的疲劳试验夹具，具体涉及一种板状试样的疲劳试验夹具。
背景技术
镍基合金材料由于其良好的综合力学性能和抗疲劳蠕变性能，已经越来越多地应用至民用航空发动机高温叶片领域。飞机由于其特殊的工作环境，经常在高温高压等极端条件下经历多次的循环载荷。随着当今社会对材料的综合性能的要求越来越高，材料的疲劳寿命及疲劳损伤的研究就显得尤为重要，在循环加载情况下，材料产生疲劳破坏所需的应力或应变的循环数。对实际构件，常以工作小时计。构件在出现工程裂纹(宏观可见或可检的裂纹，长度约0.2～1.0mm)以前的疲劳寿命称为裂纹形成寿命。自工程裂纹扩展至完全断裂的疲劳寿命称为裂纹扩展寿命，总寿命是二者之和。
现有方案几乎都是将板状试样夹持在疲劳机上，例如如果试验件是圆棒样，根据现有方案都是将圆棒试样通过液压夹持在疲劳机夹持端，由于现有技术中疲劳机的夹具底座10没有适合设计试样尺寸的凹槽，因此如果试验件是平板试样，疲劳试样就无法顺利地固定在疲劳机上，也就无法完成疲劳试验。
目前已有的疲劳试验用试样大多为圆棒状试样，如螺栓试样、连杆试样。因为现有MTS万能疲劳试验机底部有多个尺寸的圆棒状液压夹紧装置，其夹持装置大多是靠对圆棒试样横截面方向的液压夹持来实现夹紧，因此如果待测试试样为板状样，则无法直接在MTS万能疲劳机上进行实验。具体来说，由于MTS疲劳机夹持端的设计限制，无法直接将板状试样夹持在疲劳机上，因此板状样则需要单独设计一个从棒状样到板状样的过渡装置。
因此，为了使板状样的疲劳试验更加容易实现，急需提出一种适用于板状金属材料试样乃至于板状试样的疲劳损伤测试装置。
此外，现有用于固定试样的疲劳夹具都是依靠疲劳试样与夹具间的法向挤压力来获得一个夹紧力，这导致所有的夹紧力都需要依靠夹具的夹持端来提供，如果出现由于夹具材料的屈服强度小于受到的挤压力而无法承受相应的拉力，或者由于设计缺陷导致的应力集中使夹具夹持端与试样接触的部分产生局部破坏。
发明内容
本发明目的在于提供一种板状试样的疲劳试验夹具，以解决板状试样在疲劳测试时与MTS疲劳机的夹持稳定性问题，使板状试样的疲劳试验更加容易实现。
为了实现上述目的，本发明提供一种板状试样的疲劳试验夹具，其安装于疲劳机上，包括两个夹具底座以及可拆卸地安装于每个夹具底座上的夹具盖板，两个夹具底座与疲劳机直接相连；所述夹具底座的顶端设有一个用于容置待测的板状试样的试样凹槽，所述试样凹槽的尺寸设计为与待测的板状试样的尺寸匹配。
每个夹具底座是一体成型的棒状结构，其包括过渡段和位于过渡段的两端的半圆柱形的夹持段和圆柱形的被夹持段。
所述夹持段和被夹持段分别沿过渡段的长度方向向过渡段的两端延伸。
所述夹持段的直径大于被夹持端的直径。
所述过渡段包括直径与所述夹持段相同的圆柱部以及自所述圆柱部延伸且直径渐缩至被夹持段的直径的渐缩部。
所述夹持段具有一个沿着过渡段的长度方向延伸的第一平面，且该第一平面上设有第一锁紧螺孔和所述试样凹槽。
所述夹具盖板为半圆柱型，其具有与所述第一平面接触匹配的第二平面以及设于所述第二平面上的第二锁紧螺孔和凸台，第二锁紧螺孔与所述第一锁紧螺孔匹配，凸台与所述试样凹槽匹配。
在安装待测的板状试样时，第二锁紧螺孔与所述第一锁紧螺孔通过锁紧螺栓安装连接，且试样凹槽的底面和所述凸台分别设置为从两侧压紧所述待测的板状试样。
所述凸台的高度大于试样凹槽的深度与待测的板状试样的厚度的差值。
本发明的板状试样的疲劳试验夹具上开设有凹槽来解决板状试样的固定问题，避免了直接设计与疲劳机匹配的夹持块，不仅减小了加工成本，而且能够在试样形状固定时，在多个疲劳机上重复使用本发明的板状试样的疲劳试验夹具作为一种附加的转换夹具，从而提高板状试样在疲劳测试时与MTS疲劳机的夹持稳定性，使板状试样的疲劳试验更加容易实现。
此外，本发明的板状试样的疲劳试验夹具通过在盖板上设置凸台来作为压紧面，通过压紧面来给试样一个法向的预紧力，以增大试样与夹具间的摩擦力，将法向的预紧力转化为摩擦力，对试样的夹持起到一定的辅助作用，极大地减小了夹具被破坏的风险。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的板状试样的疲劳试验夹具的夹具底座的结构示意图。
图2是根据本发明的一个实施例的板状试样的疲劳试验夹具的夹具盖板的结构示意图。
图3是根据本发明的一个实施例的板状试样的疲劳试验夹具的夹具底座的正视局部放大图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
如图1-图3所示为根据本发明的一个实施例的板状试样的疲劳试验夹具，其安装于疲劳机(例如MTS疲劳机)上，其适用于板状试样尤其是镍基合金材料板状小试样。其中，试样的厚度不超过3mm，最大宽度不超过15mm，最大长度不超过60mm。本发明的板状试样的疲劳试验夹具包括两个夹具底座10以及可拆卸地安装于每个夹具底座10上的夹具盖板20，两个夹具底座10与疲劳机自带的夹具直接相连。所述夹具底座10的顶端设有一个用于容置待测的板状试样的试样凹槽30，所述试样凹槽30的尺寸设计为与待测的板状试样的尺寸匹配。
在本实施例中，两组夹具底座10和夹具盖板20的具体结构相同，且这两者与平板试样的固定安装形式也一样。
如图1所示，每个夹具底座10是一体成型的棒状结构，其包括过渡段11和位于过渡段11的两端的半圆柱形的夹持段12和圆柱形的被夹持段14。所述夹持段12和被夹持段14分别沿过渡段11的长度方向向过渡段11的两端延伸，且夹持段12的直径大于被夹持端的直径。所述夹持段12具有一个沿着过渡段11的长度方向(即沿图中竖直方向)延伸的第一平面13，且该第一平面13上设有第一锁紧螺孔131和所述试样凹槽30。
如图2所示，所述夹具盖板20为半圆柱型，其具有与所述第一平面13接触匹配的第二平面21以及设于所述第二平面21上的第二锁紧螺孔211和凸台212，其中，第二锁紧螺孔211与所述第一锁紧螺孔131匹配，凸台212与所述试样凹槽30匹配。在本实施例中，第二锁紧螺孔211与所述第一锁紧螺孔131的数量均为4个。
在安装待测的板状试样时，第二锁紧螺孔211与所述第一锁紧螺孔131通过锁紧螺栓(图未示)安装连接，且试样凹槽30的底面和所述凸台212分别设置为从两侧压紧所述待测的板状试样，即给予待测的板状试样一个法向的预紧力，用于增大试样与夹具间的摩擦力，从而对试样的夹持起到一定的辅助作用，极大地减小了夹具被破坏的风险。
如图3所示，夹具盖板20受到的法向的预紧力是F2，由夹具盖板20施加在试样上，夹具盖板20上的凸台212与试样接触后在拉拉疲劳过程中产生摩擦力f，从而抵消F1方向上由于拉拉疲劳产生的试样对本发明的疲劳试验夹具的边缘产生的拉脱力F1。如果没有夹具盖板20给试样施加一个法向预紧力，则F1将增大，当F1增大到本发明的疲劳试验夹具的屈服强度时，就会使夹持段12产生拉脱，导致破坏。
其中，所述凸台212的高度略大于试样凹槽30的深度与待测的板状试样的厚度的差值(即凸台高度略大于凹槽深度-试样厚度)。在本实施例中，凹槽深度比试样厚度大1mm(即试样凹槽30的深度与待测的板状试样的厚度的差值为1mm)，凸台高度为1.5mm(即所述凸台212的高度为1.5mm)。
再请参见图1，夹具底座10下方的被夹持段14用于被MTS疲劳机夹持，靠液压力夹紧后固定住夹具底座10。过渡段11用于连接所述夹持段12和被夹持段14，其包括直径与所述夹持段12相同的圆柱部111以及自所述圆柱部111延伸且直径渐缩至被夹持段14的直径的渐缩部112。
由此，在待测的板状试样安装于本发明的板状试样的疲劳试验夹具时，首先将待测的板状试样放入所述凹槽30，再用夹具盖板20盖上，通过夹具盖板20上与试样形状一致的凸台212对待测的板状试样进行压紧，再用四个锁紧螺栓对夹具盖板20进行固定。随后，将本发明的板状试样的疲劳试验夹具的夹具底座10与疲劳机相连，即疲劳机夹住该较细的被夹持段14。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。例如，夹具底座可以不采用一体成形，使得过渡段、夹持段和被夹持段通过使用螺栓来彼此固定连接，通过一个分体设计来避免一体化较难加工的问题。
凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种板状试样的疲劳试验夹具，其安装于疲劳机上，其特征在于，包括两个夹具底座(10)以及可拆卸地安装于每个夹具底座(10)上的夹具盖板(20)，两个夹具底座(10)与疲劳机直接相连；所述夹具底座(10)的顶端设有一个用于容置待测的板状试样的试样凹槽(30)，所述试样凹槽(30)的尺寸设计为与待测的板状试样的尺寸匹配。
2.根据权利要求1所述的板状试样的疲劳试验夹具，其特征在于，每个夹具底座(10)是一体成型的棒状结构，其包括过渡段(11)和位于过渡段(11)的两端的半圆柱形的夹持段(12)和圆柱形的被夹持段(14)。
3.根据权利要求2所述的板状试样的疲劳试验夹具，其特征在于，所述夹持段(12)和被夹持段(14)分别沿过渡段(11)的长度方向向过渡段(11)的两端延伸。
4.根据权利要求2所述的板状试样的疲劳试验夹具，其特征在于，所述夹持段(12)的直径大于被夹持端的直径。
5.根据权利要求4所述的板状试样的疲劳试验夹具，其特征在于，所述过渡段(11)包括直径与所述夹持段(12)相同的圆柱部(111)以及自所述圆柱部(111)延伸且直径渐缩至被夹持段(14)的直径的渐缩部(112)。
6.根据权利要求2所述的板状试样的疲劳试验夹具，其特征在于，所述夹持段(12)具有一个沿着过渡段(11)的长度方向延伸的第一平面(13)，且该第一平面(13)上设有第一锁紧螺孔(131)和所述试样凹槽(30)。
7.根据权利要求6述的板状试样的疲劳试验夹具，其特征在于，所述夹具盖板(20)为半圆柱型，其具有与所述第一平面(13)接触匹配的第二平面(21)以及设于所述第二平面(21)上的第二锁紧螺孔(211)和凸台(212)，第二锁紧螺孔(211)与所述第一锁紧螺孔(131)匹配，凸台(212)与所述试样凹槽(30)匹配。
8.根据权利要求7所述的板状试样的疲劳试验夹具，其特征在于，在安装待测的板状试样时，第二锁紧螺孔(211)与所述第一锁紧螺孔(131)通过锁紧螺栓安装连接，且试样凹槽(30)的底面和所述凸台(212)分别设置为从两侧压紧所述待测的板状试样。
9.根据权利要求8所述的板状试样的疲劳试验夹具，其特征在于，所述凸台(212)的高度大于试样凹槽(30)的深度与待测的板状试样的厚度的差值。
10.根据权利要求8所述的板状试样的疲劳试验夹具，其特征在于，所述待测的板状试样为镍基合金材料板状小试样。
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