專利名稱：一種用于非金屬材料拉伸力學(xué)性能測試的拉伸夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量技術(shù)中所使用的夾具，更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于非金屬材料拉伸力學(xué)性能測試的拉伸夾具。
背景技術(shù)：
隨著各種非金屬材料在航空、航天、能源、電氣、化工、交通運(yùn)輸、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，研究非金屬材料的力學(xué)性能就顯得非常重要。
整個(gè)材料力學(xué)性能測試在配有常溫力學(xué)測量系統(tǒng)和自主研制的低溫力學(xué)測試系統(tǒng)的Reger電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，數(shù)據(jù)通過高精度、高靈敏的儀器連接到計(jì)算機(jī)上控制采集。拉伸試驗(yàn)夾具則是測量材料的拉伸力學(xué)性能的關(guān)鍵部件之一。在試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)樣品的兩端應(yīng)固定在夾具上，并將夾具與拉伸試驗(yàn)機(jī)固定連接，試驗(yàn)機(jī)通過夾具拉伸試樣，最終獲得試樣的拉伸強(qiáng)度、彈性模量、延伸率等力學(xué)性能。具體測試條件參照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。試樣的形狀和尺寸通常符合國標(biāo)或ASTM標(biāo)準(zhǔn)，如圖1和圖2所示，兩端必為啞鈴形狀，試樣有效測試段為中間直線段部位。
目前國內(nèi)外試驗(yàn)機(jī)廠提供的拉伸試驗(yàn)夾具通常采用彈簧自動鎖緊式的夾具，其主要通過自鎖力和裝夾表面的鋸齒產(chǎn)生的摩擦力將試樣的兩個(gè)啞鈴形端部夾緊，從而與試驗(yàn)機(jī)連接進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。
這種夾具的缺點(diǎn)是1)夾具在低溫下不易安裝、對試樣有一定的破壞性；2)當(dāng)在低溫下測量材料的拉伸性能時(shí)，由于試樣材料在低溫環(huán)境的特殊性質(zhì)，在夾具和試樣之間會發(fā)生打滑現(xiàn)象；且無法實(shí)現(xiàn)在密閉的低溫環(huán)境中裝夾等，因而不適用于低溫環(huán)境的使用；3)該夾具一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有夾具的缺點(diǎn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試樣的結(jié)構(gòu)特征提供一種拉伸夾具；本發(fā)明的另一目的是提供一種拉伸夾具，該夾具尤其適合于低溫環(huán)境下試樣拉伸力學(xué)性能的測試。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種拉伸夾具，用于非金屬材料拉伸力學(xué)性能測試，該夾具在使用時(shí)與啞鈴狀標(biāo)準(zhǔn)試樣的一端部固定連接；該夾具包括一具有上、下表面的板狀主體；所述主體內(nèi)限定了一個(gè)從上表面向下表面延伸的凹陷區(qū)域，所述凹陷區(qū)域具有一位于所述主體側(cè)邊上的開口端；所述區(qū)域的形狀和大小與標(biāo)準(zhǔn)試樣的端部基本相同，以便在使用時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)試樣的端部嵌入該區(qū)域內(nèi)。
所述凹陷區(qū)域穿透主體的上、下表面，其深度為主體的厚度。該夾具還包括可拆卸地固定于主體上的上蓋板和下蓋板，所述上、下蓋板分別覆蓋于所述主體的上表面和下表面。在上、下蓋板和標(biāo)準(zhǔn)試樣的端部之間分別設(shè)置有墊片。
所述凹陷區(qū)域穿透所述主體的上表面，該凹陷區(qū)域具有一底面，其深度小于主體的厚度。該夾具還包括可拆卸地固定于主體上的上蓋板，所述上蓋板覆蓋于所述主體的上表面。在上蓋板和標(biāo)準(zhǔn)試樣之間設(shè)置有墊片，以及在所述凹陷區(qū)域的底面與標(biāo)準(zhǔn)試樣的端部之間設(shè)置有墊片。
所述墊片的形狀和大小與所述標(biāo)準(zhǔn)試樣的端部基本相同。在主體上遠(yuǎn)離所述開口端的主體的端部設(shè)有一通孔。
本發(fā)明拉伸試驗(yàn)夾具與國內(nèi)外現(xiàn)使用的夾具相比，其體積為普通夾具的1/10(普通夾具的體積約300cm3)，質(zhì)量僅是普通夾具的1/16(普通夾具的質(zhì)量約1Kg)，而且結(jié)構(gòu)簡單，裝夾方便，在低溫下很好地克服了試件打滑的現(xiàn)象，并且在低溫環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)多樣品測量，大大節(jié)約了成本。本發(fā)明的低溫拉伸夾具可適用于各種高分子材料、復(fù)合材料等非金屬材料的力學(xué)性能測試，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。


圖1為國標(biāo)規(guī)定的樣品示意圖；圖2為ASTM規(guī)定的樣品示意圖；圖3是本發(fā)明的拉伸夾具的一個(gè)實(shí)施例的三視圖，其中(A)為俯視圖，(B)為沿A-A線的左視圖，(C)為正視圖；圖4是本發(fā)明帶蓋板的拉伸夾具的一個(gè)實(shí)施例的三視圖，其中(A)為俯視圖，(B)為沿A-A線的左視圖，(C)為正視圖；圖5是本發(fā)明的拉伸夾具中的墊片的示意圖；圖6是本發(fā)明的拉伸夾具的矩形蓋板的示意圖；圖7是本發(fā)明的拉伸夾具的另一個(gè)實(shí)施例的三視圖，其中(A)為俯視圖，(B)為沿A-A線的左視圖，(C)為正視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
在材料力學(xué)性能測試中，標(biāo)準(zhǔn)試樣的形狀一般如圖1和圖2所示，其中，圖1是國標(biāo)規(guī)定的樣品，圖2是ASTM規(guī)定的樣品。從圖1和圖2可看出，標(biāo)準(zhǔn)試樣一般為啞鈴形狀，包括兩個(gè)端部1和中間直線段部2，其中圖1和圖2中的虛線所圍的試樣部分為其中的一個(gè)端部1。端部1在靠近直線段部2處有一個(gè)漸縮部3，端部1的寬度在漸縮部3逐漸接近直線段部2的寬度。
下面以圖1所示的標(biāo)準(zhǔn)試樣為例來說明本發(fā)明。
本發(fā)明的拉伸夾具如圖3所示，該夾具由一個(gè)板狀主體4構(gòu)成，該主體4具有上表面5和下表面6。在主體4內(nèi)，凹陷區(qū)域7從上表面5向下表面6延伸，該區(qū)域7的形狀和大小與圖1中標(biāo)準(zhǔn)試樣的端部1基本相同，以便在使用時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)試樣的端部1嵌入該區(qū)域7內(nèi)。從圖3可看出，與圖1中的漸縮部3相對應(yīng)，凹陷區(qū)域7也具有一收縮部8，該收縮部8一方面是為了嵌合試樣的漸縮部3，另一方面也使得試樣在工作時(shí)不會從區(qū)域7拉出。
如圖3所示，凹陷區(qū)域7在主體4的一側(cè)邊9具有一開口端10，將圖1中的標(biāo)準(zhǔn)試樣的端部1嵌入到凹陷區(qū)域7時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)試樣的直線段部2能夠從該開口端10延伸出來。
在一個(gè)實(shí)施方案中，如圖3所示，凹陷區(qū)域7是穿透了夾具主體4的上表面5和下表面6的，該區(qū)域7的深度也就是為主體4的厚度。
如圖4所示，將試樣的端部1嵌入到圖3所示夾具的凹陷區(qū)域7后，為了限制試樣沿主體上下方向的運(yùn)動，使得端部1不至于從凹陷區(qū)域7內(nèi)脫落，最好在主體4的上表面5和下表面6上分別覆蓋安裝上蓋板11和下蓋板12。其中，從圖4(C)中可看出，上蓋板11和下蓋板12為L形，L形的一邊13沿主體4的側(cè)邊延伸，并且與主體4之間通過如螺釘?shù)染o固件14固定連接，如圖4(B)所示。
最好，在上、下蓋板11、12和標(biāo)準(zhǔn)試樣的端部1之間分別設(shè)置有墊片15，以便將端部1固定。并且墊片15的厚度可以調(diào)整，使得端部1可以在上下方向上位于凹陷區(qū)域7的中間位置。墊片15的形狀和大小最好與標(biāo)準(zhǔn)試樣的端部1基本相同，如圖5所示。
此外，如圖3所示，在夾具主體4上遠(yuǎn)離所述開口端10的主體4的端部設(shè)有一通孔16，通孔16用于與試驗(yàn)機(jī)的萬向連接軸固定。
雖然在圖4中示出了分離設(shè)置的上蓋板11和下蓋板12，在實(shí)際應(yīng)用中，可采用多種方式布置上蓋板11和下蓋板12，例如在圖6中，上蓋板11和下蓋板12一體成形為一個(gè)矩形筒狀，在使用時(shí)可將本發(fā)明的夾具主體4插入該矩形筒內(nèi)，這樣做的好處是可以省去固定件，并且安裝方便。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，如圖7所示，凹陷區(qū)域7與圖3中的形狀相同，但是凹陷區(qū)域7只穿透了夾具主體4的上表面5，該凹陷區(qū)域7具有一底面17，其深度小于主體4的厚度。這樣的好處是將試樣的端部1嵌入該凹陷區(qū)域7后，只需要一個(gè)上蓋板11(在圖7中未示出)來固定試樣，而底面17可以實(shí)現(xiàn)圖4中下蓋板12的功能。
以二氧化硅改性環(huán)氧樹脂基納米復(fù)合材料為例，測試材料的室溫與低溫(77K)下的拉伸性能。實(shí)驗(yàn)機(jī)為WD-10A型，由廣州試驗(yàn)機(jī)廠生產(chǎn)，并于今年由深圳瑞格爾公司改造。將圖1所示的啞鈴型試樣的兩端分別嵌入在圖3所示的本發(fā)明的拉伸夾具的凹陷區(qū)域7中，試樣正反面加同厚度的彈性墊片(圖5)以保證對中，然后如圖4所示的上下蓋板11、12將試樣壓緊，在側(cè)面上緊螺絲14。待夾具裝好試樣后，用銷子將其上的通孔16(圖3)與試驗(yàn)機(jī)的萬向連接軸固定。最后放置在密閉低溫拉伸實(shí)驗(yàn)容器中進(jìn)行測量。
經(jīng)試驗(yàn)表明，本發(fā)明的拉伸夾具可很好的應(yīng)用于低溫環(huán)境77K的拉伸力學(xué)測量，在室溫和低溫下能夠準(zhǔn)確、可靠、穩(wěn)定地測量復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彈性模量、斷裂延伸率，夾具本身對試驗(yàn)結(jié)果無影響。并且測試結(jié)果的準(zhǔn)確、可靠，對試樣的工作肩處無損傷，斷裂部位均在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)距范圍內(nèi)，變形均勻，表明本夾具夾持部位設(shè)計(jì)較為合理；同時(shí)經(jīng)多個(gè)同樣品測試結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)的重復(fù)性較好，可認(rèn)為夾具本身對測量基本無影響。
權(quán)利要求
1.一種拉伸夾具，用于非金屬材料拉伸力學(xué)性能測試，該夾具在使用時(shí)與啞鈴狀標(biāo)準(zhǔn)試樣的一端部固定連接；其特征在于，該夾具包括一具有上、下表面的板狀主體；所述主體內(nèi)限定了一個(gè)從上表面向下表面延伸的凹陷區(qū)域，所述凹陷區(qū)域具有一位于所述主體側(cè)邊上的開口端；所述區(qū)域的形狀和大小與標(biāo)準(zhǔn)試樣的端部基本相同，以便在使用時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)試樣的端部嵌入該區(qū)域內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉伸夾具，其特征在于，所述凹陷區(qū)域穿透主體的上、下表面，其深度為主體的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拉伸夾具，其特征在于，還包括可拆卸地固定于主體上的上蓋板和下蓋板，所述上、下蓋板分別覆蓋于所述主體的上表面和下表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的拉伸夾具，其特征在于，在上、下蓋板和標(biāo)準(zhǔn)試樣的端部之間分別設(shè)置有墊片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉伸夾具，其特征在于，所述凹陷區(qū)域穿透所述主體的上表面，該凹陷區(qū)域具有一底面，其深度小于主體的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的拉伸夾具，其特征在于，還包括可拆卸地固定于主體上的上蓋板，所述上蓋板覆蓋于所述主體的上表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的拉伸夾具，其特征在于，在上蓋板和標(biāo)準(zhǔn)試樣之間設(shè)置有墊片，以及在所述凹陷區(qū)域的底面與標(biāo)準(zhǔn)試樣的端部之間設(shè)置有墊片。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或7所述的拉伸夾具，其特征在于，所述墊片的形狀和大小與所述標(biāo)準(zhǔn)試樣的端部基本相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉伸夾具，其特征在于，在主體上遠(yuǎn)離所述開口端的主體的端部設(shè)有一通孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種拉伸夾具，用于非金屬材料拉伸力學(xué)性能測試，該夾具在使用時(shí)與啞鈴狀標(biāo)準(zhǔn)試樣的一端部固定連接。該夾具包括一具有上、下表面的板狀主體；主體內(nèi)限定了一個(gè)從上表面向下表面延伸的凹陷區(qū)域，凹陷區(qū)域具有一位于主體側(cè)邊上的開口端；區(qū)域的形狀和大小與標(biāo)準(zhǔn)試樣的端部基本相同，以便在使用時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)試樣的端部嵌入該區(qū)域內(nèi)。本發(fā)明的拉伸試驗(yàn)夾具與國內(nèi)外現(xiàn)使用的夾具相比，體積小重量輕，而且結(jié)構(gòu)簡單，裝夾方便，在低溫下很好地克服了試件打滑的現(xiàn)象，并且在低溫環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)多樣品測量，大大節(jié)約了成本。本發(fā)明的低溫拉伸夾具可適用于各種高分子材料、復(fù)合材料等非金屬材料的力學(xué)性能測試，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號G01N3/04GK1619286SQ20031011337
公開日2005年5月25日 申請日期2003年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月17日
發(fā)明者潘勤彥, 付紹云, 趙立中 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所