一种实现薄壁测试高精度控制的夹持系统及夹持方法与流程

1.本发明涉及力学性能测试试验设备领域，特别是涉及一种实现薄壁测试高精度控制的夹持系统及夹持方法。


背景技术：

2.随着航空发动机推重比的不断提高，涡轮叶片的服役温度也越来越高，涡轮叶片内腔结构日趋复杂，通过采用气膜冷却系统可以有效减少叶片表面温度，但这种叶片结构要求零件的壁厚非常薄，最薄处甚至小于0.5mm，经过研究发现，涡轮叶片这种薄壁处的力学性能通常都低于标准试样，这种由截面尺寸引起的性能偏离现象被称为薄壁效应，为了能够准确预测带薄壁部位零件的使用性能和寿命，人们对于薄壁效应的影响越来越重视，近年来许多科研工作者开始制备不同厚度的薄壁力学性能试样来对薄壁效应的研究。
3.正常试样放在试验机(比如蠕变机)上时在不受力情况下应该是对中的，因为薄壁试样壁厚小、易弯曲、扭转，其应力敏感性会非常大，安装时的人工失误以及试验机夹头和样品表面稍有不平(肉眼很难观察到)均会使样品在受力时发生非平衡变形，导致试样与施力方向不同轴，尤其对于板状试样而言，其与拉杆的任何一个接触区如果发生变形都会导致试样发生偏转，无法与力同轴，导致试样在进行力学性能试验时发生变形，影响试验数据的准确性。
4.例如：申请号为“201810314417.3”，名称为“一种拉伸试验机”的发明专利公开了一种拉伸试验机，其通过上下夹具对试样完成固定，但是在针对薄壁试样时，夹持时易出现薄壁试样变形的情况，薄壁试样装载不精确，影响最终试验的精确性。
5.申请号为“201510184070.1”，名称为“一种叶片拉伸试验机”的发明专利公开了一种拉伸试验机，其在上下夹头上均设置有与试样相匹配得到槽，当试样与槽连接时，能够较好的对试样进行定位，但是其上夹具固定试样的方式为销轴固定，针对易变形的薄壁试样时，装配销轴时可能会导致接触位置的变形，影响最终的试验精度。
6.因此人们亟需一种薄壁试样装载精度高、试验数据准确性高的实现薄壁测试高精度控制的夹持系统。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种实现薄壁测试高精度控制的夹持系统及夹持方法，以解决上述现有技术存在的问题，利用夹持组件较厚的特性替代薄壁试样与试验机的夹持端连接，配合夹持组件对薄壁试样的定位，实现了对薄壁试样装载的高精度控制，提高了薄壁试样的装载精度，进而提高了试验数据的准确性。
8.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种实现薄壁测试高精度控制的夹持系统，包括薄壁试样以及连接在试验机夹持端的夹持组件，所述薄壁试样端部通过所述夹持组件与试验机的夹持端连接，所述夹持组件的被夹持厚度大于所述薄壁试样端部的最大尺寸，所述薄壁试样的端部两侧均设置有至少一个卡接部，所述夹持组件上设
置有供所述薄壁试样端部携带所述卡接部伸入的第一凹槽，所述薄壁试样的端部转动设置在所述第一凹槽内，所述第一凹槽的内壁面上设置有至少一个供所述卡接部旋转的第二凹槽，所述第二凹槽的内壁面上设置有与所述卡接部相匹配的卡接槽，所述薄壁试样两端的所述夹持组件内的所述卡接槽位于同一平面上。
9.优选的，所述第二凹槽的轴向截面为与所述卡接部旋转路径相匹配的圆形，所述第二凹槽的轴线与所述试验机的施力方向重合。
10.优选的，所述第一凹槽与所述薄壁试样端部之间、所述第二凹槽与所述卡接部之间均设置有保证正常旋转的旋转配合间隙。
11.优选的，所述卡接部为矩形结构。
12.优选的，所述卡接部的厚度与所述薄壁试样的厚度相同。
13.优选的，所述卡接部与所述薄壁试样一体设置。
14.优选的，所述夹持组件呈t形，且所述夹持组件尺寸较小的一端设置有所述第一凹槽。
15.优选的，所述夹持组件的材质为陶瓷或高温合金。
16.优选的，所述夹持组件包括第一夹持块和第二夹持块，所述第一夹持块下表面与所述第二夹持块的上表面连接，且所述第一夹持块的下表面设置有第一拼接凹槽，所述第二夹持块的上表面设置有第二拼接凹槽，所述第一夹持块与所述第二夹持块连接后，所述第一拼接凹槽与所述第二拼接凹槽拼接形成所述第一凹槽和所述第二凹槽。
17.本发明还提供一种上述实现薄壁测试高精度控制的夹持系统的夹持方法，包括以下步骤：
18.s1：将夹持组件连接在试验机的夹持端上，并将所述薄壁试样的两端分别伸入不同的夹持组件的第一凹槽内，并使卡接部对应第二凹槽；
19.s2：控制薄壁试样沿其轴向自转，卡接部旋入第二凹槽内；
20.s3：控制薄壁试样自转一定角度后，使卡接部对应卡接槽，向上调节上方夹持组件，使卡接部卡入卡接槽内；
21.s4：开始试验，试验机通过夹持组件进行对薄壁试样的力学性能测试。
22.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
23.1、本发明中设置夹持组件的被夹持厚度大于薄壁试样端部的最大尺寸，利用较厚的夹持组件替代薄壁试样，而夹持厚度越厚，夹持时越不容易发生形变，而且在安装夹持组件后再安装薄壁试样的过程中，由于夹持组件已经被试验机夹持，因此其重力不会使薄壁试样弯曲变形，只需将薄壁试样端部伸入第一凹槽内，并将卡接部对准第二凹槽后，转动薄壁试样使卡接部对应卡接槽，然后拉动薄壁试样将卡接部卡入卡接槽内即可，由于薄壁试样两端的夹持组件内的卡接槽位于同一平面上，当薄壁试样两端的卡接部均卡入卡接槽内后，可以实现整体薄壁试样位于同一平面上，同时夹持组件与薄壁试样不存在硬性夹持，避免了薄壁试样与夹持组件连接时的变形问题，结合夹持组件被夹持在试验机上不易变形的特性，实现了整体薄壁试样在不发生变形的情况下安装在试验机的拉伸区域，即实现了对薄壁试样的高精度控制，大大提高了薄壁试样的装载精度，进而提高了试验数据的准确性。
24.2、本发明中设置第二凹槽的轴向截面为与卡接部旋转路径相匹配的圆形，当薄壁试样携带卡接部进入到第一凹槽内，且薄壁试样旋转带动卡接部在第二凹槽内旋转的过程
中，第二凹槽能够为卡接部的旋转提供限位作用，确保卡接部能够准确的卡入卡接槽内，由于第二凹槽的轴线与试验机的施力方向重合，当卡接部卡入卡接槽内后，薄壁试样的轴线与试验机的施力方向重合。
25.3、本发明中在第一凹槽与薄壁试样端部之间、第二凹槽与卡接部之间均设置有保证正常旋转的旋转配合间隙，可有效防止薄壁试样以及卡接部在旋转过程中出现受损弯曲的情况，进一步确保薄壁试样的精准装载。
26.4、本发明中将夹持组件设置为第一夹持块和第二夹持块，使得当薄壁试样位于夹持组件内的部分出现断裂的情况时，可以打开夹持组件，快捷将内部断裂部分取出。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明实现薄壁测试高精度控制的夹持系统的结构示意图；
29.图2为本发明夹持组件的剖视图；
30.图3为本发明第一夹持块的结构示意图；
31.图4为本发明实现薄壁测试高精度控制的夹持系统的剖视图；
32.图5为本发明薄壁试样的结构示意图；
33.其中，1、夹持组件；2、薄壁试样；3、卡接部；4、第一凹槽；5、第二凹槽；6、卡接槽；7、第一夹持块；8、第二夹持块；9、连接孔。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.本发明的目的是提供一种实现薄壁测试高精度控制的夹持系统及夹持方法，以解决现有技术存在的问题，利用夹持组件较厚的特性替代薄壁试样与试验机的夹持端连接，配合夹持组件对薄壁试样的定位，实现了对薄壁试样装载的高精度控制，提高了薄壁试样的装载精度，进而提高了试验数据的准确性。
36.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
37.请参考如图1～5所示，提供一种实现薄壁测试高精度控制的夹持系统，包括薄壁试样2以及连接在试验机夹持端的夹持组件1，试验机上的夹持端可选择常规的夹爪，薄壁试样2端部通过夹持组件1与试验机的夹持端连接，夹持组件1的被夹持厚度大于薄壁试样2端部的最大尺寸，利用较厚的夹持组件1替代薄壁试样2，而夹持厚度越厚，夹持时越不容易发生形变，而且在安装夹持组件1后再安装薄壁试样2的过程中，由于夹持组件1已经被试验机夹持，因此其重力不会使薄壁试样2弯曲变形，薄壁试样2的端部两侧均设置有至少一个
卡接部3，两侧的卡接部3可一一对称设置，或者错位设置，夹持组件1上设置有供薄壁试样2端部携带卡接部3伸入的第一凹槽4，第一凹槽4的截面形状可为矩形，矩形的长不小于薄壁试样2端部的宽度与其两侧卡接部3长度之和，确保薄壁试样2端部携带卡接部3能够伸入，矩形的宽度与薄壁试样2端部的宽度相匹配，或者主体为圆形，但圆形对应卡接部3的位置需要向外突出，圆形的直径与薄壁试样2端部的宽度相匹配，突出部分尺寸与卡接部3相匹配，或者其他可供薄壁试样2端部携带卡接部3伸入的形状，薄壁试样2的端部转动设置在第一凹槽4内，具体转动方式为绕其自身轴线自转，第一凹槽4的内壁面上设置有至少一个供卡接部3旋转的第二凹槽5，当薄壁试样2两侧的卡接部3一一对称设置时，第二凹槽5的数量等于对称的卡接部3的组数，当薄壁试样2两侧的卡接部3错位设置时，第二凹槽5的数量等于薄壁试样2两侧卡接部3的数量之和，第二凹槽5的内壁面上设置有与卡接部3相匹配的卡接槽6，薄壁试样2两端的夹持组件1内的卡接槽6位于同一平面上，只需将薄壁试样2端部伸入第一凹槽4内，并将卡接部3对准第二凹槽5后，转动薄壁试样2使卡接部3对应卡接槽6，然后拉动薄壁试样2将卡接部3卡入卡接槽6内即可，由于薄壁试样2两端的夹持组件1内的卡接槽6位于同一平面上，当薄壁试样2两端的卡接部3均卡入卡接槽6内后，可以实现整体薄壁试样2位于同一平面上，同时夹持组件1与薄壁试样2不存在硬性夹持，避免了薄壁试样2与夹持组件1连接时的变形问题，结合夹持组件1被夹持在试验机上不易变形的特性，实现了整体薄壁试样2在不发生变形的情况下安装在试验机的拉伸区域，即实现了对薄壁试样2的高精度控制，大大提高了薄壁试样2的装载精度，进而提高了试验数据的准确性。
38.设置第二凹槽5的轴向截面为与卡接部3旋转路径相匹配的圆形，当薄壁试样2携带卡接部3进入到第一凹槽4内，且薄壁试样2旋转带动卡接部3在第二凹槽5内旋转的过程中，第二凹槽5能够为卡接部3的旋转提供限位作用，确保卡接部3能够准确的卡入卡接槽6内，由于第二凹槽5的轴线与试验机的施力方向重合，当卡接部3卡入卡接槽6内后，薄壁试样2的轴线与试验机的施力方向重合。
39.可以在第一凹槽4与薄壁试样2端部之间、第二凹槽5与卡接部3之间均设置有保证正常旋转的旋转配合间隙，可有效防止薄壁试样2以及卡接部3在旋转过程中出现受损弯曲的情况，进一步确保薄壁试样2的精准装载，同时，可以将卡接槽6远离第二凹槽5轴线的一侧内壁设置为向外倾斜的结构，保证在有配合间隙存在的情况下，卡接部3能够精准的滑入卡接槽6内完成对薄壁试样2的定位。
40.由于卡接部3直接受到试压机通过夹持组件1传来的拉力，因此卡接部3为矩形结构，增加卡接部3与卡接槽6的接触面积，分散应力，提高卡接部3的使用寿命。
41.为了保证力的均匀传导，设置卡接部3的厚度与薄壁试样2的厚度相同。
42.可以将卡接部3与薄壁试样2一体设置，进而提高薄壁试样2与卡接部3连接的结构强度，减少连接处断裂的几率。
43.为了便于试验机夹持端的夹持，夹持组件1呈t形，且夹持组件1尺寸较小的一端设置有第一凹槽4，试验机的夹持端在实际选择时，可以选择自由端为l形，直接夹持夹持组件1尺寸较大的一端，夹持组件1尺寸较大的一端于夹持组件1尺寸较小的一端转折处的台阶结构可以配合自由端为l形的夹持端提高试验机对夹持组件1的夹持效果。
44.由于一些拉伸试验是需要在高温下进行的，因此夹持组件1选择陶瓷或高温合金等耐高温的材质。
45.本实施例中薄壁试样2的两侧均设置有两个卡接部3，整体薄壁试样2的端部具有四个卡接部3，这样在实际受拉时，薄壁试样2两端的八个卡接部3能够分散应力，减少因应力集中而导致的薄壁试样2与卡接部3连接处断裂的几率，具体的卡接部3设置数量可根据预定拉力大小确定，卡接部3的数量随着预定拉力的增加而增加。
46.为了应对薄壁试样2位于夹持组件1内的部分出现断裂，断裂部分不易取出的情况，设置夹持组件1包括第一夹持块7和第二夹持块8，第一夹持块7下表面与第二夹持块8的上表面连接，具体连接方式为第一夹持块7与第二夹持块8上均设置有连接孔9，第一夹持块7与第二夹持块8上的连接孔9通过销钉或螺栓连接等，且第一夹持块7的下表面设置有第一拼接凹槽，第二夹持块8的上表面设置有第二拼接凹槽，第一夹持块7与第二夹持块8连接后，第一拼接凹槽与第二拼接凹槽拼接形成第一凹槽4和第二凹槽5，当薄壁试样2位于夹持组件1内的部分出现断裂的情况时，可以打开夹持组件1，快捷将内部断裂部分取出。
47.本实施例中设置第一夹持块7与第二夹持块8为相同结构，便于加工生产。
48.本发明还提供一种上述实现薄壁测试高精度控制的夹持系统的夹持方法，包括以下步骤：
49.s1：将夹持组件1连接在试验机的夹持端上，向上调节上方夹持组件1的高度，同时将薄壁试样2放置在上下两个夹持组件1之间，控制上夹持组件1下移，并将薄壁试样2的两端分别伸入不同的夹持组件1的第一凹槽4内，并使卡接部3对应第二凹槽5；
50.s2：人工或机器控制(机器控制旋转时需要在试验机的上下夹持端均设置旋转机构)薄壁试样2绕其轴向自转，卡接部3旋入第二凹槽5内；
51.s3：控制薄壁试样2自转一定角度后，使卡接部3对应卡接槽6，向上调节上方夹持组件1，薄壁试样2上下两端的卡接部3均卡入相应的卡接槽6内，完成对薄壁试样2的定位；
52.s4：开始试验，试验机通过夹持组件1进行对薄壁试样2的力学性能测试。
53.根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。
54.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
55.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。