用于材料雙軸壓縮試驗的加載裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于材料雙軸壓縮試驗的加載裝置及方法，屬復合材料復雜載荷測試領(lǐng)域。它由上下兩個Y型壓縮裝置構(gòu)成，兩個Y型壓縮裝置開口對開口對稱交錯放置；上Y型壓縮裝置（1）包括第一加載臂（1-1）、第二加載臂（1-2）和頂部夾持端（1-3），下Y型壓縮裝置（2）包括第三加載臂（2-1）、第四加載臂（2-2）和底部夾持端（2-3）；其中第一加載臂（1-1）和第二加載臂（1-2）之間、第三加載臂（2-1）和第四加載臂（2-2）之間均成直角，頂部夾持端（1-3）和底部夾持端（2-3）分別位于該直角的平分線上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明構(gòu)造簡單，便于維護，能方便的配合萬能試驗機實現(xiàn)雙軸壓縮加載試驗，降低試驗成本。
【專利說明】用于材料雙軸壓縮試驗的加載裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于材料雙軸壓縮試驗的加載裝置及方法，屬于復合材料復雜載 荷測試領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 復合材料在承力結(jié)構(gòu)中的應用比重越來越大，使得材料承受的應力狀態(tài)也越來越 復雜。因此，對復合材料的強度特性，特別是雙軸應力或多軸應力狀態(tài)下的破壞特性的研究 也越發(fā)必要，以保證材料結(jié)構(gòu)在使用中的安全。
[0003] 目前復合材料單軸性能測試技術(shù)較為成熟，一般只需通過某一個加載方向 進行加載，即可獲得材料的單軸力學性能，常見的復合材料單軸測試標準可參見GB/T 1447-2005 (靜態(tài)拉伸性能測試）及GB/T 16779-2008 (拉-拉疲勞性能測試）等。而復合 材料雙軸性能測試方法則無任何標準可以遵循。
[0004] 目前，雙軸加載設(shè)備一般分為兩大類：（1)利用單軸加載系統(tǒng)構(gòu)成的雙軸加載 設(shè)備；（2)利用兩個或多個加載系統(tǒng)構(gòu)成的雙軸加載設(shè)備。第一類裝置主要利用一定的 機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)雙軸加載，如發(fā)明專利"一種用于材料雙向加載試驗的試驗裝置"（授權(quán)號 CN102353578B)，但該裝置只能實現(xiàn)雙軸拉伸加載，且各類連接結(jié)構(gòu)較多，實際實現(xiàn)較為復 雜。第二類裝置由兩個或多個加載系統(tǒng)獨立實現(xiàn)（參見文獻"蔡登安，周光明，王新峰， 等.纖維增強復合材料雙軸強度研究進展.宇航材料工藝，2014,（4) : 11-18. ")，這種試驗 裝置較容易實現(xiàn)任意比例雙軸拉伸或壓縮試驗，但由于試驗設(shè)備構(gòu)造復雜，成本較高，而且 對控制系統(tǒng)的要求較高，因而該方法的應用在一定程度上受到了限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于材料雙軸壓 縮試驗的加載裝置及方法。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0007] -種用于材料雙軸壓縮試驗的加載裝置，其特征在于：該裝置由上Y型壓縮裝置 和下Y型壓縮裝置構(gòu)成。其中上Y型壓縮裝置由第一加載臂、第二加載臂和頂部夾持端組 成，其中第一加載臂、第二加載臂之間成直角，頂部夾持端位于該直角的平分線上；上述第 一加載臂由前到后開有若干相互平行的導向槽，該導向槽將第一加載臂分成若干加載臂分 支；上述第二加載臂由前到后開有若干相互平行的導向槽，該導向槽將第二加載臂分成若 干加載臂分支；其中下Y型壓縮裝置由第三加載臂、第四加載臂和底部夾持端組成，其中第 三加載臂、第四加載臂之間成直角，底部夾持端位于該直角的平分線上；上述第三加載臂由 前到后開有若干相互平行的導向槽，該導向槽將第三加載臂分成若干加載臂分支；上述第 四加載臂由前到后開有若干相互平行的導向槽，該導向槽將第四加載臂分成若干加載臂分 支；上述上Y型壓縮裝置的第一加載臂和下Y型壓縮裝置的第三加載臂通過導向槽、加載臂 分支彼此交錯配合；上述上Y型壓縮裝置的第二加載臂和下Y型壓縮裝置的第四加載臂通 過導向槽、加載臂分支彼此交錯配合。
[0008] 用于材料雙軸壓縮試驗的加載裝置的雙軸加載方法，其特征在于包括以下過程： 步驟1、通過頂部夾持端和底部夾持端安裝在萬能試驗機上，調(diào)節(jié)好對心位置；步驟2、將切 割好的正方形板樣試件放入上Y型壓縮裝置和下Y型壓縮裝置之間；步驟3、操作試驗機調(diào) 節(jié)上Y型壓縮裝置和下Y型壓縮裝置間隙，使正方形板樣試件處于微壓縮狀態(tài)；利用等角度 載荷分配原理，裝置上下載荷為F，通過直角等腰三角形的壓頭結(jié)構(gòu)，則正方形試樣各邊實 際分配的壓縮載荷為F/萬，該裝置可實現(xiàn)加載比例為1:1的等軸雙向壓縮加載試驗，載荷 分配均勻；步驟4、根據(jù)不同試樣材料設(shè)置加載速率，進行雙軸壓縮測試，通過應變片及應 變儀或光學測量系統(tǒng)測量應變或變形。
[0009] 上述導向槽的根部具有半圓角過渡結(jié)構(gòu)。該過渡結(jié)構(gòu)加工方便，同時可減小加載 時裝置本身的應力集中。
[0010] 上述第一加載臂、第二加載臂、第三加載臂、第四加載臂的最前側(cè)和最后側(cè)加載臂 分支的高度高于內(nèi)側(cè)加載臂分支高度，即形成凸起擋板結(jié)構(gòu)。該凸起擋板結(jié)構(gòu)起到防止試 樣滑落或試樣破壞時碎屑脫落的作用。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0012] 1、裝置構(gòu)造簡單，便于加工及維護，能夠方便的完成試驗任務；
[0013] 2、試樣形狀加工容易，不需要特殊的加工形狀；
[0014] 3、能夠在萬能試驗機上實現(xiàn)雙軸壓縮加載試驗，試驗成本較低；
[0015] 4、載荷分配均勻，具有足夠的等雙軸壓縮加載精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明的正視圖和側(cè)視圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明上壓頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖4為本發(fā)明下壓頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖5為本發(fā)明工作時試樣的載荷分配示意圖；
[0021] 圖中各標號名稱：1、上Y型壓縮裝置，1-1、第一加載臂，1-2、第二加載臂，1-3、頂 部夾持端，2、下Y型壓縮裝置，2-1、第三加載臂，2-2、第四加載臂，2-3、底部夾持端。具體實 施方式
[0022] 下面結(jié)合附圖，通過實施例的方式，對本發(fā)明進行詳細說明： 實施例
[0023] -種用于材料雙軸壓縮試驗的加載裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，該裝置由上Y型 壓縮裝置1和下Y型壓縮裝置2構(gòu)成。
[0024] 如圖3所示，上Y型壓縮裝置1由第一加載臂1-1、第二加載臂1-2和頂部夾持端 1-3組成，其中第一加載臂1-1、第二加載臂1-2之間成直角，頂部夾持端1-3位于該直角的 平分線上；上述第一加載臂1-1由前到后開有若干相互平行的導向槽，該導向槽將第一加 載臂1-1分成若干加載臂分支；上述第二加載臂1-2由前到后開有若干相互平行的導向槽， 該導向槽將第二加載臂1-2分成若干加載臂分支；
[0025] 如圖4所示，下Y型壓縮裝置2由第三加載臂2-1、第四加載臂2-2和底部夾持端 2-3組成，其中第三加載臂2-1、第四加載臂2-2之間成直角，底部夾持端2-3位于該直角的 平分線上；上述第三加載臂2-1由前到后開有若干相互平行的導向槽，該導向槽將第三加 載臂2-1分成若干加載臂分支；上述第四加載臂2-2由前到后開有若干相互平行的導向槽， 該導向槽將第四加載臂2-2分成若干加載臂分支；
[0026] 上述上Y型壓縮裝置的第一加載臂1-1和下Y型壓縮裝置的第三加載臂2-1通過 導向槽、加載臂分支彼此交錯配合；
[0027] 上述上Y型壓縮裝置的第二加載臂1-2和下Y型壓縮裝置的第四加載臂2-2通過 導向槽、加載臂分支彼此交錯配合。
[0028] 上述導向槽的根部具有半圓角過渡結(jié)構(gòu)。該過渡結(jié)構(gòu)加工方便，同時可減小加載 時裝置本身的應力集中。
[0029] 上述第一加載臂1-1、第二加載臂1-2、第三加載臂2-1、第四加載臂2-2的最前側(cè) 和最后側(cè)加載臂分支的高度高于內(nèi)側(cè)加載臂分支高度，即形成凸起擋板結(jié)構(gòu)。該凸起擋板 結(jié)構(gòu)起到防止試樣滑落或試樣破壞時碎屑脫落的作用。
[0030] 用于材料雙軸壓縮試驗的加載裝置的雙軸加載方法，其特征在于包括以下過程：
[0031] 步驟1、通過頂部夾持端1-3和底部夾持端2-3安裝在萬能試驗機上，調(diào)節(jié)好對心 位置；
[0032] 步驟2、將切割好的正方形板樣試件放入上Y型壓縮裝置1和下Y型壓縮裝置2之 間；
[0033] 步驟3、操作試驗機調(diào)節(jié)上Y型壓縮裝置1和下Y型壓縮裝置2間隙，使正方形板 樣試件處于微壓縮狀態(tài)；利用等角度載荷分配原理，裝置上下載荷為F，通過直角等腰三角 形的壓頭結(jié)構(gòu)，則正方形試樣各邊實際分配的壓縮載荷為F/忑，該裝置可實現(xiàn)加載比例為 1:1的等軸雙向壓縮加載試驗，載荷分配均勻，如圖5所示；
[0034] 步驟4、根據(jù)不同試樣材料設(shè)置加載速率，進行雙軸壓縮測試，通過應變片及應變 儀或光學測量系統(tǒng)測量應變或變形。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于材料雙軸壓縮試驗的加載裝置，其特征在于：該裝置由上Y型壓縮裝置（I) 和下Y型壓縮裝置（2)構(gòu)成， 其中上Y型壓縮裝置（1)由第一加載臂（1-1)、第二加載臂（1-2)和頂部夾持端（1-3) 組成，其中第一加載臂（1-1)、第二加載臂（1-2)之間成直角，頂部夾持端（1-3)位于該直角 的平分線上；上述第一加載臂（1-1)由前到后開有若干相互平行的導向槽，該導向槽將第 一加載臂（1-1)分成若干加載臂分支；上述第二加載臂（1-2)由前到后開有若干相互平行 的導向槽，該導向槽將第二加載臂（1-2)分成若干加載臂分支； 其中下Y型壓縮裝置（2)由第三加載臂（2-1)、第四加載臂（2-2)和底部夾持端（2-3) 組成，其中第三加載臂（2-1)、第四加載臂（2-2)之間成直角，底部夾持端（2-3)位于該直角 的平分線上；上述第三加載臂（2-1)由前到后開有若干相互平行的導向槽，該導向槽將第 三加載臂（2-1)分成若干加載臂分支；上述第四加載臂（2-2)由前到后開有若干相互平行 的導向槽，該導向槽將第四加載臂（2-2)分成若干加載臂分支； 上述上Y型壓縮裝置的第一加載臂（1-1)和下Y型壓縮裝置的第三加載臂（2-1)通過 導向槽、加載臂分支彼此交錯配合； 上述上Y型壓縮裝置的第二加載臂（1-2)和下Y型壓縮裝置的第四加載臂（2-2)通過 導向槽、加載臂分支彼此交錯配合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于材料雙軸壓縮試驗的加載裝置，其特征在于：上述導向 槽的根部具有半圓角過渡結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于材料雙軸壓縮試驗的加載裝置，其特征在于：上述第一 加載臂（1-1)、第二加載臂（1-2)、第三加載臂（2-1)、第四加載臂（2-2)的最前側(cè)和最后側(cè) 加載臂分支的高度高于內(nèi)側(cè)加載臂分支高度，即形成凸起擋板結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于材料雙軸壓縮試驗的加載裝置的雙軸加載方法，其特征 在于包括以下過程： 步驟1、通過頂部夾持端（1-3)和底部夾持端（2-3)安裝在萬能試驗機上，調(diào)節(jié)好對心 位置； 步驟2、將切割好的正方形板樣試件放入上Y型壓縮裝置（1)和下Y型壓縮裝置（2)之 間； 步驟3、操作試驗機調(diào)節(jié)上Y型壓縮裝置（1)和下Y型壓縮裝置（2)間隙，使正方形板 樣試件處于微壓縮狀態(tài)；利用等角度載荷分配原理，裝置上下載荷為F，通過直角等腰三角 形的壓頭結(jié)構(gòu)，則正方形試樣各邊實際分配的壓縮載荷為F/忑，該裝置可實現(xiàn)加載比例為 1:1的等軸雙向壓縮加載試驗； 步驟4、根據(jù)不同試樣材料設(shè)置加載速率，進行雙軸壓縮測試，通過應變片及應變儀或 光學測量系統(tǒng)測量應變或變形。
【文檔編號】G01N3/02GK104316394SQ201410536931
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】蔡登安, 周光明 申請人:南京航空航天大學