雙軸材料拉伸試驗裝置及應用該裝置的方法
2023-05-22 17:54:01 1
專利名稱：雙軸材料拉伸試驗裝置及應用該裝置的方法
技術領域：
本發明屬於材料力學測試技術領域，具體涉及ー種雙軸材料拉伸試驗裝置及應用該裝置的方法。
背景技術：
自板殼理論建立以來，越來越多的領域應用到了板殼結構，例如航空航天方面、エ業方面等。在板殼結構研究中，雙向受カ結構的研究也為ー個熱點，例如在航空航天方面，由於太空環境的特殊性，許多太空容器都是雙向受カ結構；在エ業板料加工方面，由於エ業板料成形和變形過程的複雜性，許多板材在加工過程中也是雙向受力。因此，研究材料的雙向受カ結構有著非常重要的現實意義。從上世紀四十年代開始，越來越多的人開始致カ於研究雙向拉伸試驗。但是，由於雙向拉伸機構設計的複雜性，雙向拉伸試驗在世界上仍是ー個尚未解決的課題。學者們在不同時期研究了不同類型的雙向拉伸試驗方法，例如單向拉伸下的雙拉試驗、薄膜凸脹雙拉試驗、壓カ容器雙拉試驗以及十字形試件雙拉試驗等。由於十字形試件雙拉試驗能夠最直觀且最直接的反映試件的雙向受カ狀態，所以也是當前許多研究人員最側重的試驗研究方法。目前，十字形試件雙向拉伸試驗所使用的試驗儀器主要包括兩類即機械式雙向拉伸試驗機和液壓式雙向拉伸試驗機。其中，液壓式雙向拉伸試驗機使用局限性較大，而現有的機械式雙向拉伸試驗機對十字形試件雙向的拉伸比例相同，由此也限制了機械式雙向拉伸試驗機的應用。
發明內容
針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種雙軸材料拉伸試驗機，該雙軸材料拉伸試驗機能夠對試件進行不同比例的雙向拉伸，從而擴大了雙軸材料拉伸試驗機的應用範圍。本發明採用的技術方案如下本發明提供一種雙軸材料拉伸試驗裝置，包括機架、第一絲杆、第二絲杆、第一驅動機構和第二驅動機構；所述機架包括橫向對稱設置的第一外壁和第二外壁，以及縱向對稱設置的第三外壁和第四外壁；所述第一絲杆的一端與第一軸承座轉動連接，所述第一軸承座固定安裝於所述第一外壁處，所述第一絲杆的另一端與第二軸承座轉動連接，所述第ニ軸承座固定安裝於所述第二外壁處，並且，所述第一絲杆的另一端還連接所述第一驅動機構；所述第二絲杆的一端與第三軸承座轉動連接，所述第三軸承座固定安裝於所述第三外壁處，所述第二絲杆的另一端與第四軸承座轉動連接，所述第四軸承座固定安裝於所述第四外壁處，並且，所述第二絲杆的另一端還連接所述第二驅動機構；所述第一絲杆與所述第二絲杆呈十字形設置；在所述第一絲杆的兩側還對稱設置第一螺紋和與所述第一螺紋旋、向相反的第二螺紋，在所述第一螺紋處安裝與所述第一螺紋相配合的第一螺母，在所述第ニ螺紋處安裝與所述第二螺紋相配合的第二螺母，所述第一螺母表面固定安裝第一夾具，所述第二螺母表面固定安裝第二夾具；在所述第二絲杆的兩側還對稱設置第三螺紋和與所述第三螺紋旋向相反的第四螺紋，在所述第三螺紋處安裝與所述第三螺紋相配合的第三螺母，在所述第四螺紋處安裝與所述第四螺紋相配合的第四螺母，所述第三螺母表面固定安裝第三夾具 ，所述第四螺母表面固定安裝第四夾具。優選的，所述第一驅動機構包括第一減速器和與所述第一減速器一端相聯動的第一電機；所述第一減速器的另一端通過第一聯軸器與所述第一絲杆的另一端相連接；所述第二驅動機構包括第二減速器和與所述第二減速器一端相聯動的第二電機；所述第二減速器的另一端通過第二聯軸器與所述第二絲杆的另一端相連接。優選的，所述第一絲杆和所述第二絲杆均為滾珠絲杆。優選的，所述第一夾具包括底座、壓蓋及緊固部件；所述底座的下表面與所述第ー螺母固定連接，所述底座的上表面通過所述緊固部件與所述壓蓋可拆卸連接。優選的，所述緊固部件為螺栓。優選的，在所述底座的上表面還安裝有凸臺；並且，所述凸臺的表面以及所述壓蓋的下表面均安裝有防滑紋理。優選的，所述第二夾具、所述第三夾具和所述第四夾具均與所述第一夾具的結構相同。優選的，還包括第一滑動裝置、第二滑動裝置、第三滑動裝置和第四滑動裝置；所述第一夾具與所述第一外壁通過所述第一滑動裝置滑動連接；所述第二夾具與所述第二外壁通過所述第二滑動裝置滑動連接；所述第三夾具與所述第三外壁通過所述第三滑動裝置滑動連接；所述第四夾具與所述第四外壁通過所述第四滑動裝置滑動連接。優選的，所述第一滑動裝置包括第一導軌、第二導軌、第一滑塊和第二滑塊；所述第一導軌與所述第一滑塊相適配，所述第二導軌與所述第二滑塊相適配；所述第一導軌和所述第二導軌分別安裝在所述第一螺紋兩側所在的所述第一外壁處，所述第一滑塊和所述第二滑塊分別固定安裝在所述第一夾具的兩側。優選的，所述第二滑動裝置、所述第三滑動裝置和所述第四滑動裝置均與所述第ー滑動裝置的結構相同。本發明還提供一種雙軸材料拉伸試驗裝置的雙軸材料拉伸試驗方法，包括以下步驟將十字形試件的橫向兩個端部分別通過所述第一夾具和所述第二夾具進行固定，將十字形試件的縱向兩個端部分別通過所述第三夾具和所述第四夾具進行固定；開啟所述第一驅動機構和所述第二驅動機構，在所述第一驅動機構的帶動下，所述第一絲杆旋轉，從而使所述第一螺母和所述第二螺母進行同步的反向運動，從而拉伸所述十字形試件的橫向長度；在所述第二驅動機構的帶動下，所述第二絲杆旋轉，從而使所述第三螺母和所述第四螺母進行同步的反向運動，從而拉伸所述十字形試件的縱向長度。本發明的有益效果如下本發明提供的雙軸材料拉伸試驗裝置及雙軸材料拉伸試驗方法，能夠有效的實現對試件不同比例的雙向拉伸，尤其是由於在每一組拉伸方向上採用了兩側不同旋向的同一根滾珠絲槓，可以準確的實現對十字形試件的同步拉伸，提高了測試結果的精度。
圖I是本發明提供的雙軸材料拉伸試驗裝置的主視2是本發明提供的雙軸材料拉伸試驗裝置的左視圖；圖3是本發明提供的雙軸材料拉伸試驗裝置中夾具的主視圖；圖4是本發明提供的雙軸材料拉伸試驗裝置中夾具的左視圖；圖5是本發明試驗用試件的示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明提供的雙軸材料拉伸試驗裝置及方法進行詳細介紹如圖I所示，本發明提供一種雙軸材料拉伸試驗裝置，包括機架I、第一絲杆2、第ニ絲杆3、第一驅動機構和第二驅動機構；機架I包括橫向對稱設置的第一外壁4和第二外壁5，以及縱向對稱設置的第三外壁6和第四外壁7 ;第ー絲杆2的一端通過軸承座固定安裝於第一外壁4處,第一絲杆2的另一端通過軸承座固定安裝於第二外壁5處,並且,第一絲杆2的另一端還連接所述第一驅動機構；第ニ絲杆3的一端通過軸承座固定安裝於第三外壁6處，第二絲杆3的另一端通過軸承座固定安裝於第四外壁7處，並且，第二絲杆3的另一端還連接所述第二驅動機構；第ー絲杆2與第二絲杆3呈十字形設置；在第一絲杆2的兩側還對稱設置第一螺紋和與所述第一螺紋旋向相反的第二螺紋，第一絲杆的其他位置為光滑絲杆，在所述第一螺紋處安裝與所述第一螺紋相配合的第一螺母8，在所述第二螺紋處安裝與所述第二螺紋相配合的第二螺母9，所述第一螺母8表面固定安裝第一夾具10，第一夾具10與所述第一外壁通過第一滑動裝置11滑動連接，所述第二螺母表面固定安裝第二夾具，所述第二夾具與所述第二外壁通過第二滑動裝置滑動連接；在所述第二絲杆的兩側還對稱設置第三螺紋和與所述第三螺紋旋向相反的第四螺紋，第二桿的其他位置為光滑絲杆，在所述第三螺紋處安裝與所述第三螺紋相配合的第三螺母，在所述第四螺紋處安裝與所述第四螺紋相配合的第四螺母，所述第三螺母表面固定安裝第三夾具，所述第三夾具與所述第三外壁通過第三滑動裝置滑動連接，所述第四螺母表面固定安裝第四夾具，所述第四夾具與所述第四外壁通過第四滑動裝置滑動連接。其中，第一驅動機構包括第一減速器12和與所述第一減速器12 —端相聯動的第一電機13 ;所述第一減速器的另一端通過第一聯軸器14與第一絲杆2的另一端相連接；所述第二驅動機構包括第二減速器15和與所述第二減速器15 —端相聯動的第二電機16 ;所述第二減速器15的另一端通過第二聯軸器17與所述第二絲杆3的另一端相連接。所述第一絲杆2和所述第二絲杆3均可以為滾珠絲杆。另外，本發明中，第一夾具、第二夾具、第三夾具和第四夾具結構相同，需要安裝在同一水平面上。為描述方便，下面僅以第一夾具的結構為例進行介紹第一夾具包括底座18、壓蓋19及緊固部件20 ;所述底座的下表面與所述第一螺母固定連接，所述底座的上表面通過所述緊固部件與所述壓蓋可拆卸連接。其中，所述緊固部件可以為螺栓。在所述底座的上表面還安裝有凸臺；並且，所述凸臺的表面以及所述壓蓋的下表面均安裝有防滑紋理，通過增加防滑紋理，可以加強夾具對試件的壓緊效果，減小試件對夾具的相對滑動。如圖3和圖4所示，底座18、試件與壓蓋19由夾具左右兩側的壓緊螺栓以及中間的五個緊固螺栓壓緊固定。當安裝試件吋，首先應將十字形試件擺放在對應位置，即將試件的夾持孔與夾具底座9的螺紋孔對齊，再將夾具壓蓋對應放齊。利用壓緊螺栓上方的扳手進行裝配，將底座、試件及壓蓋壓緊，再將五個緊固螺栓穿過夾具的五個孔對應安裝，對試件進行進一步夾持固定。試驗所用的十字形試件示意圖如圖5。試件為十字形對稱結構，每一端夾持部都有五個夾持孔，用來夾持固定試件。本發明中，第一滑動裝置、第二滑動裝置、第三滑動裝置和第四滑動裝置結構相 同，為描述方便，下面僅以第一滑動裝置的結構為例進行介紹第一滑動裝置包括 第一導軌21、第二導軌22、第一滑塊23和第二滑塊24 ;所述第一導軌與所述第一滑塊相適配，所述第二導軌與所述第二滑塊相適配；所述第一導軌和所述第二導軌分別安裝在所述第ー螺紋兩側所在的所述第一外壁處，所述第一滑塊和所述第二滑塊分別固定安裝在所述第一夾具的兩側。本發明提供的雙軸材料拉伸試驗方法，包括以下步驟將十字形試件的橫向兩個端部分別通過所述第一夾具和所述第二夾具進行固定，將十字形試件的縱向兩個端部分別通過所述第三夾具和所述第四夾具進行固定；開啟所述第一驅動機構和所述第二驅動機構，在所述第一驅動機構的帶動下，所述第一絲杆旋轉，從而使所述第一螺母和所述第二螺母進行同步的反向運動，從而拉伸所述十字形試件的橫向長度；在所述第二驅動機構的帶動下，所述第二絲杆旋轉，從而使所述第三螺母和所述第四螺母進行同步的反向運動，從而拉伸所述十字形試件的縱向長度。另外，第一驅動機構和第二驅動機構可以由計算機進行控制，在計算機控制下，第ー驅動機構和第二驅動機構可以同步運行，並且，第一驅動機構和第二驅動機構可以輸出不同的轉速，第一絲杆和第二絲杆相應的也可獲得不同的轉速，當第一絲杆和第二絲杆轉速發生變化吋，絲杆上安裝的螺母的運動狀態也發生變化，通過夾具的傳遞，可改變十字形試件在橫、縱兩個方向的拉伸狀態，即實現了控制十字形試件在橫、縱兩個方向上不同比例的拉伸。因此，本發明提供的雙軸材料拉伸試驗裝置及雙軸材料拉伸試驗方法，能夠有效的實現對試件不同比例的雙向拉伸，尤其是由於在每一組拉伸方向上採用了兩側不同旋向的同一根滾珠絲槓，可以準確的實現對十字形試件的同步拉伸，提高了測試結果的精度。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種雙軸材料拉伸試驗裝置，其特徵在於，包括機架、第一絲杆、第二絲杆、第一驅動機構和第二驅動機構；所述機架包括橫向對稱設置的第一外壁和第二外壁，以及縱向對稱設置的第三外壁和第四外壁；所述第一絲杆的一端與第一軸承座轉動連接，所述第一軸承座固定安裝於所述第一外壁處，所述第一絲杆的另一端與第二軸承座轉動連接，所述第ニ軸承座固定安裝於所述第二外壁處，並且，所述第一絲杆的另一端還連接所述第一驅動機構；所述第二絲杆的一端與第三軸承座轉動連接，所述第三軸承座固定安裝於所述第三外壁處，所述第二絲杆的另一端與第四軸承座轉動連接，所述第四軸承座固定安裝於所述第四外壁處，並且，所述第二絲杆的另一端還連接所述第二驅動機構；所述第一絲杆與所述第二絲杆呈十字形設置；在所述第一絲杆的兩側還對稱設置第一螺紋和與所述第一螺紋旋向相反的第二螺紋，在所述第一螺紋處安裝與所述第一螺紋相配合的第一螺母，在所述第ニ螺紋處安裝與所述第二螺紋相配合的第二螺母，所述第一螺母表面固定安裝第一夾具，所述第二螺母表面固定安裝第二夾具；在所述第二絲杆的兩側還對稱設置第三螺紋和與所述第三螺紋旋向相反的第四螺紋，在所述第三螺紋處安裝與所述第三螺紋相配合的第三螺母，在所述第四螺紋處安裝與所述第四螺紋相配合的第四螺母，所述第三螺母表面固定安裝第三夾具，所述第四螺母表面固定安裝第四夾具。
2.根據權利要求I所述的雙軸材料拉伸試驗裝置，其特徵在於，所述第一驅動機構包括第一減速器和與所述第一減速器一端相聯動的第一電機；所述第一減速器的另一端通過第一聯軸器與所述第一絲杆的另一端相連接；所述第二驅動機構包括第二減速器和與所述第二減速器一端相聯動的第二電機；所述第二減速器的另一端通過第二聯軸器與所述第二絲杆的另一端相連接。優選的，所述第一絲杆和所述第二絲杆均為滾珠絲杆。
3.根據權利要求I所述的雙軸材料拉伸試驗裝置，其特徵在於，所述第一夾具包括底座、壓蓋及緊固部件；所述底座的下表面與所述第一螺母固定連接，所述底座的上表面通過所述緊固部件與所述壓蓋可拆卸連接。
4.根據權利要求3所述的雙軸材料拉伸試驗裝置，其特徵在於，所述緊固部件為螺栓。
5.根據權利要求3所述的雙軸材料拉伸試驗裝置，其特徵在幹，在所述底座的上表面還安裝有凸臺；並且，所述凸臺的表面以及所述壓蓋的下表面均安裝有防滑紋理。
6.根據權利要求3至5任一項所述的雙軸材料拉伸試驗裝置，其特徵在幹，所述第二夾具、所述第三夾具和所述第四夾具均與所述第一夾具的結構相同。
7.根據權利要求I所述的雙軸材料拉伸試驗裝置，其特徵在於，還包括第一滑動裝置、第二滑動裝置、第三滑動裝置和第四滑動裝置；所述第一夾具與所述第一外壁通過所述第一滑動裝置滑動連接；所述第二夾具與所述第二外壁通過所述第二滑動裝置滑動連接；所述第三夾具與所述第三外壁通過所述第三滑動裝置滑動連接；所述第四夾具與所述第四外壁通過所述第四滑動裝置滑動連接。
8.根據權利要求7所述的雙軸材料拉伸試驗裝置，其特徵在幹，所述第一滑動裝置包括第一導軌、第二導軌、第一滑塊和第二滑塊；所述第一導軌與所述第一滑塊相適配，所述第二導軌與所述第二滑塊相適配；所述第一導軌和所述第二導軌分別安裝在所述第ー螺紋兩側所在的所述第一外壁處，所述第一滑塊和所述第二滑塊分別固定安裝在所述第一夾具的兩側。
9.根據權利要求8所述的雙軸材料拉伸試驗裝置，其特徵在於，所述第二滑動裝置、所述第三滑動裝置和所述 第四滑動裝置均與所述第一滑動裝置的結構相同。
10. ー種應用權利要求1-9任ー項所述雙軸材料拉伸試驗裝置的雙軸材料拉伸試驗方法，其特徵在於，包括以下步驟 將十字形試件的橫向兩個端部分別通過所述第一夾具和所述第二夾具進行固定，將十字形試件的縱向兩個端部分別通過所述第三夾具和所述第四夾具進行固定； 開啟所述第一驅動機構和所述第二驅動機構，在所述第一驅動機構的帶動下，所述第ー絲杆旋轉，從而使所述第一螺母和所述第二螺母進行同步的反向運動，從而拉伸所述十字形試件的橫向長度； 在所述第二驅動機構的帶動下，所述第二絲杆旋轉，從而使所述第三螺母和所述第四螺母進行同步的反向運動，從而拉伸所述十字形試件的縱向長度。
全文摘要
本發明提供一種雙軸材料拉伸試驗裝置及雙軸材料拉伸試驗方法，能夠有效的實現對試件不同比例的雙向拉伸，尤其是由於在每一組拉伸方向上採用了兩側不同旋向的同一根滾珠絲槓，可以準確的實現對十字形試件的同步拉伸，提高了測試結果的精度。
文檔編號G01N3/08GK102645371SQ201210107058
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月12日 優先權日2012年4月12日
發明者李強, 王海波, 趙溦, 錢波, 閻昱 申請人:北方工業大學