用于拉伸剪切试件断裂疲劳性能测试的复合型加载装置的制作方法

1.本实用新型涉及工程材料力学技术领域，尤其涉及一种用于拉伸剪切试件断裂疲劳性能测试的复合型加载装置。


背景技术：

2.在机械零件和构件应用中，断裂常常突然发生，并往往导致灾难性的设备事故和人身伤亡。断裂疲劳实验是对工程材料及结构进行抗断裂设计、结构失效评价及结构剩余寿命估计等方面进行研究的必要手段，而加载装置是断裂疲劳实验研究必不可少的工具。传统的结构断裂疲劳实验，采用的是单一方向的拉伸、交变载荷，属于i型（张开型）断裂。而实际的工程中结构往往承受多向载荷，将产生ii型（面内剪切，又称滑开型）、iii型（面外剪切，又称撕开型）、及各种复合型断裂疲劳。显然，传统实验没有考虑到结构的三维效应。
3.目前，复合型断裂疲劳实验方法还没有统一化，现有的研究中，不同的人采用不同的加载装置来进行实验。比如，含中心斜裂纹的十字型试样及其加载装置、含偏移边裂纹的三点或四点弯剪试样及其加载装置、含斜裂纹面的cts（compact tension shea，紧凑拉伸剪切）试样及其加载装置等，都用来进行各种复合型断裂疲劳实验。但是不同的试样及其加载装置具有不同的几何结构和边界条件，必然带来实验测量上的误差。这种没有标准化的测试方法，很难评估各种方法的实验结果。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种用于拉伸剪切试件断裂疲劳性能测试的复合型加载装置，旨在同时可完成i型、ii型、iii型、i ii复合型、i iii复合型、ii iii复合型、及i ii iii复合型的断裂疲劳实验。
5.为实现上述目的，本实用新型提供一种用于拉伸剪切试件断裂疲劳性能测试的复合型加载装置，包括相对设置的上加载装置和下加载装置，其中，
6.所述上加载装置和下加载装置均包括主弧形板以及与其垂直设置的副弧形板，主弧形板和副弧形板的侧壁上均开设有多个安装孔，疲劳/拉伸试验机的紧固件穿过安装孔与主弧形板或副弧形板连接，紧凑拉伸剪切试件的两端分别与上加载装置和下加载装置的主弧形板可拆卸连接。
7.优选地，多个安装孔均在主弧形板和副弧形板的圆周方向上均匀布置。
8.优选地，所述主弧形板和副弧形板通过紧固件可拆卸连接。
9.优选地，所述主弧形板的圆盘面上开设有多个通孔以与副弧形板侧壁上的安装孔通过紧固件连接。
10.优选地，所述主弧形板的通孔在其圆周方向均匀布置。
11.优选地，所述主弧形板上通孔轴线与其侧壁上安装孔的轴线垂直设置。
12.优选地，所述主弧形板上开设有凹槽，凹槽中开设有圆孔供螺栓穿过以与紧凑拉伸剪切试件连接。
13.优选地，所述凹槽上圆孔的轴线与主弧形板上通孔轴线平行设置。
14.优选地，所述主弧形板的圆盘面上至少设置两排通孔。
15.优选地，所述上加载装置和下加载装置的结构以及形状均相同。
16.本实用新型提出的用于拉伸剪切试件断裂疲劳性能测试的复合型加载装置，具有以下有益效果：
17.1）方便试样装夹，且整体采用径向对称加载结构，通过主、副弧形板圆周上的不同螺孔组合，来实现各种复合型的断裂及疲劳实验，同时其结构简单、工作可靠且容易实现；
18.2）本加载装置突破板架结构厚度方向尺寸的限制，通过变换主、副弧形板的空间位置，提供一种可以实现面外剪切的加载装置设计；
19.3）cts试样中心位于该套装置中心，即上、下两主弧形板的中心，亦是上、下加载装置中心。上下弧形板关于cts试样中心径向分布，可使实验机上的力通过试样中心，形成设计所需力及力矩。
附图说明
20.图1为本实用新型用于拉伸剪切试件断裂疲劳性能测试的复合型加载装置的结构示意图；
21.图2为本实用新型用于拉伸剪切试件断裂疲劳性能测试的复合型加载装置的加载原理示意图；
22.图3为本实用新型用于拉伸剪切试件断裂疲劳性能测试的复合型加载装置的i型加载示意图；
23.图4为本实用新型用于拉伸剪切试件断裂疲劳性能测试的复合型加载装置的ii型加载示意图；
24.图5为本实用新型用于拉伸剪切试件断裂疲劳性能测试的复合型加载装置的iii型加载示意图。
25.图中，1
‑
主弧形板，2
‑
副弧形板，3
‑
螺钉，4
‑
螺栓，5
‑
cts试样，6
‑
安装孔，7
‑
通孔。
26.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
27.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
28.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.参照图1至图5，本优选实施例中，一种用于拉伸剪切试件断裂疲劳性能测试的复合型加载装置，包括相对设置的上加载装置和下加载装置，其中，
30.上加载装置和下加载装置均包括主弧形板1以及与其垂直设置的副弧形板2（即主
弧形板1的圆盘面与副弧形板2的圆盘面垂直设置），主弧形板1和副弧形板2的侧壁上均开设有多个安装孔6，疲劳/拉伸试验机的紧固件穿过安装孔6与主弧形板1或副弧形板2连接，紧凑拉伸剪切试件的两端分别与上加载装置和下加载装置的主弧形板1可拆卸连接（通过螺栓4连接）。
31.具体地，多个安装孔6均在主弧形板1和副弧形板2的圆周方向上均匀布置。主弧形板1的侧壁上有分布着7个成15
°
等角度分布的螺纹孔。副弧形板2的侧壁上有分布着6个成15
°
等角度分布的螺纹孔。通过主、副弧形板2上不同孔的组合，试样将承受不同复合比的载荷。
32.上加载装置和下加载装置通过普通拉伸或疲劳实验机上下紧固件连接主、副弧形板2。实验机紧固件根据加载需要拧入主、副弧型板上任意两个成径向对称的安装孔6。
33.主弧形板1的圆盘面上开设有多个通孔7以与副弧形板2侧壁上的安装孔6通过紧固件连接。进一步地，主弧形板1和副弧形板2通过紧固件（如螺钉3）可拆卸连接，从而便于根据测试要求，调整主弧形板1和副弧形板2的相对位置。
34.本实施例中，主弧形板1的通孔7在其圆周方向均匀布置。主弧形板1上通孔7轴线与其侧壁上安装孔6的轴线垂直设置。
35.主弧形板1上开设有凹槽，凹槽中开设有圆孔（本实施例中以设置有三个圆孔为例说明）供螺栓4穿过以与紧凑拉伸剪切试件连接。
36.凹槽上圆孔的轴线与主弧形板1上通孔7轴线平行设置。
37.另外，在主弧形板1的圆盘面上至少设置两排通孔7，以实现与副弧形板2的稳固连接。
38.上加载装置和下加载装置的结构以及形状均相同。区别在于两弧形板径向对称设置。
39.参照图3至图5，本用于拉伸剪切试件断裂疲劳性能测试的复合型加载装置其工作原理如下。
40.通过普通拉伸或疲劳实验机紧固件穿过主、副弧形板2的位置，力载荷便可和cts试样5的裂纹面法向夹角α成0
°
、15
°
、30
°
、45
°
、75
°
、90
°
角度变化。改变副弧型板2和主弧形板1相对位置，力载荷和cts试样5面夹角β成0
°
、15
°
、30
°
、45
°
、75
°
、90
°
角度变化，从而实现不同角度的组合，达到各种复合型加载的目的。
41.当α=90
°
且β=0
°
时，此时可拆卸掉副弧形板2，加载方向与裂纹面垂直，与裂纹前缘垂直，为i型加载，如图3所示。
42.当α=0
°
且β=0
°
时，加载方向与裂纹面平行，与裂纹前缘垂直，为ii型加载，如图4所示。
43.当α=0
°
且β=90
°
时，加载方向与裂纹面平行，与裂纹前缘平行，为iii型加载，如图5所示。
44.当β=0
°
且0
°
<α<90
°
时，为i ii复合型加载（可拆卸掉副弧形板2）。
45.当α=90
°
且0
°
<β<90
°
时，为i iii复合型加载。
46.当α=0
°
且0
°
<β<90
°
时，为ii iii复合型加载。
47.当0
°
<α<90
°
且0
°
<β<90
°
时，为i ii iii复合型加载。
48.本实施例提出的用于拉伸剪切试件断裂疲劳性能测试的复合型加载装置，具有以
下有益效果：
49.1）方便试样装夹，且整体采用径向对称加载结构，通过主、副弧形板圆周上的不同螺孔组合，来实现各种复合型的断裂及疲劳实验，同时其结构简单、工作可靠且容易实现；
50.2）本加载装置突破板架结构厚度方向尺寸的限制，通过变换主、副弧形板2的空间位置，提供一种可以实现面外剪切的加载装置设计；
51.3）cts试样5中心位于该套装置中心，即上、下两主弧形板的中心，亦是上、下加载装置中心。上、下弧形板关于cts试样5中心径向分布，可使实验机上的力通过试样中心，形成设计所需力及力矩。
52.以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。