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CN110455620A - 一种小型复合材料定应变疲劳试验装置 - Google Patents

一种小型复合材料定应变疲劳试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种小型复合材料定应变疲劳试验装置，该装置由至少一个内部试件夹具及外部循环平台组成，外部循环平台包括底座、驱动电机、齿轮轴、两个凸轮、两个从动件、两个刚性轴套、固定台，每个内部试件夹具包括上端预紧螺母、夹具上盖、两组夹紧装置、夹具下盖、两个侧端预紧螺母，试件夹具通过前、后夹臂即可对宽度不一的试件进行加紧，通过夹具上、下盖即可对长短不一的试件进行加紧。本发明能够对哑铃型试件进行仿形加紧即夹具的长宽均可变，保证了试件对中的要求，该装置可放入老化温箱中对试件进行多因素叠加的动态疲劳试验。本发明可适用于复合材料、高分子材料及各类非金属材料的含老化的动态定应变疲劳试验，适用范围较广。

Description

一种小型复合材料定应变疲劳试验装置
技术领域
本发明属于疲劳损伤试验技术领域,具体涉及一种小型复合材料定应变疲劳试验装置。
背景技术
目前，对于粘弹性复合材料(例如端羟基聚丁二烯HTPB)的单因素老化研究已较为成熟，而对于粘弹性复合材料的多因素叠加的老化研究还不完善，比如在湿热老化下材料的动态疲劳力学损伤特性的研究。在上述研究中主要存在的问题有：传统动态疲劳试验机体积过于庞大，导致材料在进行定应变疲劳试验时无法叠加湿热老化工况。同时由于传统哑铃型试件在制备过程中存在一定的误差，导致试件会出现尺寸不一的情况，最典型的便是试件的长短不一，这便会导致试件在传统夹具上出现无法对中的情况，这样便会在一定程度上影响实验结果的准确性。
发明内容
本发明目的在于提供一种小型复合材料定应变疲劳试验装置以解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种小型复合材料定应变疲劳试验装置，包括外部循环平台及至少一个内部试件夹具，所述外部循环平台包括底座、驱动电机、齿轮轴、两个凸轮、两个从动件、两个刚性轴套、固定台，所述齿轮轴穿过所述底座设置，所述齿轮轴的中部设置有第一齿轮，所述齿轮轴穿出所述底座的两端分别固定连接有一个凸轮，所述驱动电机固定支撑于底座上，所述驱动电机的输出轴连接第二齿轮，所述第二齿轮与第一齿轮啮合，所述从动件的底部为一大径圆柱段，所述大径圆柱段上部为一小径轴段，所述小径轴段的顶部穿过固定台的第一通孔，所述小径轴段的外部套设有所述刚性轴套，所述刚性轴套的底部抵靠于大径圆柱段的顶面、顶部抵靠于固定台的底面，所述大径圆柱段的底面抵接于对应的凸轮的凸轮面，每个内部试件夹具包括上端预紧螺母、夹具上盖、两组夹紧装置、夹具下盖、两个侧端预紧螺母，每组夹紧装置包括一个前夹臂和一个后夹臂，每个所述后夹臂的侧面具有一伸出螺柱，每个所述前夹臂与伸出螺柱对应的位置开设有前夹臂通孔，所述伸出螺柱能够穿出前夹臂通孔并通过侧端预紧螺母实现对试件的夹紧，两组夹紧装置分别实现对试件的上下端的夹紧，夹具上盖与第一组夹紧装置能够通过滑槽实现嵌套，夹具下盖与第二组夹紧装置能够通过滑槽实现嵌套，所述夹具上盖的上端具有一固定螺柱，所述夹具下盖的下端面与底座的上端面固定连接，所述夹具上盖的固定螺柱穿过固定台的第二通孔并通过上端预紧螺母实现内部试件夹具与外部循环平台的连接。
进一步地，所述夹具下盖的下端面与底座的上端面焊接连接。
进一步地，所述刚性轴套的内径大于固定台的第一通孔的孔径。
进一步地，所述固定台的第二通孔设置在两个第一通孔之间。
进一步地，所述内部试件夹具数量为3-8个。
进一步地，所述复合材料是粘弹性复合材料。
进一步地，所述粘弹性复合材料为端羟基聚丁二烯。
相比于现有技术，本发明的优点为：
(1)本发明的内部试件夹具通过前夹臂和后夹臂的接合实现对哑铃型试件两端的仿形夹紧，对不同宽度的试件均可实现夹紧，夹具上盖的上端具有一固定螺柱，固定螺柱穿过固定台的第二通孔并通过上端预紧螺母实现内部试件夹具与外部循环平台的连接，因此对于不同长度的试件只需调节上端预紧螺母即可实现夹紧，大大减小了由于试件大小尺寸不一所导致的试验误差；
(2)本发明结构简单合理、体积小，能够放入老化温箱内，这样便能够实现多因素叠加的老化研究。
附图说明
图1为本发明小型复合材料定应变疲劳试验装置的整体结构示意图。
图2为内部试件夹具爆炸图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
如图1-2所示，一种小型复合材料定应变疲劳试验装置，包括外部循环平台及至少一个内部试件夹具，所述外部循环平台包括底座8、驱动电机9、齿轮轴10、两个凸轮11、两个从动件12、两个刚性轴套13、固定台15，所述齿轮轴10穿过所述底座8设置，所述齿轮轴10的中部设置有第一齿轮16，所述齿轮轴10穿出所述底座8的两端分别固定连接有一个凸轮11，所述驱动电机9固定支撑于底座8上，所述驱动电机9的输出轴连接第二齿轮17，所述第二齿轮17与第一齿轮16啮合，所用驱动电机9为步进电机或调速电机，通过调整电机转速从而调整该装置对试件的拉伸速度及频率，电机通过齿轮轴10带动凸轮11旋转，凸轮尺寸由试验所需的定应变长度及哑铃件原长决定，所述从动件12的底部为一大径圆柱段，所述大径圆柱段上部为一小径轴段，所述小径轴段的顶部穿过固定台15的第一通孔，所述小径轴段的外部套设有所述刚性轴套13，所述刚性轴套13的底部抵靠于大径圆柱段的顶面、顶部抵靠于固定台15的底面，所述大径圆柱段的底面抵接于对应的凸轮11的凸轮面，当凸轮11转动时，便会推动从动件12上下运动，之后安装于从动件12外部的刚性轴套13便会受力，推动固定台15运动，每个内部试件夹具包括上端预紧螺母1、夹具上盖2、两组夹紧装置、夹具下盖6、两个侧端预紧螺母7，每组夹紧装置包括一个前夹臂4和一个后夹臂5，每个所述后夹臂5的侧面具有一伸出螺柱，每个所述前夹臂4与伸出螺柱对应的位置开设有前夹臂通孔，所述伸出螺柱能够穿出前夹臂通孔并通过侧端预紧螺母7实现对试件14的夹紧，两组夹紧装置分别实现对试件14的上下端的夹紧，夹具上盖2与第一组夹紧装置能够通过滑槽实现嵌套，夹具下盖6与第二组夹紧装置能够通过滑槽实现嵌套，所述夹具上盖2的上端具有一固定螺柱，所述夹具下盖6的下端面与底座8的上端面固定连接，所述夹具上盖2的固定螺柱穿过固定台15的第二通孔并通过上端预紧螺母1实现内部试件夹具与外部循环平台的连接。
进一步地，所述夹具下盖6的下端面与底座8的上端面焊接连接。
进一步地，所述刚性轴套13的内径大于固定台15的第一通孔的孔径。
进一步地，所述固定台15的第二通孔设置在两个第一通孔之间。
进一步地，所述内部试件夹具数量为3-8个。
进一步地，所述复合材料是粘弹性复合材料，所述粘弹性复合材料优选为端羟基聚丁二烯。
在开始试验前，需把试件装入夹具内，如图2，首先将试件的上下两端放入后夹臂5中，将前夹臂4上的预留孔(通孔)穿过后夹臂5上的伸出螺柱，再将侧端预紧螺母7安装在已经穿过前夹臂的伸出螺柱上，通过侧端预紧螺母7的预紧，便可对前夹臂4的位移进行微调，从而实现了夹具对试件宽度的仿形功能。由于夹具下盖6是固接在底座8上方的平台上，所以如图1，首先可将安装好前、后夹臂的试件通过夹臂两侧的滑槽装入夹具的上、下盖，安装顺序为：后夹臂5先进入夹盖，先进入夹具下盖6，后进入夹具上盖2。当全部试件安装完毕后，便可将刚性轴套13安装在从动件12上，之后将从动件12上部的轴端，通过间隙配合安装在固定台15的第一通孔中。安装固定台15时需要将每一个夹具上盖2的螺纹柱穿过固定台15上的第二通孔，最后便可以安装上端预紧螺母1，通过预紧上端预紧螺母1，便可对夹具上盖2的位移进行微调，从而实现了夹具对试件长度的仿形功能。
如图1所示，可以看出标准试件14与较短试件3在安装上的不同，通过上端预紧螺母1的预紧位移的变化，便可使得夹具能够适应不同长度的试件，从而减小了试验由于对中问题所导致的误差。同理，在试件宽度的变化上，可以通过调整侧端预紧螺母7来达到加紧试件的目的。
在试件安装完毕后，便可以启动电机9，随着凸轮11的旋转，便可以带动从动件12、刚性轴套13及固定台15上下往复运动，从而对试件14进行周期性的定应变拉伸，达到对试件进行疲劳拉伸的效果，同时也可将该装置放入老化温箱中，实现对试件进行叠加湿热老化的疲劳拉伸效果。当试验进行到预设的时间后，便可将电机停转，取下试件，将试件放入其他力学测试仪器中，对试件进行疲劳后的力学分析与评估。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种小型复合材料定应变疲劳试验装置，其特征在于，包括外部循环平台及至少一个内部试件夹具，所述外部循环平台包括底座(8)、驱动电机(9)、齿轮轴(10)、两个凸轮(11)、两个从动件(12)、两个刚性轴套(13)、固定台(15)，所述齿轮轴(10)穿过所述底座(8)设置，所述齿轮轴(10)的中部设置有第一齿轮(16)，所述齿轮轴(10)穿出所述底座(8)的两端分别固定连接有一个凸轮(11)，所述驱动电机(9)固定支撑于底座(8)上，所述驱动电机(9)的输出轴连接第二齿轮(17)，所述第二齿轮(17)与第一齿轮(16)啮合，所述从动件(12)的底部为一大径圆柱段，所述大径圆柱段上部为一小径轴段，所述小径轴段的顶部穿过固定台(15)的第一通孔，所述小径轴段的外部套设有所述刚性轴套(13)，所述刚性轴套(13)的底部抵靠于大径圆柱段的顶面、顶部抵靠于固定台(15)的底面，所述大径圆柱段的底面抵接于对应的凸轮(11)的凸轮面，每个内部试件夹具包括上端预紧螺母(1)、夹具上盖(2)、两组夹紧装置、夹具下盖(6)、两个侧端预紧螺母(7)，每组夹紧装置包括一个前夹臂(4)和一个后夹臂(5)，每个所述后夹臂(5)的侧面具有一伸出螺柱，每个所述前夹臂(4)与伸出螺柱对应的位置开设有前夹臂通孔，所述伸出螺柱能够穿出前夹臂通孔并通过侧端预紧螺母(7)实现对试件(14)的夹紧，两组夹紧装置分别实现对试件(14)的上下端的夹紧，夹具上盖(2)与第一组夹紧装置能够通过滑槽实现嵌套，夹具下盖(6)与第二组夹紧装置能够通过滑槽实现嵌套，所述夹具上盖(2)的上端具有一固定螺柱，所述夹具下盖(6)的下端面与底座(8)的上端面固定连接，所述夹具上盖(2)的固定螺柱穿过固定台(15)的第二通孔并通过上端预紧螺母(1)实现内部试件夹具与外部循环平台的连接。
2.根据权利要求1所述的小型复合材料定应变疲劳试验装置，其特征在于，所述夹具下盖(6)的下端面与底座(8)的上端面焊接连接。
3.根据权利要求1所述的小型复合材料定应变疲劳试验装置，其特征在于，所述刚性轴套(13)的内径大于固定台(15)的第一通孔的孔径。
4.根据权利要求1所述的小型复合材料定应变疲劳试验装置，其特征在于，所述固定台(15)的第二通孔设置在两个第一通孔之间。
5.根据权利要求1所述的小型复合材料定应变疲劳试验装置，其特征在于，所述内部试件夹具数量为3-8个。
6.根据权利要求1-5任一项所述的小型复合材料定应变疲劳试验装置，其特征在于，所述复合材料是粘弹性复合材料。
7.根据权利要求6所述的小型复合材料定应变疲劳试验装置，其特征在于，所述粘弹性复合材料为端羟基聚丁二烯。
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