一種用于單軸材料試驗(yàn)機(jī)的雙軸試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料力學(xué)試驗(yàn)領(lǐng)域，特別是涉及一種能夠在單軸材料試驗(yàn)機(jī)上實(shí)現(xiàn)雙 向拉伸和壓縮試驗(yàn)的雙軸試驗(yàn)裝置，以及使用該雙軸試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，進(jìn)行單軸拉伸、壓縮測(cè)試的材料試驗(yàn)機(jī)是應(yīng)用最廣泛的材料試驗(yàn)機(jī)，驅(qū)動(dòng)方 式為馬達(dá)驅(qū)動(dòng)或液壓驅(qū)動(dòng)。配合不同夾具，這類材料試驗(yàn)機(jī)可進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲、剪切等 功能。這些試驗(yàn)都是基于一個(gè)方向的單軸加載，無法同時(shí)進(jìn)行橫縱雙向拉伸或雙向壓縮測(cè) 試。能夠?qū)崿F(xiàn)雙向拉伸的試驗(yàn)機(jī)價(jià)格較昂貴，比同級(jí)別單軸試驗(yàn)機(jī)的價(jià)格高一個(gè)量級(jí)。而雙 向拉伸和雙壓縮測(cè)試可以研究材料在雙向應(yīng)力條件下的力學(xué)問題，不是兩個(gè)軸向應(yīng)力的簡(jiǎn) 單疊加，因而具有重要意義。
[0003] 目前已經(jīng)有很多研究嘗試用簡(jiǎn)單方法實(shí)現(xiàn)雙向加載試驗(yàn)，但一般只能實(shí)現(xiàn)雙向上 的壓縮或拉伸中的一種，同時(shí)在精確測(cè)量方面也很不完善，不能直接得到準(zhǔn)確的應(yīng)力-應(yīng)變 關(guān)系曲線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種能夠利用現(xiàn)有單軸材料試驗(yàn)機(jī)同時(shí)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)材 料雙向拉伸和壓縮的試驗(yàn)裝置。
[0005] 本發(fā)明一個(gè)進(jìn)一步的目的是要提供一種在單軸材料試驗(yàn)機(jī)上實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)材料雙向 拉伸和壓縮試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法。
[0006] 特別地，本發(fā)明提供了一種用于單軸材料試驗(yàn)機(jī)的雙向試驗(yàn)裝置，包括：
[0007] 機(jī)架，包括相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)側(cè)架，兩個(gè)所述側(cè)架相對(duì)一面的兩端分別設(shè)置有相對(duì) 凸出的三角形端翼；
[0008] 滑塊，有兩個(gè)，且分別被兩個(gè)所述側(cè)架兩端的所述端翼夾持地活動(dòng)固定在兩個(gè)所 述側(cè)架之間;所述機(jī)架和所述滑塊圍成的空間為試樣安裝空間；
[0009] 測(cè)量裝置，包括分別安裝在每個(gè)側(cè)架和所述滑塊與試樣接觸一端的測(cè)量彈簧，以 及檢測(cè)所述測(cè)量彈簧位移大小的位移傳感器。
[0010]進(jìn)一步地，所述滑塊為三角形形狀，其通過兩個(gè)三角形的側(cè)邊分別與相鄰的所述 端翼的側(cè)邊接觸，在所述滑塊和所述端翼相互接觸的一面分別設(shè)置有沿長(zhǎng)度方向延伸的凹 槽，在所述凹槽內(nèi)放置有被所述端翼和所述滑塊夾持限定在所述凹槽內(nèi)的滾動(dòng)軸承副。
[0011] 進(jìn)一步地，所述機(jī)架上設(shè)置有限制所述滑塊偏向一側(cè)的限位裝置，所述限位裝置 包括分別安裝在所述端翼和所述滑塊上的固定栓，以及連接兩個(gè)所述固定栓的拉緊彈簧。
[0012] 進(jìn)一步地，所述滑塊與所述端翼相互接觸的側(cè)面與水平面的夾角分別為45度斜 面。
[0013] 進(jìn)一步地，在所述測(cè)量裝置的外圓周設(shè)置有輔助夾持裝置，所述輔助夾持裝置包 括固定環(huán)和活動(dòng)套，所述固定環(huán)套在所述測(cè)量彈簧的外圓周，且通過一端與相鄰的所述側(cè) 架或所述滑塊固定，所述活動(dòng)套為一端封閉的空心管，所述活動(dòng)套通過開口一端與所述固 定環(huán)的未固定端活動(dòng)連接，且將所述測(cè)量彈簧封閉在內(nèi)，連接后的所述活動(dòng)套在所述測(cè)量 彈簧的推動(dòng)下可進(jìn)行軸向移動(dòng)，但不能從所述固定環(huán)上脫離。
[0014] 進(jìn)一步地，所述活動(dòng)套朝向所述試樣安裝空間的封閉端上設(shè)置有便于夾持試樣的 夾具，所述夾具通過螺紋與所述活動(dòng)套連接，所述活動(dòng)套上設(shè)置有調(diào)節(jié)所述夾具相對(duì)于所 述活動(dòng)套位置的微調(diào)鎖緊螺母。
[0015] 進(jìn)一步地，所述測(cè)量彈簧一端與所述側(cè)架或滑塊固定，另一端與所述活動(dòng)套固定。
[0016] 進(jìn)一步地，在所述滑塊與所述試樣安裝空間相對(duì)的一側(cè)設(shè)置有便于拉伸試驗(yàn)使用 的拉伸軸，在所述側(cè)架與所述試樣安裝空間相對(duì)的一側(cè)設(shè)置有便于壓縮試試驗(yàn)使用的壓縮 凸臺(tái)。
[0017] 本發(fā)明還提供一種雙向試驗(yàn)裝置在單軸材料試驗(yàn)機(jī)上實(shí)現(xiàn)雙向測(cè)試的試驗(yàn)方法， 包括如下步驟：
[0018] 步驟101，將試樣安裝在雙向試驗(yàn)裝置內(nèi)并固定，再將雙向試驗(yàn)裝置放置在單軸材 料試驗(yàn)機(jī)的兩個(gè)相對(duì)的夾持端上進(jìn)行夾持固定，同時(shí)將位移傳感器和單軸材料試驗(yàn)機(jī)的信 號(hào)線與計(jì)算機(jī)控制單元連接；
[0019] 步驟102,通過計(jì)算機(jī)控制單元向單軸材料試驗(yàn)機(jī)發(fā)出壓縮信號(hào)，單軸材料試驗(yàn)機(jī) 根據(jù)接收到的壓縮指令對(duì)雙向試驗(yàn)裝置進(jìn)行壓縮；
[0020] 步驟103:計(jì)算機(jī)控制單元在單軸材料試驗(yàn)機(jī)壓縮雙向試驗(yàn)裝置的過程中，采集單 軸材料試驗(yàn)機(jī)的位移信息和雙向試驗(yàn)裝置上測(cè)量彈簧的位移信息，根據(jù)預(yù)先獲知的測(cè)量單 元的參數(shù)并按力學(xué)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，即可得到試樣在雙向壓縮時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線； [0021 ]步驟104，將雙向試驗(yàn)裝置由單軸材料試驗(yàn)機(jī)上卸下，旋轉(zhuǎn)90度，更換新的試樣后， 再用單軸材料試驗(yàn)機(jī)的夾持端將兩個(gè)滑塊夾持住，利用計(jì)算機(jī)控制單元向單軸材料試驗(yàn)機(jī) 發(fā)出拉伸信號(hào)；
[0022] 步驟105,計(jì)算機(jī)控制單元采集試樣在拉伸時(shí)的測(cè)量彈簧的位移信息和單軸材料 試驗(yàn)機(jī)的位移信息，根據(jù)預(yù)先獲知的測(cè)量單元的參數(shù)并按力學(xué)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，即可 得到試樣在雙向拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
[0023] 進(jìn)一步地，所述預(yù)先獲知的測(cè)量單元的參數(shù)包括測(cè)量彈簧的剛度值、試樣的橫向、 縱向長(zhǎng)度值和橫截面值。本發(fā)明的雙向試驗(yàn)裝置具有在單軸材料試驗(yàn)機(jī)上實(shí)現(xiàn)雙向拉伸和 雙向壓縮的功能，解決了加載同步和保持試樣對(duì)中的問題，同時(shí)，雙向試驗(yàn)裝置在拉伸和壓 縮加載時(shí)，可以準(zhǔn)確測(cè)量試樣的力和位移，因此可以給出材料分析中非常重要的應(yīng)力-應(yīng)變 關(guān)系曲線。本發(fā)明的功能完備且測(cè)量精度高，制作成本也大大低于同類產(chǎn)品，具備很強(qiáng)的應(yīng) 用前景。
【附圖說明】
[0024] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙向試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖2是圖1所示雙向試驗(yàn)裝置的拉伸狀態(tài)示意圖；
[0026] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙向試驗(yàn)裝置在單軸材料試驗(yàn)機(jī)上的安裝示意 圖；
[0027] 圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的試驗(yàn)方法流程示意圖；
[0028] 圖中：卜側(cè)架、2-端翼、3-滾動(dòng)軸承副、4-壓縮凸臺(tái)、5-輔助夾持裝置、6-拉緊彈簧、 7-固定栓、8-滑塊、9-拉伸軸、10-微調(diào)鎖緊螺母、11-夾具、12-固定環(huán)、13-測(cè)量彈簧、14-位 移傳感器、15-試樣、16-活動(dòng)套、20-單軸材料試驗(yàn)機(jī)、21-夾持端、30-計(jì)算機(jī)控制單元。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 如圖1所示，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙向試驗(yàn)裝置，包括用于夾持試樣15上下兩個(gè)方 向的機(jī)架，和用于夾持試樣左右兩個(gè)方向的滑塊8,以及測(cè)量試樣15四個(gè)方向上受力后變形 程度的測(cè)量裝置。
[0030] 該機(jī)架包括相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)側(cè)架1，兩個(gè)側(cè)架1相對(duì)一面的兩端分別設(shè)置有相對(duì)凸 出的直角三角形端翼2;該端翼2通過一直角邊與側(cè)架1固定，且兩個(gè)端翼2的斜邊相互對(duì)應(yīng)。
[0031] 滑塊8有兩個(gè)且分別被兩個(gè)側(cè)架1兩端的端翼2夾持地活動(dòng)固定在兩個(gè)側(cè)架1之間。
[0032] 測(cè)量裝置包括分別安裝在兩個(gè)側(cè)架1和兩個(gè)滑塊8朝向試樣安裝空間一側(cè)的測(cè)量 彈簧13，以及分別檢測(cè)各測(cè)量彈簧13位移大小的位移傳感器14。
[0033] 在使用時(shí)，試樣15被固定在側(cè)架1和滑塊8圍成的試樣安裝空間內(nèi)，試樣15-般采 用形狀對(duì)稱的十字形試樣，以使各個(gè)方向上受到的力均衡體現(xiàn)。安裝試樣15后的雙向試驗(yàn) 裝置即可放置在現(xiàn)有的單軸材料試驗(yàn)機(jī)20上進(jìn)行固定，具體的固定