本發(fā)明涉及復合材料復雜載荷測試領(lǐng)域，具體是一種用于材料雙軸拉-壓加載試驗的裝置及方法。

背景技術(shù)：

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。

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/t1447-2005（靜態(tài)拉伸性能測試）及gb/t16779-2008（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。

目前，雙軸加載設備一般分為兩大類：（1）利用單軸加載系統(tǒng)構(gòu)成的雙軸加載設備；（2）利用兩個或多個加載系統(tǒng)構(gòu)成的雙軸加載設備。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“一種用于進行材料雙向加載試驗的試驗裝置”（申請?zhí)枺?01110295955.0）和發(fā)明專利“拉伸比例可調(diào)式雙軸拉伸夾具”（申請?zhí)枺?01510586604.3），但該類裝置只能實現(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；發(fā)明專利“用于材料雙軸拉伸試驗的加載裝置及方法”（申請?zhí)枺?01410536501.1）和發(fā)明專利“用于材料雙軸壓縮試驗的加載裝置及方法”（申請?zhí)枺?01410536931.3）雖然結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)，但該類裝置僅能單獨實現(xiàn)固定載荷比例的雙軸拉伸和雙軸壓縮加載，無法進行雙軸拉-壓加載試驗。第二類裝置由兩個或多個加載系統(tǒng)獨立實現(xiàn)，如發(fā)明專利“一種雙軸拉伸測試裝置”（申請?zhí)枺?01510005909.0）和發(fā)明專利“小型自對心單向加載雙軸拉壓試驗裝置”（申請?zhí)枺?01210442034.7）（該發(fā)明實現(xiàn)的試驗件尺寸及加載極限均較小，適用范圍局限，且需要兩個加載電機），這類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。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供了一種用于材料雙軸拉-壓加載試驗的裝置及方法，裝置構(gòu)造簡單，便于加工及維護，能夠方便調(diào)節(jié)雙軸拉-壓加載比例，能夠在單軸試驗機上實現(xiàn)雙軸拉-壓加載試驗，試驗成本較低，具有足夠的雙軸加載精度。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種用于材料雙軸拉-壓加載試驗的裝置，其特征在于，該裝置由夾持端、加載壓塊、四個傾斜加載臂、兩個左右對稱的拉伸支座、四個夾頭和底座組成；

其中左右兩側(cè)相鄰兩個傾斜加載臂分別連接兩個左右對稱的拉伸支座，向上通過頂部鉸支座與加載壓塊連接，向下通過底部鉸支座與底座連接；

其中四個夾頭分別安裝在加載壓塊、兩個拉伸支座和底座上。

上述夾持端與加載壓塊通過螺栓連接，夾持端可連接單軸加載試驗機。

所述的右側(cè)相鄰兩個傾斜加載臂通過螺栓連接右側(cè)第一拉伸支座，第一傾斜加載臂向上通過第一頂部鉸支座與加載壓塊連接，第三傾斜加載臂向下通過第一底部鉸支座與底座連接。

所述的左側(cè)相鄰兩個傾斜加載臂通過螺栓連接左側(cè)第二拉伸支座，第二傾斜加載臂向上通過第二頂部鉸支座與加載壓塊連接，第四傾斜加載臂向下通過第二底部鉸支座與底座連接。

所述的四個夾頭分別安裝在加載壓塊、兩個拉伸支座和底座上，其中，第一夾頭通過螺栓安裝在加載壓塊上，第二夾頭通過螺栓安裝在第一拉伸支座上，第三夾頭通過螺栓安裝在底座上，第四夾頭通過螺栓安裝在第二拉伸支座上，在四個夾頭中間安裝十字型試驗件。

上述第一頂部鉸支座和第二頂部鉸支座與加載壓塊通過螺栓緊固連接，第一底部鉸支座和第二底部鉸支座與底座通過螺栓緊固連接。

上述第一夾頭與加載壓塊之間的安裝距離可以調(diào)節(jié)，第三夾頭與底座之間的安裝距離可以調(diào)節(jié)，以此實現(xiàn)多比例的拉-壓加載功能。

用于材料雙軸拉-壓加載試驗的裝置的雙軸拉-壓加載方法，其特征在于包括以下過程：

步驟1、將四個夾頭分別安裝在加載壓塊、兩個拉伸支座和底座上，調(diào)節(jié)第一夾頭與加載壓塊之間、第三夾頭與底座之間的安裝距離改變雙軸拉-壓加載比例；

步驟2、通過夾持端將試驗裝置安裝在單軸試驗機上，試驗裝置底座水平放置在單軸試驗機工作臺上；

步驟3、將十字型試驗件放置在四個夾頭之間，并通過螺栓夾緊十字型試驗件；

步驟4、根據(jù)不同試樣材料設置加載速率，進行雙軸拉-壓加載測試，通過應變測量裝置測量十字型試驗件的變形。

本發(fā)明可以通過夾持端安裝在單軸加載試驗機上，單軸試驗機在垂直方向上進行壓縮加載，十字型試驗件在垂直方向上受到壓縮載荷，同時兩側(cè)的傾斜加載臂將載荷傳遞到左右兩個對稱的拉伸支座，拉伸支座向外移動，從而對十字型試驗件水平方向施加拉伸載荷，以此實現(xiàn)對十字型試驗件的雙軸拉-壓加載。

本發(fā)明可以通過改變垂直方向的兩個夾頭與加載壓塊及底座的安裝距離調(diào)節(jié)傾斜加載臂的傾角，從而實現(xiàn)雙軸拉-壓比例的調(diào)節(jié)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

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；

2、能夠方便調(diào)節(jié)雙軸拉-壓加載比例；

3、能夠在單軸試驗機上實現(xiàn)雙軸拉-壓加載試驗，試驗成本較低；

4、載荷傳遞及分配均勻，具有足夠的雙軸加載精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的等軸視圖；

圖3為本發(fā)明工作時加載載荷示意圖；

圖中各標號名稱：1、夾持端，2、加載壓塊，3-1、第一頂部鉸支座，3-2、第二頂部鉸支座，4-1、第一傾斜加載臂，4-2、第二傾斜加載臂，4-3、第三傾斜加載臂，4-4、第四傾斜加載臂，5-1、第一拉伸支座，5-2、第二拉伸支座，6-1、第一底部鉸支座，6-2、第二底部鉸支座，7、底座，8-1、第一夾頭，8-2、第二夾頭，8-3、第三夾頭，8-4、第四夾頭，9、十字型試驗件。

具體實施方式

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

一種用于材料雙軸拉-壓加載試驗的裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，該裝置由夾持端1、加載壓塊2、四個傾斜加載臂4-1、4-2、4-3、4-4、兩個左右對稱的拉伸支座5-1、5-2、四個夾頭8-1、8-2、8-3、8-4和底座7組成；

其中左右兩側(cè)相鄰兩個傾斜加載臂分別連接兩個左右對稱的拉伸支座5-1、5-2，向上通過頂部鉸支座3-1、3-2與加載壓塊2連接，向下通過底部鉸支座6-1、6-2與底座連接；

其中四個夾頭8-1、8-2、8-3、8-4分別安裝在加載壓塊2、兩個拉伸支座5-1、5-2和底座7上。

上述夾持端1與加載壓塊2通過螺栓連接，夾持端1可連接單軸加載試驗機。

所述的右側(cè)相鄰兩個傾斜加載臂4-1、4-3通過螺栓連接右側(cè)第一拉伸支座5-1，第一傾斜加載臂4-1向上通過第一頂部鉸支座3-1與加載壓塊2連接，第三傾斜加載臂4-3向下通過第一底部鉸支座6-1與底座7連接。

所述的左側(cè)相鄰兩個傾斜加載臂4-2、4-4通過螺栓連接左側(cè)第二拉伸支座5-2，第二傾斜加載臂4-2向上通過第二頂部鉸支座3-2與加載壓塊2連接，第四傾斜加載臂4-4向下通過第二底部鉸支座6-2與底座7連接。

所述的四個夾頭8-1、8-2、8-3、8-4分別安裝在加載壓塊2、兩個拉伸支座5-1、5-2和底座7上，其中，第一夾頭8-1通過螺栓安裝在加載壓塊2上，第二夾頭8-2通過螺栓安裝在第一拉伸支座5-1上，第三夾頭8-3通過螺栓安裝在底座7上，第四夾頭8-4通過螺栓安裝在第二拉伸支座5-2上，在四個夾頭中間安裝十字型試驗件9。

上述第一頂部鉸支座3-1和第二頂部鉸支座3-2與加載壓塊2通過螺栓緊固連接，第一底部鉸支座6-1和第二底部鉸支座6-2與底座7通過螺栓緊固連接。

上述第一夾頭8-1與加載壓塊2之間的安裝距離可以調(diào)節(jié)，第三夾頭8-3與底座7之間的安裝距離可以通過不同間距的限位安裝孔調(diào)節(jié)，以此實現(xiàn)多比例的拉-壓加載功能。

用于材料雙軸拉-壓加載試驗的裝置的雙軸拉-壓加載方法，包括以下過程：

步驟1、將四個夾頭8-1、8-2、8-3、8-4分別安裝在加載壓塊2、兩個拉伸支座5-1、5-2和底座7上，調(diào)節(jié)第一夾頭8-1與加載壓塊2之間、第三夾頭8-3與底座7之間的安裝距離改變雙軸拉-壓加載比例；

步驟2、通過夾持端1將試驗裝置安裝在單軸試驗機上，試驗裝置底座7水平放置在單軸試驗機工作臺上；

步驟3、將十字型試驗件9放置在四個夾頭8-1、8-2、8-3、8-4之間，并通過螺栓夾緊十字型試驗件9；

步驟4、根據(jù)不同試樣材料設置加載速率，進行雙軸拉-壓加載測試，通過應變測量裝置測量十字型試驗件9的變形。

通過夾持端安裝在單軸加載試驗機上，單軸試驗機在垂直方向上進行壓縮加載，十字型試驗件在垂直方向上受到壓縮載荷，同時兩側(cè)的傾斜加載臂將載荷傳遞到左右兩個對稱的拉伸支座，拉伸支座向外移動，從而對十字型試驗件水平方向施加拉伸載荷，以此實現(xiàn)對十字型試驗件的雙軸拉-壓加載。加載原理如圖3所示，載荷比例為fx/fy=tanθ，對于剛度大變形小的材料，可忽略傾斜加載臂傾角的微小變化；對于剛度小變形大的材料，隨著試驗件的變形，傾斜加載臂的傾角會變化θ‘，則此時加載比例為fx/fy=tan(θ+θ‘)。

通過改變垂直方向的兩個夾頭與加載壓塊及底座的安裝距離調(diào)節(jié)傾斜加載臂的傾角θ，從而實現(xiàn)雙軸拉-壓比例的調(diào)節(jié)。

本發(fā)明具體應用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發(fā)明的保護范圍。