[發(fā)明專利]一種微型二向應(yīng)力加載裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610189078.1
• 申請日: 2016-03-29
• 公開（公告）號: CN105738206A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃惠茹;李曉陽;張偉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微型二向應(yīng)力加載裝置，屬于工程結(jié)構(gòu)力學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于工程結(jié)構(gòu)載荷狀態(tài)日趨復(fù)雜，材料多處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，針對復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下材料性能的研究提出了需求。對于小試樣預(yù)設(shè)已知二向應(yīng)力場，并在此二向應(yīng)力場下進行材料其他性能的測試研究已經(jīng)引起越來越多的關(guān)注。目前商業(yè)化的雙向應(yīng)力加載裝置較少，公開發(fā)表的裝置較多是針對大尺寸試件配合材料試驗機使用，體積較大；另外就加載模式而言，一般為雙向拉伸，或雙向壓縮，顯然無法滿足研究需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有研究需求提供了一種微型二向應(yīng)力加載裝置。裝置通過加載螺桿實現(xiàn)二向應(yīng)力加載；通過力傳感器控制加載載荷的大小；通過選擇不同的夾頭組合可實現(xiàn)單向拉伸、單向壓縮、雙向拉伸、雙向壓縮或一拉一壓五種不同加載模式。

解決其技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：

一種微型二向應(yīng)力加載裝置，該裝置包括底座(1)、拉伸夾頭(2)、壓縮夾頭(5)、拉伸加載螺桿組件(9)、壓縮加載螺釘(8)、蓋板(4)、力傳感器(7)、側(cè)板(6)；試件(3)的表面分別為加載面、檢測面、固定面，試件(3)的固定面設(shè)置在底座(1)上的緊固腔內(nèi)；拉伸加載螺桿組件(9)的一端與拉伸夾頭(2)通過螺紋連接，另一端穿過側(cè)板(6)與加載螺母連接后固定；壓縮加載螺釘(8)穿過與側(cè)板(6)的螺紋孔與壓縮夾頭(5)的背面直接接觸；拉伸加載螺桿組件(9)與側(cè)板(6)之間以及壓縮加載螺釘(8)與側(cè)板(6)之間設(shè)有力傳感器(7)；通過力傳感器(7)控制加載載荷的大小；所述拉伸加載螺桿組件(9)與試件(3)的一側(cè)面相對應(yīng)，壓縮加載螺釘(8)與試件(3)的另一側(cè)面相對應(yīng)。

所述底座(1)上設(shè)有與試件(3)形狀對應(yīng)的工作腔，各工作腔分別與試件(3)的各加載面相對應(yīng)。

試件(3)的檢測面設(shè)置在其頂部中心位置處。

蓋板(4)安裝在底座(1)的頂部。

所述底座(1)的主體采用整體式結(jié)構(gòu)，能夠保證較高的剛度，根據(jù)試件(3)和夾頭尺寸需求直接在底座(1)的基體上加工沉降槽，實現(xiàn)試件(3)和夾頭的定位與約束。

所述拉伸夾頭(2)和壓縮夾頭(5)尺寸相同，拉伸夾頭(2)上加工螺紋孔，壓縮夾頭(5)無螺紋孔，拉伸夾頭(2)和壓縮夾頭(5)的上表面與底座(1)的基體上表面平齊。為提高裝置的通用性，夾頭內(nèi)部形狀根據(jù)試件形狀加工。

側(cè)板(6)的螺紋孔為加載螺釘和加載螺桿共用，拉伸加載螺桿螺紋公稱直徑小于壓縮加載螺釘小徑，保證可穿過側(cè)板上的螺紋孔。

蓋板(4)上設(shè)有外接電阻應(yīng)變計的開窗口。

本發(fā)明體積小，加載模式多樣，可以放置在其他材料性能測試儀器的測量平臺上，實現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)力加載狀態(tài)下的其他材料性能測試，如在納米壓痕儀上進行有應(yīng)力狀態(tài)的壓痕實驗研究，配合顯微鏡進行材料微觀性能研究等。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置正等軸測圖；

圖2為本發(fā)明底座軸測圖；

圖3為本發(fā)明夾頭軸測圖。

圖中，1、底座，2、拉伸夾頭，3、試件，4、蓋板，5、壓縮夾頭，6、側(cè)板，7、力傳感器，8、壓縮加載螺釘，9、拉伸加載螺桿組件。

具體實施方式

如圖1-圖3所示，一種微型二向應(yīng)力加載裝置，底座和兩側(cè)板采用螺紋緊固連接。拉伸夾頭與壓縮夾頭外形尺寸相同，使用時可根據(jù)加載需求選擇不同的夾頭組合，可實現(xiàn)單向拉伸、單向壓縮、雙向拉伸、雙向壓縮或一拉一壓五種不同加載模式，通過傳感器控制雙向加載載荷大小可實現(xiàn)應(yīng)力比范圍-1～1。操作過程如下：

S1試件安裝板狀試件定位和固定方式為：一端靠底座上的凹槽定位固定，另一端通過夾頭定位固定。拉伸加載時，試件需要將夾頭及螺桿拉到最外側(cè)，是與夾頭相對的另一端內(nèi)側(cè)緊靠底座凹槽側(cè)壁；壓縮加載時相反，需要將夾頭向里推，使試件與夾頭相對的另一端外側(cè)緊靠底座凹槽側(cè)壁。雙向加載時，需同時調(diào)整試件兩個方向的位置，使各自滿足上述安裝條件。

S2加載載荷控制力傳感器可直接測量螺釘上的加載載荷，進而控制加載載荷的大小，實現(xiàn)預(yù)定應(yīng)力比。

S3蓋板的使用由于加載螺釘中心線不在試件中心對稱面內(nèi)，導(dǎo)致夾頭收到彎矩作用，會發(fā)成旋轉(zhuǎn)。蓋板的作用為制造垂直方向的約束，限制夾頭發(fā)生旋轉(zhuǎn)，保證試件上收到平行載荷作用，減小試件彎曲變形，在試件厚度方向上制造均勻應(yīng)力場。

S4中心區(qū)域應(yīng)力場大小的測量試件中心區(qū)域的實際應(yīng)力場數(shù)值可以電測法測得。