本發(fā)明屬于疲勞強(qiáng)度裝置設(shè)計領(lǐng)域，具體地，涉及一種包括受剪金屬腹板和夾具組件的金屬腹板純剪切疲勞試驗裝置。

背景技術(shù)：

拉伸與剪切載荷是引起飛機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞破壞的兩種主要的載荷形式。諸如肋、桁條和梁的腹板，其拉伸應(yīng)力可等于或小于剪切應(yīng)力。試驗方法是確定結(jié)構(gòu)抗疲勞載荷性能的最常用且優(yōu)先的方法之一。航標(biāo)HB5287-96《金屬材料軸向加載疲勞試驗方法》中規(guī)定了受拉試驗件的試樣形狀、試驗加載設(shè)備等相關(guān)內(nèi)容，但是航標(biāo)、國標(biāo)和美國ASTM試驗標(biāo)準(zhǔn)并未對受剪疲勞試驗件給出相應(yīng)的設(shè)計參考標(biāo)準(zhǔn)。

較典型的靜強(qiáng)度受剪試驗件有正方形對角拉伸和S形拉伸形式的裝置。但采用這些試件和裝置類型來進(jìn)行疲勞試驗，通常很難滿足疲勞強(qiáng)度試驗的要求。舉例來說，正方形裝置易在腹板夾持的加載開孔處以及腹板四周鉚釘孔處發(fā)生破壞，而疲勞試驗通常希望在腹板中心的設(shè)計考核部位萌生裂紋；S形拉伸裝置不僅本身的幾何形式復(fù)雜，疲勞薄弱部位難以確定，而且若要在標(biāo)準(zhǔn)疲勞試驗機(jī)上安裝，還需要另外設(shè)計一套復(fù)雜的夾具。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供能夠一種金屬腹板純剪切疲勞試驗裝置，其能夠在單向加載試驗機(jī)上實現(xiàn)純剪切加載，并且能夠降低非疲勞考核細(xì)節(jié)部位破壞概率，充分滿足疲勞受剪板許用值試驗的設(shè)計要求。

具體地，根據(jù)本發(fā)明的金屬腹板純剪切疲勞試驗裝置，包括：

正方形的金屬腹板，其具有四個倒角部分，所述金屬腹板包括中心區(qū)域和外圍區(qū)域，所述外圍區(qū)域的厚度大于所述中心區(qū)域的厚度；

夾具組件，其包括用于夾緊所述金屬腹板的兩個夾具，所述夾具包括兩個沿水平方向相互平行布置的拉板、布置在所述兩個拉板之間并固定到所述兩個拉板的一側(cè)的加載單耳、以及布置在所述兩個拉板之間并固定到所述兩個拉板的另一側(cè)的第一夾板和第二夾板。

其中，所述第一夾板包括具有中間凸起部分的兩個傳載單耳，所述第一夾板的兩個傳載單耳的中間凸起部分彼此遠(yuǎn)離地布置，以在所述第一夾板的兩端形成插入端；所述第二夾板包括具有中間凸起部分的兩個傳載單耳，所述第二夾板的兩個傳載單耳的中間凸起部分彼此相對地布置，以在所述第二夾板的兩端形成接收端。一個夾具的第一夾板的兩個插入端分別連接到該夾具的第二夾板的接收端和另一夾具的第二夾板的接收端。

其中，所述金屬腹板的外形為平面對稱的八邊形。

其中，所述金屬腹板的所述中心區(qū)域與所述外圍區(qū)域之間為圓弧過渡。

其中，所述金屬腹板的所述外圍區(qū)域與所述中心區(qū)域的厚度之比為1.5～3。

其中，所述金屬腹板的所述外圍區(qū)域與所述中心區(qū)域的厚度之比為2。

其中，所述第一夾板的傳載單耳的中間凸起部分與其相鄰的部分之間為圓弧過渡。

其中，所述第二夾板的傳載單耳的中間凸起部分與其相鄰的部分之間為圓弧過渡。

根據(jù)本發(fā)明的受剪腹板疲勞試驗件在滿足設(shè)計應(yīng)力分布的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了試驗件過渡段及夾持端的設(shè)計，有效降低了試驗件四周非考核段以及夾板上的應(yīng)力集中效應(yīng)，從而避免了試驗件在非考核部位發(fā)生破壞，提高了有效試驗數(shù)據(jù)比例以及材料的利用率。

附圖說明

本發(fā)明的其它特征以及優(yōu)點將通過以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述的優(yōu)選實施方式更好地理解，其中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的金屬腹板純剪切疲勞試驗裝置的金屬腹板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的金屬腹板沿圖1中A-A的剖視圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的金屬腹板純剪切疲勞試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

在以下優(yōu)選的實施例的具體描述中，將參考構(gòu)成本發(fā)明一部分的所附的附圖。所附的附圖通過示例的方式示出了能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的特定的實施例。示例的實施例并不旨在窮盡根據(jù)本發(fā)明的所有實施例。可以理解，在不偏離本發(fā)明的范圍的前提下，可以利用其它實施例，也可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)性或者邏輯性的修改。

如圖1-3中所示，根據(jù)本發(fā)明的金屬腹板純剪切疲勞試驗裝置主要包括正方形的金屬腹板10和夾具組件。金屬腹板10具有四個倒角部分，大體上呈八邊形結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，金屬腹板10的外形為平面對稱的八邊形。金屬腹板10包括中心區(qū)域11和外圍區(qū)域12，外圍區(qū)域12的厚度大于中心區(qū)域11的厚度。優(yōu)選地，金屬腹板10的外圍區(qū)域12與中心區(qū)域11的厚度之比為1.5～3，更優(yōu)選為2。優(yōu)選地，金屬腹板10的中心區(qū)域11與外圍區(qū)域12之間為圓弧過渡。

夾具組件包括用于夾緊金屬腹板10的兩個夾具20，該夾具20包括兩個沿水平方向相互平行布置的拉板21、布置在兩個拉板21之間并固定到兩個拉板21的一側(cè)的加載單耳22以及布置在兩個拉板21之間并固定到兩個拉板21的另一側(cè)的第一夾板23和第二夾板24。

在本發(fā)明的一個實施例中，第一夾板23包括具有中間凸起部分的兩個傳載單耳231，第一夾板23的兩個傳載單耳231的中間凸起部分彼此遠(yuǎn)離布置，以在第一夾板23的兩端形成插入端232。第二夾板24包括具有中間凸起部分的兩個傳載單耳241，第二夾板24的兩個傳載單耳241的中間凸起部分彼此相對地布置，以在第二夾板24的兩端形成接收端241，兩個夾具中的一個夾具20的第一夾板23的兩個插入端232分別連接到該夾具的第二夾板24的接收端242和另一夾具20的第二夾板24的接收端242。

優(yōu)選地，傳載單耳231、241的中間凸起部分與其相鄰的部分之間為圓弧過渡。在圖2所示的實施例中，采用螺栓25分別連接拉板21和加載單耳22以及拉板21、第一夾板23和第二夾板24，當(dāng)然還可以采用本領(lǐng)域已知的其它連接方式。

本發(fā)明的試驗裝置主要由腹板結(jié)構(gòu)和夾具組件兩個組成部分：金屬腹板由傳統(tǒng)的正方形結(jié)構(gòu)更改為八邊形結(jié)構(gòu)，四個倒角部分用來安裝夾具，對比傳統(tǒng)裝置可簡化夾具形式和減小尺寸，優(yōu)化剪切力的傳遞路徑(傳統(tǒng)正方形結(jié)構(gòu)在對角施加集中力對角部區(qū)域產(chǎn)生較大影響)。腹板四周區(qū)域厚度增加，與較薄的中心區(qū)域設(shè)計弧形過渡，降低夾持區(qū)的應(yīng)力集中，減少四周區(qū)域的疲勞薄弱部位。腹板中心考核區(qū)可以根據(jù)需要設(shè)計不同種類的疲勞細(xì)節(jié)形式，比如開孔、開孔補(bǔ)強(qiáng)、缺口等等。

使用單對角拉伸剪切試驗夾具對腹板進(jìn)行支持和加載，整套夾具由八個結(jié)構(gòu)形式完全相同的傳載單耳、拉板和加載單耳組成，夾板通過雙排螺栓與腹板四邊的加厚區(qū)域連接。根據(jù)上面夾持區(qū)域的尺寸設(shè)計傳載耳片的尺寸和螺栓排布。

八個傳載單耳的尺寸應(yīng)完全相同，變厚度區(qū)域也采用圓弧倒角過渡，降低應(yīng)力集中，防止夾具產(chǎn)生開裂。單對角拉伸夾具的兩個大孔分別與拉板、不等厚度傳載單耳連接，通過試驗機(jī)上下夾頭對單耳的夾持，載荷沿加載單耳-拉板-夾板傳遞到試驗件上。和傳統(tǒng)裝置的夾具相比，這種夾具結(jié)構(gòu)形式簡單、使用方便，且厚度臺階區(qū)域均有圓弧過渡，不容易產(chǎn)生疲勞破壞。

如圖3中所示，傳載單耳一正一反搭接，并與腹板一起使用螺栓連接在一起。將試件的夾具上方加載單耳直接夾持在試驗機(jī)上夾持端，保證試驗件中心線與加載中心對齊后，試驗機(jī)下夾頭夾緊下方的加載單耳，設(shè)置試驗機(jī)參數(shù)，加載調(diào)試，穩(wěn)定后即可試驗。

本發(fā)明的受剪腹板疲勞試驗件在滿足設(shè)計應(yīng)力分布的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了試驗件過渡段及夾持端的設(shè)計，有效降低了試驗件四周非考核段以及夾板上的應(yīng)力集中效應(yīng)，從而避免了試驗件在非考核部位發(fā)生破壞，提高了有效試驗數(shù)據(jù)比例以及材料的利用率。

以上已揭示本發(fā)明的具體實施例的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點，然而可以理解，在本發(fā)明的創(chuàng)作思想下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對上述公開的各種特征和未在此明確示出的特征的組合作各種變化和改進(jìn)，但都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。上述實施例的描述是示例性的而不是限制性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求所確定。