CN115420592A - 一种金属疲劳试验偏心加载辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属疲劳试验偏心加载辅助装置，包括加载头开设有夹持槽；加载头开设有第一安装孔，第一安装孔连通夹持槽，加载头的相对两侧还分别开设有均连通所述夹持槽的第一调节孔和第二调节孔；第一固定柱与所述第一安装孔插接装配，第一固定柱的至少一部分位于所述夹持槽内，用于固定穿接疲劳试样件上的试样孔；至少一个第一调节件和至少一个第二调节件，都装配在所述第二调节孔内，用于共同夹持疲劳试样件。可通过调整两侧第一条调节件和第二调节件拧入加载头的距离，来调整疲劳试样试样孔和第一固定柱的接触面大小，进而调整疲劳荷载施加在试样厚度方向上的位置，从而获取不同的荷载偏心距。

Description

一种金属疲劳试验偏心加载辅助装置

技术领域

本发明涉及金属加工设备技术领域，特别是涉及一种金属疲劳试验偏心加载辅助装置。

背景技术

金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。当材料和结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料和结构的破坏现象，就叫做金属的疲劳破坏。金属疲劳试验是指通过金属材料实验测定金属材料的σ-1，绘制材料的S-N曲线，进而观察疲劳破坏现象和断口特征，进而学会对称循环下测定金属材料疲劳极限的方法，是判断金属制品质量的重要指标。

在开展复合金属材料疲劳试验时，不同的研究内容会对外荷载加载点距离几何中心的距离提出多样化的需求，因此试验研究亟待偏心可调式加载辅助装置的研发。当前金属疲劳试验通常采用液压夹头夹持金属疲劳试件，该夹持方式采用夹头与疲劳试件的接触面摩擦力来传递试验荷载，荷载仅能作用于疲劳试件板厚中面（几何中面）位置，无法根据需要沿着板厚方向调整荷载作用位置。对于双金属复合钢材、功能梯度材料等力学行为沿厚度方向存在变化的材料，疲劳试样的物理中面与几何中面不重合，试验需要根据具体材料性能来自定义外荷载在厚度方向上的施加位置。因此，当前金属疲劳试验加载装置无法满足以上复合材料的试验需求。

发明内容

基于此，有必要针对如何根据具体材料性能来自定义外荷载在厚度方向上的施加位置问题，提供一种金属疲劳试验偏心加载辅助装置。

一种金属疲劳试验偏心加载辅助装置，其特征在于，包括：

加载头，所述加载头开设有夹持槽；其中，所述加载头开设有第一安装孔，所述第一安装孔连通所述夹持槽，所述加载头的相对两侧还分别开设有第一调节孔和第二调节孔，所述第一调节孔和所述第二调节孔均连通所述夹持槽；

第一固定柱，所述第一固定柱与所述第一安装孔插接装配，且所述第一固定柱的至少一部分位于所述夹持槽内，用于固定穿接疲劳试样件上的试样孔；

至少一个第一调节件，所述第一调节件活动装配在所述第一调节孔内；

至少一个第二调节件，所述第二调节件活动装配在所述第二调节孔内，所述第一调节件和所述第二调节件用于共同夹持疲劳试样件。

在其中一个实施例中，还包括：第二固定柱，所述加载头开设有第二安装孔，所述第一安装孔和所述第二安装孔分别开设在所述加载头的相对两侧，所述第二安装孔连通所述夹持槽，所述第二固定柱与所述第二安装孔插接装配，且所述第二固定柱的至少一部分位于所述夹持槽内。

在其中一个实施例中，所述第一固定柱上开设有第一销轴孔，所述第二固定柱上开设第二销轴孔，所述加载头上开设有第三销轴孔和第四销轴孔，其中，所述第一销轴孔和所述第三销轴孔中穿插有第一销轴，所述第一固定柱通过所述第一销轴固定装配在所述第一安装孔内，所述第二销轴孔和所述第四销轴孔中穿插有第二销轴，所述第二固定柱通过所述第二销轴固定装配在所述第二安装孔内。

在其中一个实施例中，所述第一固定柱上开设有轴向贯通孔，所述第二固定柱与所述第一固定柱的轴向贯通孔插接装配。

在其中一个实施例中，所述第二固定柱上开设第五销轴孔，所述第一销轴与所述第一销轴孔、所述第三销轴孔和所述第五销轴孔插接装配，所述第一固定柱和所述第二固定柱通过所述第一销轴相对固定。

在其中一个实施例中，所述第一固定柱的长度小于所述第二固定柱的长度。

在其中一个实施例中，所述第一固定柱的横截面和所述第一安装孔的孔型均为椭圆形；和/或，所述第二固定柱的横截面和所述第二安装孔的孔型均为椭圆形。

在其中一个实施例中，所述加载头包括底板以及垂直设置在所述底板上的两个侧板，所述底板以及两个所述侧板之间构建出所述夹持槽，所述第一安装孔和所述第二安装孔分别开设在两个所述侧板上，所述第一调节孔和所述第二调节孔分别开设在两个所述侧板上。

在其中一个实施例中，所述第一调节件和所述第二调节件为螺栓件，所述第一调节孔和所述第二调节孔为螺纹孔，所述第一调节件与所述第一调节孔螺纹活动连接，所述第二调节件与所述第二调节孔螺纹活动连接。

在其中一个实施例中，所述加载头上设置有夹持端板，所述夹持端板用于连接夹具。

本发明提供一种金属疲劳试验偏心加载辅助装置，该装置有如下效果：

该加载辅助装置可通过调整两侧第一条调节件和第二调节件拧入加载头的距离，来调整疲劳试样试样孔和第一固定柱的接触面大小，进而调整疲劳荷载施加在试样厚度方向上的位置，从而获取不同的荷载偏心距（偏离几何中面的距离），让装置可以根据具体材料性能来自定义外荷载在厚度方向上的施加位置；对于双金属复合钢材的疲劳试验，可通过调整第一条调节件和第二调节件的相对位置，将外荷载与疲劳试样的物理中心对中，避免加载至几何中心而造成的循环弯矩，进而还原双金属复合钢材的真实疲劳破坏模式。

附图说明

图1为本申请一个实施例中提供的金属疲劳试验偏心加载辅助装置正视图；

图2为本申请一个实施例中提供的金属疲劳试验偏心加载辅助装置侧视图；

图3为本申请一个实施例中提供的第一固定柱的结构示意图；

图4为本申请一个实施例中提供的第二固定柱的结构示意图；

图5为本申请一个实施例中提供的疲劳试样结构示意图；

图6为本申请一个实施例中提供的金属疲劳试验偏心加载辅助装置立体图。

附图标记：

1-加载头；

2-第二调节孔；

3-第二调节件；

4-第一调节孔；

5-第二调节件；

6-第一安装孔；

7-第一固定柱；

8-第二安装孔；

9-第二固定柱；

10-第一销轴孔；

11-第二销轴孔；

12-第三销轴孔；

13-第四销轴孔；

14-第五销轴孔；

15-第一销轴；

16-第二销轴；

17-夹持端板；

18-底板；

19-侧板；

20-试样孔；

21-轴向贯通孔；

22-夹持槽。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1至图4所示，本发明提供了一种金属疲劳试验偏心加载辅助装置，其特征在于，包括：加载头1、第一固定柱7、至少一个第一调节件5以及至少一个第二调节件3，所述加载头1开设有夹持槽22；其中，所述加载头1开设有第一安装孔6，所述第一安装孔6连通所述夹持槽22，所述加载头1的相对两侧还分别开设有第一调节孔4和第二调节孔2，所述第一调节孔4和所述第二调节孔2均连通所述夹持槽22；所述第一固定柱7与所述第一安装孔6插接装配，且所述第一固定柱7的至少一部分位于所述夹持槽22内，用于固定穿接疲劳试样件上的试样孔；所述第一调节件5活动装配在所述第一调节孔4内；所述第二调节件3活动装配在所述第二调节孔2内，所述第一调节件5和所述第二调节件3用于共同夹持疲劳试样件。

参阅图5所示，疲劳试样件中部两侧凹陷的矩形结构，疲劳试样件的两端分别开设有试样孔20，试样孔20的大小尺寸和第一固定柱7的截面相同，方便将第一固定柱7插接在试样孔10中。可选的疲劳试样件的材质可以符合实验要求的任何材质，比如：铁、铜等。

在本发明中，包括加载头1，加载头1具有夹持槽22用于夹持疲劳试样，同时，加载头1上具有第一安装孔6，第一固定柱7通过插接装配的方式伸入第一安装孔6中，同时部分伸入夹持槽22内，用于将疲劳试样固定在加载头1的夹持槽22内。还包括有设置在加载头1两侧的第一调节孔4和第二调节孔2，还包括第一调节件5和第二调节件3，第一调节件5和第二调节件3分别活动装配在第一调节孔4和第二调节孔2中，并且第一调节件5和第二调节件3部分伸入夹持槽22中，共同夹持疲劳试样件。可选的，第一调节件5和第二调节件3的数量不做限定，为至少一个的任何数量，例如可以是一个、两个。同时，第一调节孔4和第二调节孔2的数量与第一调节件5和第二调节件3的数量相等。

本发明提供的装置可通过调整两侧第一调节件4和第二调节件3拧入加载头1的距离来调整疲劳试样件在试样孔20中的位置，进而来调整疲劳试样的试样孔20和第一固定柱7的接触面大小，进而调整疲劳荷载施加在试样厚度方向上的位置，从而获取不同的荷载偏心距（偏离几何中面的距离），让装置可以根据具体材料性能来自定义外荷载在厚度方向上的施加位置。

在其中一个实施例中，还包括：第二固定柱9，所述加载头1开设有第二安装孔8，所述第一安装孔6和所述第二安装孔8分别开设在所述加载头1的相对两侧，所述第二安装孔8连通所述夹持槽22，所述第二固定柱9与所述第二安装孔8插接装配，且所述第二固定柱9的至少一部分位于所述夹持槽22内。

在该实施例中，本发明还包括有第二固定柱9，第二固定柱9通过开设在加载头1上的第二安装孔8插接装配，并有部分伸入加载头1的夹持槽22中，其中，第二安装孔8设置在加载头1两侧相对于第一安装孔6的一侧。第二固定柱9伸入加载头1夹持槽22的部分用于固定疲劳试样，使得疲劳试样固定在加载头1夹持槽22内。

在其中一个实施例中，所述第一固定柱7上开设有第一销轴孔10，所述第二固定柱9上开设第二销轴孔11，所述加载头1上开设有第三销轴孔12和第四销轴孔13，其中，所述第一销轴孔10和所述第三销轴孔12中穿插有第一销轴15，所述第一固定柱7通过所述第一销轴15固定装配在所述第一安装孔6内，所述第二销轴孔11和所述第四销轴孔13中穿插有第二销轴16，所述第二固定柱9通过所述第二销轴16固定装配在所述第二安装孔8内。

在该实施例中，当第一固定柱7和第二固定柱9置于加载头1的夹持槽22内时，分别利用第一销轴15和第二销轴16穿插进第一固定柱7和第二固定柱9以及加载头1上的第三销轴孔12和第四销轴孔13，将第一固定柱7和第二固定柱9固定在加载头1的夹持槽22内，以便第一固定柱7和第二固定柱9将疲劳试样固定在加载头1的夹持槽22内，疲劳试样夹持稳固。

在其中一个实施例中，所述第一固定柱7上开设有轴向贯通孔21，所述第二固定柱9与所述第一固定柱7的轴向贯通孔21插接装配。

在该实施例中，第一固定柱7为中空结构，第一固定柱7的中空部分为一轴向贯通孔21，轴向贯通孔21的大小尺寸与第二固定柱9的截面积相等，使得第二固定柱9可以插接在第一固定柱7的轴向贯通孔21中。

在其中一个实施例中，所述第二固定柱9上开设第五销轴孔14，所述第一销轴15与所述第一销轴孔10、所述第三销轴孔12和所述第五销轴孔14插接装配，所述第一固定柱7和所述第二固定柱9通过所述第一销轴15相对固定。

在该实施例中，第二固定柱9插接进入第一固定柱7的部分上开设有第五销轴孔14，第五销轴孔14的位置同第二固定柱9插接装配在第一固定柱7之后，第一销轴孔10相对应，使得第一销轴15能够穿过位于加载头1上的第三销轴孔12、位于第一固定柱7上的第一销轴15孔10和位于第二固定柱9上的第五销轴孔14，将第一固定柱7和第二固定柱9固定在加载头1的第一安装孔6中。其中由于第二固定柱9是插接进入第一固定柱7的，所以第二固定柱9对于第一固定柱7可以起到固定的作用，使得第二固定柱9在固定疲劳试样的时候能够更加稳定。

在其中一个实施例中，所述第一固定柱7的长度小于所述第二固定柱9的长度。

在该实施例中，第一固定柱7的长度小于第二固定柱9，使得第二固定柱9可以贯穿整个加载头1夹持槽22内部，而第一固定柱7伸入加载头1夹持槽22的部分只占据加载头1夹持槽22的部分空间。这样的结构可以使得疲劳试样在被第一固定柱7和第二固定柱9固定的时候，第二固定柱9完全贯通整个疲劳试样的夹持槽22，而第一固定柱7只有部分伸入疲劳试样的夹持槽22。在进行双金属复合钢材的疲劳实验时，上述结构使得装置可以通过调节疲劳试样在疲劳试样和第一调节块之间接触面积的大小，将外荷载与疲劳试样的物理中心对中，避免加载至几何中心而造成的循环弯矩，进而还原双金属复合钢材的真实疲劳破坏模式。

在其中一个实施例中，所述第一固定柱7的横截面和所述第一安装孔6的孔型均为椭圆形；和/或，所述第二固定柱9的横截面和所述第二安装孔8的孔型均为椭圆形。

在该实施例中，可选的，第一固定柱7的横截面和第一安装孔6的孔型不做具体限定，可以是符合要求的任何形状，比如：椭圆形、矩形等。可选的第二固定柱9的横截面和第二安装孔8的孔型不做限定，可以是符合要求的任何形状，比如：椭圆形、矩形等。

在其中一个实施例中，所述加载头1包括底板18以及垂直设置在所述底板18上的两个侧板19，所述底板18以及两个所述侧板19之间构建出所述夹持槽22，所述第一安装孔6和所述第二安装孔8分别开设在两个所述侧板19上，所述第一调节孔4和所述第二调节孔2分别开设在两个所述侧板19上。

在该实施例中，加载头1由一块底板18和垂直于底板18的两块侧板19组成，在两块侧板19之间构成了夹持槽22用于夹持疲劳试样，其中，第一安装孔6和第二安装孔8相对应开设在两个侧板19的相对位置，使得第二固定柱9能够贯穿夹持槽22，并且同时通过第一安装孔6和第二安装孔8。第一调节孔4和第二调节孔2也分别对应开设在加载头1两个侧板19相对位置，使得第一调节件5和第二调节件3在通过第一调节孔4和第二调节孔2对疲劳试样进行夹持的时候，能够相对应的夹持在疲劳试样两边相对的位置，使得第一调节件5和第二调节件3施加在疲劳试样上的力处于同一条直线上，让疲劳试样夹持地更加稳固。

在其中一个实施例中，所述第一调节件5和所述第二调节件3为螺栓件，所述第一调节孔4和所述第二调节孔2为螺纹孔，所述第一调节件5与所述第一调节孔4螺纹活动连接，所述第二调节件3与所述第二调节孔2螺纹活动连接。

在该实施例中，螺栓件构成的第一调节件5和第二调节件3和螺纹孔构成的第一调节孔4和第二调节孔2组合起来形成了一个螺栓限位器，第一调节件5和第二调节件3对疲劳试样进行夹持的时候，能够通过调整第一调节件5和第二调节件3拧入第一调节孔4和第二调节孔2的长度，调整第一调节件5和第二调节件3伸入加载头1夹持槽22内部的长度，进而调整疲劳试样和第一固定柱7的接触面积大小，从而调整疲劳荷载施加在试样厚度方向上的位置，从而获取不同的荷载偏心距（偏离几何中面的距离），同时对于双金属复合钢材的疲劳试验，可通过调整螺栓限位器的相对位置，将外荷载与疲劳试样的物理中心对中，避免加载至几何中心而造成的循环弯矩，进而还原双金属复合钢材的真实疲劳破坏模式。

在其中一个实施例中，所述加载头1上设置有夹持端板17，所述夹持端板17用于连接夹具。

在该实施例中，加载头1上设置有一块夹持端板17，夹持端板17和加载头1固定连接，夹持端板17可以用于安装在夹具上，可选的，夹具不做限定，可以是满足实验要求的任何夹具，比如：液压夹具。

本发明装置在使用过程中的一种安装顺序可以为：（1）将第一固定柱7穿过加载头1侧板19的第一安装孔6；（2）将疲劳试样夹持端穿过第一固定柱7；3）将第二固定柱9穿过加载头1侧板19的第二安装孔8；（4）将第一销轴15和第二销轴16从加载头1第三销轴孔12和第四销轴孔13穿入加载头1，并分别穿过第一销轴15孔10、第五销轴孔14和第二销轴16孔11固定第一固定柱7和第二固定柱9的位置；（5）将第一调节件5和第二调节件3拧入加载头1侧板19上的第一调节孔4和第二调节孔2，并依据所需要的加载力在试样厚度方向上的位置，调整第一调节件5和第二调节件3的拧入长度以实现限位功能；（6）将疲劳试样与加载装置通过加载头1上的夹持端板17夹持在疲劳试验机的液压夹具上，并开始执行试验。本领域技术人员可以根据需求选择合适的装配和使用方式，在此不做限定。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种金属疲劳试验偏心加载辅助装置，其特征在于，包括：

加载头，所述加载头开设有夹持槽；其中，所述加载头开设有第一安装孔，所述第一安装孔连通所述夹持槽，所述加载头的相对两侧还分别开设有第一调节孔和第二调节孔，所述第一调节孔和所述第二调节孔均连通所述夹持槽；

第一固定柱，所述第一固定柱与所述第一安装孔插接装配，且所述第一固定柱的至少一部分位于所述夹持槽内，用于固定穿接疲劳试样件上的试样孔；

至少一个第一调节件，所述第一调节件活动装配在所述第一调节孔内；

至少一个第二调节件，所述第二调节件活动装配在所述第二调节孔内，所述第一调节件和所述第二调节件用于共同夹持疲劳试样件。

2.根据权利要求1所述的金属疲劳试验偏心加载辅助装置，其特征在于，包括：

第二固定柱，所述加载头开设有第二安装孔，所述第一安装孔和所述第二安装孔分别开设在所述加载头的相对两侧，所述第二安装孔连通所述夹持槽，所述第二固定柱与所述第二安装孔插接装配，且所述第二固定柱的至少一部分位于所述夹持槽内。

3.根据权利要求2所述的金属疲劳试验偏心加载辅助装置，其特征在于，所述第一固定柱上开设有第一销轴孔，所述第二固定柱上开设第二销轴孔，所述加载头上开设有第三销轴孔和第四销轴孔，其中，所述第一销轴孔和所述第三销轴孔中穿插有第一销轴，所述第一固定柱通过所述第一销轴固定装配在所述第一安装孔内，所述第二销轴孔和所述第四销轴孔中穿插有第二销轴，所述第二固定柱通过所述第二销轴固定装配在所述第二安装孔内。

4.根据权利要求3所述的金属疲劳试验偏心加载辅助装置，其特征在于，所述第一固定柱上开设有轴向贯通孔，所述第二固定柱与所述第一固定柱的轴向贯通孔插接装配。

5.根据权利要求4所述的金属疲劳试验偏心加载辅助装置，其特征在于，所述第二固定柱上开设第五销轴孔，所述第一销轴与所述第一销轴孔、所述第三销轴孔和所述第五销轴孔插接装配，所述第一固定柱和所述第二固定柱通过所述第一销轴相对固定。

6.根据权利要求4所述的金属疲劳试验偏心加载辅助装置，其特征在于，所述第一固定柱的长度小于所述第二固定柱的长度。

7.根据权利要求2所述的金属疲劳试验偏心加载辅助装置，其特征在于，所述第一固定柱的横截面和所述第一安装孔的孔型均为椭圆形；和/或，所述第二固定柱的横截面和所述第二安装孔的孔型均为椭圆形。

8.根据权利要求2所述的金属疲劳试验偏心加载辅助装置，其特征在于，所述加载头包括底板以及垂直设置在所述底板上的两个侧板，所述底板以及两个所述侧板之间构建出所述夹持槽，所述第一安装孔和所述第二安装孔分别开设在两个所述侧板上，所述第一调节孔和所述第二调节孔分别开设在两个所述侧板上。

9.根据权利要求1所述的金属疲劳试验偏心加载辅助装置，其特征在于，所述第一调节件和所述第二调节件为螺栓件，所述第一调节孔和所述第二调节孔为螺纹孔，所述第一调节件与所述第一调节孔螺纹活动连接，所述第二调节件与所述第二调节孔螺纹活动连接。

10.根据权利要求1所述的金属疲劳试验偏心加载辅助装置，其特征在于，所述加载头上设置有夹持端板，所述夹持端板用于连接夹具。

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