一种防止复合板材连续拉压实验失稳的夹持装置

1.本发明涉及一种复合材料板状试验件连续拉压实验的夹具，具体涉及一种防止复合板材连续拉压实验失稳的夹具，属于复合材料力学性能测试技术领域。


背景技术：

2.复合材料板状试验件的连续拉伸压缩试验被用于复合材料各类力学性能测试当中，以通过复合材料的拉伸—压缩应力应变曲线来研究材料的加卸载、疲劳、振动等本构响应行为。掌握复合材料本构行为，对于复合材料的结构件的力学性能预测、加工和制造都有着重要指导意义，能够促进复合材料在航空航天部件、军用武器、民用设备的广泛使用。
3.复合材料板材相较于金属材料其脆性更大，在压缩过程中更容易产生压缩分层和压缩失稳等失效问题，从而导致在压缩和连续拉压方面的性能实验研究比较有困难。传统的防压缩失稳套筒，由于其形状固定仅适用于单纯的压缩实验，不适用于连续拉压实验，且对于试验件的形状兼容性较小；大部分防失稳夹持装置是相当于实验中的夹具，其设计成本高，且效果不如将支承装置放置于试验段位置，因为压缩失稳临界载荷 ，在试验件靠近中间部分添加支承装置会大大提高其稳定性。而且，目前部分将支承装置设计在试验段位置的夹持装置不适用于复合材料应变的测量，复合材料板材为研究其力学性能必须准确测量其应变，这往往需要在试验段黏贴应变片或者夹持引伸计或者喷涂散斑用电脑识别测量应变，这就需要在保证稳定性的同时还要留出一定的空间对板材进行应变的测量。与此同时，夹持装置也需要考虑消除自身重力和实验过程中产生的摩擦力的作用，因为复合材料较脆，夹持装置对其产生的摩擦力和夹持装置自身的重力会降低实验结果的准确性。


技术实现要素：

4.为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种防止复合板材连续拉压实验失稳的夹持装置，该夹持装置能够开展不同长度、不同厚度的复合材料板材平面内的单向压缩和连续的拉伸—压缩实验，不仅能够满足试验件各种应变测量方法的要求，还解决了夹持装置对试验件产生的摩擦力问题，保证了实验各项数据测量的准确性。
5.为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种防止复合板材连续拉压实验失稳的夹持装置，其中，包括左上夹块、左下夹块、右上梳状夹板、右下梳状夹板以及夹板固定装置,夹板固定装置设置有上安装端、下安装端以及固定点位，夹板固定装置通过固定点位固定在实验设备静态部件上，右上梳状夹板和右下梳状夹板均包括相互连接的固定板区和梳状对接区，右上梳状夹板和右下梳状夹板分别通过可滑动连接件安装在夹板固定装置的上安装端和下安装端上，梳状对接区呈梳齿状，梳齿间形成齿隙，右上梳状夹板和右下梳状夹板的梳齿相互插入对方的齿隙中，使右上梳状夹板和右下梳状夹板前后限位、上下可滑动配合，左上夹块与右上梳状夹板左右配合，左下夹块与右下梳状夹板左右配合，左上夹块和左下夹块之间具有间隙，左上夹块和右
上梳状夹板的固定板区相互贴合夹持复合板材上部，左下夹块与右下梳状夹板的固定板区相互贴合夹持复合板材下部，复合板材中部为试验段，位于左上夹块和左下夹块之间，当复合板材形变产生上下方向的力大于可滑动连接件与相应梳状夹板之间的摩擦力时，相应的梳状夹板能相对于夹板固定装置上下滑动，以适应复合板材的形变。
6.在其中的一些实施例中，左上夹块和左下夹块的四角上均设置有导柱，右上梳状夹板和右下梳状夹板对应位置处设置有圆孔，导柱穿过圆孔后，通过螺栓固定，使左上夹块和左下夹块能与对应的梳状夹板定位配合。
7.在其中的一些实施例中，每个导柱的中间都开有螺孔，螺栓通过旋入螺孔与导柱固定，导柱穿过梳状夹板的一段外部套有弹簧，弹簧一端与对应的梳状夹板抵触，另一端与螺栓的螺帽抵触，弹簧用于将左上夹块和左下夹块拉向对应的梳状夹板，使左上夹块和左下夹块能夹住复合板材。
8.在其中的一些实施例中，左上夹块面向右上梳状夹板的一面以及左下夹块面向右下梳状夹板的一面均设置有上下贯穿的矩形槽，矩形槽宽度与复合板材宽度相适应，复合板材从矩形槽中穿过。
9.在其中的一些实施例中，夹板固定装置呈十字形，上安装端位于夹板固定装置上端，下安装端位于夹板固定装置下端，固定点位位于夹板固定装置中部的左右两端。
10.在其中的一些实施例中，可滑动连接件为磁铁。
11.在其中的一些实施例中，螺栓的螺纹长度长于螺孔深度。
12.在其中的一些实施例中，右上梳状夹板和右下梳状夹板的梳齿不完全插入对方的齿隙，即梳齿前端与齿隙底部具有距离。
13.本发明的优点是：1.本发明左右夹持部件通过导柱和圆孔连接，可以相互滑动以适用于不同厚度的试验件；2.本发明右边上下夹持部件通过梳状结构配合，可实现上下相对移动以适用于不同长度的试验件，并且可以实现快速定位竖直方向不发生偏转，同时竖直方向留有一定阈值，可供不同弹性模量状态下的复合材料发生一定形变，从而解决复合材料板材拉伸和压缩状态下变形难的问题；3.本发明左夹块有矩形凹槽，能对试验件快速定心定位，再通过导柱和右夹板的圆孔实现整个夹持装置的定位；4.本发明的侧应力由套在导柱上的弹簧件提供，侧应力的大小可通过更换不同弹性系数的弹簧和调节连接再导柱上的螺栓来进行控制，弹簧力调节装置制造简单成本低廉，简化实验设备和操作；5.本发明在试验件实验过程中产生的摩擦力不会对实验产生影响，通过十字架形状夹板固定装置可以实现夹持装置的固定，将夹持装置的重力转移到实验设备静态部件上，所以夹持装置自身并不会对试验件产生摩擦力，试验件实验过程中发生的微小变形而产生在上下夹板的摩擦力大小相同方向相反，且会通过十字架形状夹板固定装置传导到整体，从而保证实验的精度；6.本发明给实验所用的试验件的中间段的一面和两侧都空了出来，能够适用于大多数应变测量方法，从而实现实验对应变测量的要求；
7.本发明整体结构简单，成本低廉，对复合材料板材的形状和实验设备的兼容性都较强，且本发明装配简单，能轻松实现定心、定位并消除摩擦力，不仅能够满足普通的压缩实验，还能够达到高精度的拉伸—压缩实验。
附图说明
14.图1为本发明整体示意图；图2为本发明夹块示意图；图3为本发明右上梳状夹板和右下梳状夹板配合示意图；图4为本发明左上夹块和右上梳状夹板以及弹簧力调节装置配合示意；图5为本发明梳状夹板和夹板固定装置配合示意图；图6（a）为本发明使用的试验件示意图，图6（b）为该试验件不同长度段用途讲解示意图。
15.图中标记名称：左上夹块1、左下夹块2、右上梳状夹板3、固定板区3a、梳状对接区3b、右下梳状夹板4、螺栓5、弹簧6、夹板固定装置7、上安装端7a、下安装端7b、固定点位7c、矩形槽8、导柱9、螺孔10、可滑动连接件11、圆孔12、试验件13、试验段13a、装夹段13b、夹具夹持段14。
具体实施方式
16.以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
17.需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
18.如图1-图6所示，本发明防止复合板材连续拉压实验失稳的夹持装置，主要包括：左上夹块1、左下夹块2、右上梳状夹板3、右下梳状夹板4、螺栓5、弹簧6、夹板固定装置7等，具体结构如下：如图1所示，左上夹块1和左下夹块2为矩形状，矩形四角有四个导柱，每个导柱都开有螺孔，左上夹块1和左下夹块2为上下相对设置；右上梳状夹板3、右下梳状夹板4为t字形，上端矩形形状与左上夹块1和左下夹块2形状大小相同，并于矩形四角开了四个孔与夹块导柱大小相互配合，t型下端为梳状结构，右上t型梳状夹板1、右下t型梳状夹板2为上下相对设置且通过梳妆结构相互配合；左上夹块1和右上梳状夹板3为左右相对设置，左下夹块2和右下梳状夹板4为左右相对设置，试验件13的试验段13a位于左右相对设置的夹块和t型梳状夹板之间。夹板固定装置7的上下两端分别衔接着右上梳状夹板3和右下梳状夹板4，左右两端连接着实验设备静态部件。
19.如图2所示，左上夹块1和左下夹块2的矩形四角有四个导柱9用于跟夹板的连接配合，每个导柱的中间都开有螺孔10用于与弹簧元件和螺栓的连接配合。在夹块的中间开有一个很浅矩形槽8，其长度与夹块的宽度相同，宽度与试验件13的宽度相同，深度较浅，是用于配合试验件13实现装置的快速定位和安装的。
20.如图3所示，右上梳状夹板3和右下梳状夹板4的矩形四角分别开有四个圆孔12，四个圆孔12与左上夹块1和左下夹块2的导柱9相互配合，导柱9能自由穿入圆孔12，且在夹块
平面方向不发生相对位移。右上梳状夹板3和右下梳状夹板4通过相互交错的梳状结构配合，能实现上下夹板在竖直方向的快速定位和相对移动，也为试验件13的变形留有一定余度。
21.如图4所示，左上夹块1和右上梳状夹板3以及弹簧力调节装置（螺栓5、弹簧6）配合示意，夹块的导柱9穿过夹板的圆孔12后，用尺寸略大于导柱9的弹簧6套住导柱9，且弹簧6与夹板的一面想接触，再将螺栓5拧入导柱9的螺孔10中去，螺栓5的头部尺寸略大于弹簧6，使其能在夹板上稳定施加载荷，螺栓5的长度略大于螺孔的深度，以便进行压缩载荷的调控。
22.如图5所示，右上梳状夹板3和右下梳状夹板4通过梳状结构13配合的同时，被夹板固定装置7通过其上下两端固定的磁铁连接在一起，夹板固定装置7左右两侧为与实验设备静态部件相连的固定点位7c，其根据实验设备的不同结构和情况简单设计连接即可。夹板固定装置7所起到的作用就是在安装前固定该夹持装置，以便其在安装过程和实验过程中不会因为自身重力而对试验件13产生干扰，以保证实验的准确性。
23.如图6所示，图6（a）为复合材料板状试验件13在力学性能测试实验中常用的枸骨状造型，本发明的夹持装置可适用不同厚度、不同长度、不同力学性能的复合材料枸骨状板材的连续拉伸—压缩实验。图6（b）为该试验件13的分段讲解示意图，其中夹具夹持段14为实验设备夹具夹持部分，用来提供拉伸和压缩载荷。试验段13a为提供实验人员使用引伸计、应变片和喷涂散斑电脑识别等应变测量方法的区域。防止复合板材连续拉压实验失稳的夹持装置的装夹段13b为该夹持装置上下夹板、夹块夹持的位置，其位于夹具夹持段14和试验段13a中间，这样的设计相较于直接把防失稳夹持装置设计在夹具夹持段14处，能够更加有效的提高试验件13的临界载荷，其防失稳效果更好，且适用性强，装配简单。相较于直接把防失稳夹持装置设计在试验段13a处，该发明能为实验人员提高一片有效的应变测量区域，不必花费更高的代价去寻求其他繁琐的应变测量方法，为实验的精准性提供保障。
24.该夹持装置在压缩或连续拉伸—压缩实验时的安装过程如下：1.通过有限元软件分析计算试验件13在压缩过程中不发生失稳的最小侧压力，选取合适的弹簧6，并根据虎克定律计算螺栓5需要下拧的距离，以保证能够提供夹板均匀且适当的压缩力。
25.2.将夹板固定装置7通过左右两边的连接结构14固定连接在实验设备静态部件上，保证其在竖直方向跟设备夹具在同一条线上，并将右上梳状夹板3和右下梳状夹板4通过梳状结构配合好后，吸附在夹板固定装置7上下两端的磁铁上，保持不发生滑动。
26.3.将试验件13安装在实验设备的夹具上并锁紧，然后将左上夹块1和左下夹块2通过矩形槽8定位放置在试验件13合适的位置（防止复合板材连续拉压实验失稳的夹持装置的装夹段13b）并调节上下夹板的位置，同时保证右上梳状夹板3和右下梳状夹板4通过梳状结构13之间要留有一点空间，让上下夹块的导柱9正好穿过上下夹板的圆孔12，且夹持装置不与夹板固定装置7上发生滑动；4.将弹簧6套在上下夹块的导柱9上，并将螺栓5安装步骤1计算距离拧在上下夹块的导柱9的螺孔10上，即可开始实验；开始实验后，试验件13会在拉伸和压缩过程中产生微小形变，由于右上梳状夹板3和右下梳状夹板4通过梳状结构之间留有一点空间，所以不会阻碍实验进行。试验件13由于
形变产生的摩擦力也会通过上下夹持装置相互抵消，夹持装置自身重力也由夹板固定装置7传导至实验设备静态部件上，不会对实验造成影响，能够有效防止有效试验件13下在压缩过程中发生失稳。
27.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。