一種針對非標試樣的小型拉伸夾具的製作方法

2023-05-18 07:08:26 1

本實用新型涉及一種針對非標試樣的小型拉伸夾具，屬材料力學試驗裝置技術領域。

背景技術：

拉伸試驗是指在承受軸向拉伸載荷下測定材料特性的試驗方法，是測定衡量材料性能主要的方式之一，是開發和利用新材料的重要工具。利用拉伸試驗得到的數據可以確定材料的彈性極限、伸長率、彈性模量、比例極限、面積縮減量、拉伸強度、屈服點、屈服強度和其它拉伸性能指標，在高溫下進行的拉伸試驗可以得到蠕變數據。

隨著材料科學技術的發展，新材料及新的實驗手段的出現，給材料力學性能的測試帶來了新的挑戰及機遇。目前，材料的成分各種各樣，形狀大小不一，試樣所能承受的試驗力小到幾十釐牛（如紡織用氨綸絲），大到幾十噸如普通鋼材等，國內最大的電子式萬能試驗機試驗力為1000KN。試樣尺寸小到直徑φ0.005mm的金絲，大到直徑1.5m的PVC管材等，這就要求根據不同的試驗力、試樣的形狀大小選擇設計不同的夾具。物理模擬實驗技術利用小的實驗模型，模擬實際工況下服役的研究手段得到廣泛應用，這種技術不但節省了實驗成本，同時也縮短了實驗周期。因此，開發相應的力學檢測工具與物理模擬實驗相配套，對研究開發新材料具有十分重要的意義。

對於通用的金屬拉伸實驗，一般採用斜面夾緊結構，即隨著試驗力的增加，夾緊力隨之增加（指採用斜面鎖緊原理結構的夾具）。對於插銷式夾具，試樣嵌入夾具固定作為夾緊力，確保了試樣不發生打滑。

技術實現要素：

針對現有技術存在的不足，本實用新型的目的是提供一種針對非標試樣的小型拉伸夾具。

為達到上述目的，本實用新型採用如下技術方案：

一種針對非標試樣的小型拉伸夾具，分為上夾具和下夾具兩部分，上下夾具的一端通過插銷固定在萬能試驗機上，另一端設有凹槽，凹槽與非標試樣的接觸面為圓弧面。

所述上夾具和下夾具之間的距離為非標試樣的平行段長度，上下夾具上的凹槽的縫隙寬度為非標試樣平行段寬度；凹槽的圓弧面與非標試樣的平行段相切，圓弧面的半徑與非標試樣的接觸面相匹配。

用圓弧凹槽是為了避免試樣夾持部分產生應力集中，從而影響實驗結果的準確性。採用插銷式的夾具，能對強度較高的鋼板進行小尺寸試樣拉伸試驗並能保證試樣拉伸過程中不會由於夾具以及試樣的加工形狀而影響實驗結果的準確性。可以適用於強度較高、尺寸較小的鋼板試樣的拉伸試驗，為研究軋制實驗後材料的拉伸力學性能提供了可能。

另外，由於試樣依靠弧形面的夾緊力產生鎖緊力，因此在橫向有一定的位移，另外由於試樣很小，斷裂變形區佔了塑形變形區的主要部分，因此測量的延伸率要高於標準樣的拉伸結果。與標準拉伸實驗相比，出現這種偏差的原因主要在於兩者的標距不同。為此，根據實驗方法的原理，利用標準實驗和設計夾具實驗回歸比較的方法，修正了工程應變的計算公式：

其中為已知延伸率材料在設計的拉伸實驗夾具測得的位移值，為從標準試樣及試驗機得到的延伸率。為修正的標距。

與現有技術相比，本實用新型具有如下的優點：

本實用新型裝置特別適用於強度較高、尺寸較小的鋼板試樣的拉伸試驗，為研究軋制實驗後材料的拉伸力學性能提供了可能。既保證了試樣在拉伸時不會應力集中，也確保試樣在平行段斷裂，保證實驗結果的準確性。

附圖說明

圖1為本實用新型的安裝、拉伸示意圖。

圖2為夾具凹槽的局部放大圖。

圖3為設計夾具標準試樣與實驗鋼的比較圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本實用新型的具體實施例做進一步的說明。

本實施例應用於具有高精度位移傳感器和力傳感器的CMT5305萬能試驗機，為對強度較高的鋼板或壓縮試驗後的小尺寸試樣進行拉伸試驗。

如圖1所示，一種針對非標試樣的小型拉伸夾具，分為上夾具和下夾具兩部分，上下夾具的一端通過插銷固定在萬能試驗機上，另一端設有凹槽，凹槽與非標試樣的接觸面為圓弧面，既保證了試樣在拉伸時不會應力集中，也確保試樣在平行段斷裂。

如圖2所示，所述上夾具和下夾具之間的距離為非標試樣的平行段長度，上下夾具上的凹槽的縫隙寬度為非標試樣平行段寬度；凹槽的圓弧面與非標試樣的平行段相切，圓弧面的半徑與非標試樣的接觸面相匹配。

本實用新型的使用過程如下：

將試樣切成指定尺寸並保證試樣與夾具接觸面積為試樣截面積的兩倍以上，將夾具通過插銷裝配到萬能試驗機上，然後將試樣安裝進夾具的圓弧凹槽內，試樣安裝後的效果如圖1所示。在拉伸過程中可以產生很大的拉力，以滿足抗拉強度較高試樣的拉伸實驗要求。在試驗機上執行2cm/min的拉伸速率，通過數據採集系統採集位移及力值數據，按照上述工程應力的計算公式及修正的延伸率計算公式得到實驗結果。

通過萬能試驗機上標準試樣與實驗鋼的實驗結果進行對比，拉伸實驗的數據的應力應變曲線對比圖如圖3所示。