一种用于非金属材料高速剪切的实验夹具

1.本实用新型涉及材料力学性能实验领域，具体涉及一种用于非金属材料高速剪切的实验夹具。


背景技术：

2.剪切强度和剪切模量是工程材料的重要力学性能参数，研究高速剪切加载下材料的力学行为对于揭示其变形规律和剪切失效模式具有重要的意义，可提高对于材料特性的全面认识，能够为材料在典型工况下的使用提供重要的数据支撑，目前用于材料剪切力学性能测试的实验主要分为四类：拉伸切口类剪切实验、弯曲类剪切实验、剪切类剪切实验和扭转类剪切实验；
3.1.拉伸切口类剪切实验的代表方法是双切口拉伸/压缩剪切实验法，该方法测得的剪切强度依赖于实验片的尺寸，受槽间距的影响较大；
4.2.弯曲类剪切实验的代表方法是三点弯曲式短梁法，该方法采用小跨/厚比三点弯曲获得测试材料的剪切强度，主要缺点是应力状态非均匀、剪切强度随着跨/厚比比值发生变化、在加载点附近存在较大的应力集中，该方法多用于选材、质量对比和质量控制；
5.3.剪切类剪切实验的代表方法是v型槽短梁法和品字梁法。v型开口矩形试件由于上下缺口的存在，中截面上的应力分布对各种干扰因素很敏感，且对加载位置精度要求较高；品字梁实验剪切面应力分布不均匀，对试件加工精度要求较高；
6.4.扭转类剪切实验的代表方法是薄壁圆管扭转法，圆管试件的壁厚与圆管横截面的尺寸相比很小，应力沿壁厚可视为均匀分布，用于测试剪切模量精度较高，但薄壁圆管试件加工制造较难，成本昂贵；
7.上述四类剪切测试实验方法各有优缺点，理想的剪切实验方法应满足实验能够重现、能够提供均匀的纯剪切区、能提供试样破坏前完整的应力-应变特性曲线、试件易于制作、易于在材料实验机上进行等条件。


技术实现要素：

8.针对现有技术中提到的不足，本实用新型提出提供一种操作简单、应变/应力场均匀、实验结果可靠的剪切实验方夹具。
9.本实用新型一种用于非金属材料高速剪切的实验夹具，包括上夹具、下夹具、上调节块、下调节块、定位块以及试件，所述上夹具与下夹具呈中心对称设置，其中上夹具与下夹具之间可拆卸式连接，所述上夹具与下夹具之间所形成的夹持空间内设置有试件，其中试件左右两端分别设置有用于夹持固定试件的上调节块与下调节块，所述上调节块与上夹具活动连接，下调节块与下夹具活动连接，所述试件中部还设有用于定位的定位块。
10.优选地，所述上夹具与下夹具均由连接部与夹持部组成，其中上夹具和下夹具的夹持部结构相同，所述夹持部包括凹型结构，所述凹型结构两个折边有长短之分，即长折边和短折边，所述长折边设有凹槽，短折边上设有凸块，其中，所述长折边上还设有锁紧孔，所
述短折边与长折边之间还设有挡板。
11.优选地，所述长折边的中心部设有第一定位弧。
12.优选地，所述凹槽与凸块之间相适应。
13.优选地，所述上夹具的连接部长于下夹具的连接部，其中上夹具的连接部远离夹持部一端设有连接块。
14.优选地，所述下调节块通过锁紧孔与下夹具螺纹连接，所述上调节块通过锁紧孔与上夹具螺纹连接。
15.优选地，所述试件中心部的上下端均设有第二定位弧。
16.优选地，所述定位块的上下两端均为圆弧部，其圆弧部分别与第一定位弧、第二定位弧相适应。
17.本实用新型相对于现有技术，取得了以下的技术效果：
18.本实用新型能够扩展高应变率液压伺服实验机在非金属材料剪切响应测试方面的应用，同时能够克服现有实验系统在测量高速剪切加载下材料力学行为时系统复杂、费用较高的缺点；本实用新型中的上夹具和下夹具通过凹槽与凸块来配合定位，用于测试的试件宽度与两个夹具配合形成的夹持空间宽度一致，试件通过定位块进行左右定位、通过挡板进行前后定位，通过上下调节夹块进行上下定位，装配更精确；
19.本实用新型设计通过上下调节夹块压紧试件，可避免在试件上打孔，减少因固定试件而造成的预应力和损伤。
附图说明
20.图1为本实用新型整体结构示意图；
21.图2为本实用新型下夹具结构示意图；
22.图3为本实用新型上调节块或下调节块结构示意图；
23.图4为本实用新型试件结构示意图；
24.图5为本实用新型定位块结构示意图；
25.图6为图5的侧视图。
26.附图标记：1、下夹具；2、上夹具；3、试件；4、下调节块；5、上调节块；6、定位块；7、凸块；8、短折边；9、挡板；10、第一定位弧；11、凹槽；12、连接部；13、长折边；14、锁紧孔；15、第二定位弧；16、圆弧部。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
28.本实用新型一种用于非金属材料高速剪切的实验夹具，如图1所示，包括上夹具2、下夹具1、上调节块5、下调节块4、定位块6以及试件3，所述上夹具2与下夹具1呈中心对称设置，其中上夹具2与下夹具1之间可拆卸式连接，所述上夹具2与下夹具1之间所形成的夹持空间内设置有试件3，其中试件3左右两端分别设置有用于夹持固定试件3的上调节块5与下调节块4，所述上调节块5与上夹具2活动连接，下调节块4与下夹具1活动连接，所述试件3中
部还设有用于定位的定位块6。
29.所述上夹具2与下夹具1均由连接部12与夹持部组成，其中上夹具2和下夹具1的夹持部结构相同，所述夹持部包括凹型结构，所述凹型结构两个折边有长短之分，即长折边 13和短折边8，所述长折边13设有凹槽11，短折边8上设有凸块7，其中，所述长折边13 上还设有锁紧孔14，所述短折边8与长折边13之间还设有挡板9。本实施例的下夹具1如图2所示，上夹具2与下夹具1的两端都设有配合设置的凹槽11和凸块7，通过凸块7插进凹槽11内，可将上夹具2与下夹具1连接起来形成夹持空间，下夹具1的长折边13上设有锁紧孔14，即对应的上夹具2的长折边13对应位置也设有锁紧孔14；如图2所示，长折边13与短折边8之间还设有挡板9，挡板9的厚度小于长折边13和短折边8的厚度，挡板 9的长度优选为26mm；设置的挡板9与试件3相贴合，可对试件3进行前后方向定位。
30.所述长折边13的中心部设有第一定位弧10。如图2所示，长折边13的中心部设有第一定位弧10，第一定位弧10与定位块6下端的圆弧部相对应。
31.所述凹槽11与凸块7之间相适应。通过凹槽11和凸块7结合，方便上夹具2与下夹具1组合。
32.所述上夹具2的连接部12长于下夹具1的连接部12，其中上夹具2的连接部12远离夹持部一端设有连接块。如图1所示，上夹具2的连接部12与试验机的上部相连，下夹具1的连接部12与试验机的下部相连，两个夹具的连接部12与试验机相连时的连接部12 分的厚度小于6mm，本实施例中的上夹具2的连接部12长度在50～600mm之间。
33.所述下调节块4通过锁紧孔14与下夹具1螺纹连接，所述上调节块5通过锁紧孔14 与上夹具2螺纹连接。如图1和图3所示，上调节块5与下调节块4上均设有通孔，通过通孔与上夹具2和下夹具1上的锁紧孔14可将下调节块4和上调节块5固定在夹持空间内，本实施例中优选螺丝连接，通过上调节块5与下调节块4可对试件3进行上下方向定位。
34.所述试件3中心部的上下端均设有第二定位弧15。所述定位块6的上下两端均为圆弧部，其圆弧部分别与第一定位弧10、第二定位弧15相适应。如图1、图4、图5及图6 所示，试件3下两端的第二定位弧15与下夹具1的第一定位弧10的中心轴线相重合，通过第二定位弧15与试件3上端的圆弧部对应结合，通过第一定位弧10与试件3下端的圆弧部对应结合，从而对试件3实现左右方向定位。
35.本装置使用时，将试件3放入上夹具2与下夹具1配合形成的夹持空间中，将试件3 贴住挡，通过定位块6将试件3的中心定位于两个夹具中心上，旋转螺丝，将下调节块4向上平移，将试件3右部分夹紧固定；，旋转螺丝，上调节块56向下平移，将试件3左部分夹紧固定；固定完成后，利用高应变率液压伺服实验机开展试验时，当高速运动的夹头达到标定速度时，启动液压伺服机构，夹头夹紧两个夹具的连接部12，开始对试件3实施加载，避免了夹具加速过程中对实验的影响。
36.启动高应变率液压伺服实验机，当高速运动的十字夹头达到标定速度时，启动液压伺服机构，对试件实施加载，避免了加速过程中对实验的影响：实验过程中剪切应力τ、剪切应变γ和剪切模量g分别按式(1)、(2)、(3)计算：
37.τ＝f/(ht)
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(1)
38.γ＝|ε1| |ε2|≈d/b
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(2)
39.g＝δτ/δγ
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(3)
40.式中，τ为剪切应力，γ为剪切应变，g为剪切模量，f为载荷，h为试件开口处截面高度，t为试件开口处厚度，b为试件开口处宽度，ε1和ε2分别为 45
°
和-45
°
方向应变值，d 为上下夹具相对位移值，δτ为剪切应力增量，δγ为与剪切应力增量相对应的剪切应变增量。