一种新型多功能拉压试验用锚固装置

1.本发明涉及材料力学研究领域，尤其是涉及一种新型多功能拉压试验用锚固装置。


背景技术：

2.目前，石材的抗拉试验和抗压试验是考虑石材的性能的一个重要参数，拉伸试验是测试各类金属和非金属材料拉伸强度与变形能力的基本实验方法，美国试验和材料协会中的规定，由于加载平台和试件表面之间的固结胶粘剂由于性能的限制，可能不适用高强石材，在试件拉伸之前固结胶粘剂可能已经失效，而其他材料拉伸试验中夹具对试件的夹持方式有两种，一种是通过夹块的自锁力，与试件间产生夹持力和摩擦阻力，主要是通过夹块表面的齿痕与试件间产生的摩擦力带动锲形夹具向拉伸方向嵌挤，由此进一步加大锲形夹块对试件夹持端的挤压力和摩擦阻力；另一种是将试件端部制成与夹具吻合的形状以固定试件，通常采用哑铃型夹具与试件，这种夹持方法由于对夹具的加工工艺要求较高，对于贴合形状相同但尺寸不同的试件一一制造相匹配的夹具成本较高。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种新型多功能拉压试验用锚固装置。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.一种新型多功能拉压试验用锚固装置，该装置包括两个结构相同的夹具，分别为相对垂直设置的上部夹持部件和下部夹持部件，每个所述的夹具包括端板和承板，所述的端板与压力机连接，所述的端板和承板通过螺杆连接，所述的螺杆上设有负载传递块，所述的承板上分别开设用以穿过负载传递块的方形孔，所述的压力机用以对端板施加压力，所述的上部夹持部件、下部夹持部件、压力机和负载传递块相互配合以实现对试件进行拉力试验和压力试验。
6.所述的上部夹持部件包括连接压力机的上部端板和用以夹持试件一端的上部承板，所述的下部夹持部件包括连接压力机的下部端板和用以夹持试件另一端的下部承板。
7.所述的螺杆包括上部螺杆和下部螺杆，所述的上部端板和上部承板通过上部螺杆连接，所述的下部端板与下部承板通过下部螺杆连接。
8.所述的上部承板与下部承板的结构相同，均由上下设置的两块卡板组成，每块所述的卡板包括一侧挖除半圆的夹持部、与夹持部一端的上侧连接的支撑部以及与夹持部另一端的下侧连接的支撑部，两块所述的卡板相对设置并相互卡紧，以使得两块卡板的夹持部形成与试件贴合的槽口，所述的槽口用以夹持试件的一端。
9.所述的上部承板和下部承板的两个支撑部上分别开设方形孔。
10.所述的上部端板与下部端板的结构相同，所述的上部端板在上部承板的方形孔对应位置处开设用以穿过上部螺杆的螺孔。
11.所述的上部端板和下部端板中部设有刻槽，用以实现不同压力机加载头的定位。
12.所述的上部螺杆的一端设有螺纹，并穿过上部端板的螺孔，所述的上部螺杆的另一端上设置负载传递块，并穿过上部承板的方形孔，所述的下部螺杆的一端设有螺纹，并穿过下部端板的螺孔，所述的下部螺杆的另一端设置负载传递块，并穿过下部承板的方形孔。
13.所述的试件包括哑铃型试件、狗骨头型试件和板状试件。
14.该装置的工作原理具体为：
15.当进行抗拉试验时，上部端板通过上部螺母固定在上部螺杆上端，上部螺杆的另一端连接上部承板，上部承板通过负载传递块承受压力机的荷载并固定试件的下端，下部承板固定试件的上端，调整下部螺杆上的负载传递块的方向，使下部承板位于负载传递块上侧，下部端板通过下部螺母固定在下部螺杆下端，上部端板和下部端板分别承受加载机荷载，对试件两端进行拉伸；
16.当进行抗压试验时，上部端板通过上部螺母固定在上部螺杆上端，上部承板固定试件的下端，将上部螺杆上的负载传递块转换方向使其通过上部承板，上部端板直接作用于试件顶面，下部端板通过下部螺母固定在下部螺杆下端并与试件底面接触，将下部螺杆上的负载传递块转换方向使其通过下部承板，下部承板不受力，上部端板和下部端板分别承受加载机荷载，对试件两端进行压缩。
17.与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：
18.1、本发明通过使用多功能拉压夹具使得材料的接触面与夹具的接触面充分贴合，传力均匀，由于两块承板的组合，使得安装也较为方便，本发明不仅构造简单，组装拆解方便，还解决了夹持脆性材料困难的问题；
19.2、本发明通过承板的固定以减少材料在试验过程中出现的偏心，避免导致石材出现扭曲及弯曲破坏，进而影响所测数据的准确性的情况，实现了提高试验的准确性的技术效果；
20.3、本发明在进行拉压试验时，只需转变负载传递块的方向即可改变试验，不需要再另用新的夹具，不仅减少了制作夹具的成本，而且操作方便；
21.4、本发明进行试验的试件材料、形状和尺寸能够自行调整，适用性广。
附图说明
22.图1为本发明的在拉力试验下的结构示意图。
23.图2为本发明的在压力试验下的结构示意图。
24.图3为本发明的夹具的立体示意图。
25.图4为本发明的端板俯视图。
26.图5为本发明的端板正视图。
27.图6为本发明的螺母俯视图。
28.图7为本发明的螺杆和负载传递块正视图。
29.图8为本发明的承板俯视图。
30.图9为本发明的承板正视图。
31.图10为本发明的实施例中拉力试验对应的应力-应变曲线。
32.图11为本发明的实施例中压力试验对应的应力-应变曲线。
33.附图标记：1、上部螺杆、2、上部螺母，3、上部端板，4、下部螺杆，5、下部承板，6、负载传递块，7、试件，8、上部承板，9、下部螺母，10、下部端板。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
35.如图1～2所示，其中，图1为拉力试验布置情况，图2为压力试验布置情况，上部夹持部件的上部端板3与压力机和上部螺杆1连接，上部承板8将试件7的一端夹持于上部承板8的槽口处，通过上部螺杆1将上部端板3与上部承板8相连，并通过上部螺母2将上部端板3紧固在上部螺杆1上，然后采用加载机将荷载直接对上部端板3施加压力，下部夹持部件的下部端板10连接压力机和下部螺杆4，下部承板5将试件7的另一端夹持在下部承板5的槽口处，通过下部螺杆4将下部端板10与下部承板5相连，并通过下部螺母9将下部端板10紧固在下部螺杆4上，然后将加载机的荷载直接作用于下部端板10。
36.如图3所示，上部夹持部件包括上部端板3、上部承板8、上部螺杆1、负载传递块6和上部螺母2，下部夹持部件包括下部端板10、下部承板5、下部螺杆4、负载传递块6和下部螺母9，上部端板3、下部端板10、上部承板8、下部承板5、负载传递块6、上部螺杆1、下部螺杆4、上部螺母2和下部螺母9的材料均采用316不锈钢材料。
37.上部端板3和下部端板10连接压力机，用以承受压力机加载头的荷载，上部端板3和下部端板10两端分别设有螺孔，螺孔的直径为27mm，中部设有与压力机加载头相匹配的刻槽。
38.上部承板8和下部承板5用以固定试件7的端部，上部承板8和下部承板5均由上下设置的两块卡板组成，每块卡板包括一侧挖除半圆的夹持部、与夹持部一端的上侧连接的支撑部以及与夹持部另一端的下侧连接的支撑部，两块卡板相对设置，形成用以与试件7贴合的槽口，槽口用以夹持试件7的一端，槽口与试件7贴合，以保证受力均匀，试件7包括哑铃型试件、狗骨头型试件和板状试件。
39.上部承板8和上部端板3通过上部螺杆1连接，下部承板5和下部端板10通过下部螺杆4连接。
40.上部螺杆1的两端分别通过上部端板3上的螺孔与上部承板8的方形孔进行组装，下部螺杆4的两端分别通过下部端板10上的螺孔与下部承板5的方形孔进行组装，负载传递块6设置在上部螺杆1和下部螺杆4上，用以将力传递至试件7。
41.上部螺母2用以连接上部螺杆1与上部端板3，下部螺母9用以连接下部螺杆4与下部端板10。
42.如图4～5所示，上部端板3和下部端板10中心分别设有刻槽，通过中心的刻槽定位与压力机的位置，以保证试验时竖向力作用下不会产生偏心。
43.如图6所示，上部螺母2将上部螺杆1固定在上部端板3上，下部螺母9将下部螺杆4固定在下部端板10上。
44.如图7所示，下部螺杆4和负载传递块6用以连接下部端板10和下部承板5并传递荷载，下部螺杆4的直径为25mm，总长度为280mm，下部螺杆4的螺纹部长度为100mm，负载传递
块6离上部螺杆1或者下部螺杆4端部的距离为60mm，负载传递块6的长度为50mm，宽度为25mm，高度为27mm。
45.如图8～9所示，上部承板8和下部承板5用以固定试件7的位置，其中，试件7包括哑铃型试件、板状试件，圆柱状试件和狗骨头状试件，试件的尺寸可以自行调整，试件的材料性质包括混凝土和石材等脆性材料。
46.本发明在测试石材的抗拉强度和抗压强度时，操作极为方便，并且测试的数值准确性高，夹具装置也易于安装与拆卸，而且由于夹具本身与试件较为契合，能够减少在拉伸过程中石材局部出现应力集中的现象，其次，此装置方便安装，通过对端板加压，并通过调整负载传递块6的方向可以在试验过程中对同一试件进行拉力和压力测试。
47.例如，进行花岗岩石材和陶瓷材料的抗拉试验，本发明通过上部螺杆1将上部端板3和上部承板8相连接，上部承板8将花岗岩试件和陶瓷试件的一端夹于槽口处，然后用加载机施加荷载直接对上部端板3施加压力，而花岗岩试件和陶瓷试件的另一端用相同方式夹持在下部承板5的槽口处，试验数据通过压力机输出，对应的应力-应变曲线分别如图10和图11所示，花岗岩试件和陶瓷试件拉伸峰值强度及弹性模量分别如表1和表2所示：
48.表1花岗岩试件抗拉试验峰值强度及弹性模量表
[0049][0050][0051]
表2陶瓷试件抗拉试验峰值强度及弹性模量表
[0052][0053]
由表1、表2、图10和图11的试验结果可以看出本发明可获取材料的应力-应变曲线，两组抗拉强度标准差和强度之比的百分率分别为6.0％和3.3％，表明此装置测得试验结果的离散程度较小，准确性高。
[0054]
本发明能够避免以往在拉伸试验中试件会出现受力不均的情况，在拉伸过程中，夹具与试件的接触面均匀受力，避免了局部出现应力集中，导致石材出现局部先破坏的现象，除此以外，在卸载时旋转负载传递块，可以在拉力和压力试验相互转化，本装置相比于其他装置的安装更为简单方便，无需通过液压装置即可固定，仅需压力设备即可满足对脆性材料的拉力和压力试验，并可以通过调整负载传递块的方向即可在试验过程中比较同一试件在拉伸和压缩荷载下的参数。
[0055]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。