一種用于單軸材料試驗機的雙軸試驗裝置及試驗方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料力學試驗領域，特別是涉及一種能夠在單軸材料試驗機上實現(xiàn)雙 向拉伸和壓縮試驗的雙軸試驗裝置，以及使用該雙軸試驗裝置的試驗方法。
【背景技術】
[0002] 目前，進行單軸拉伸、壓縮測試的材料試驗機是應用最廣泛的材料試驗機，驅動方 式為馬達驅動或液壓驅動。配合不同夾具，這類材料試驗機可進行拉伸、壓縮、彎曲、剪切等 功能。這些試驗都是基于一個方向的單軸加載，無法同時進行橫縱雙向拉伸或雙向壓縮測 試。能夠實現(xiàn)雙向拉伸的試驗機價格較昂貴，比同級別單軸試驗機的價格高一個量級。而雙 向拉伸和雙壓縮測試可以研究材料在雙向應力條件下的力學問題，不是兩個軸向應力的簡 單疊加，因而具有重要意義。
[0003] 目前已經有很多研究嘗試用簡單方法實現(xiàn)雙向加載試驗，但一般只能實現(xiàn)雙向上 的壓縮或拉伸中的一種，同時在精確測量方面也很不完善，不能直接得到準確的應力-應變 關系曲線。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的一個目的是要提供一種能夠利用現(xiàn)有單軸材料試驗機同時實現(xiàn)試驗材 料雙向拉伸和壓縮的試驗裝置。
[0005] 本發(fā)明一個進一步的目的是要提供一種在單軸材料試驗機上實現(xiàn)試驗材料雙向 拉伸和壓縮試驗裝置的試驗方法。
[0006] 特別地，本發(fā)明提供了一種用于單軸材料試驗機的雙向試驗裝置，包括：
[0007] 機架，包括相對設置的兩個側架，兩個所述側架相對一面的兩端分別設置有相對 凸出的三角形端翼；
[0008] 滑塊，有兩個，且分別被兩個所述側架兩端的所述端翼夾持地活動固定在兩個所 述側架之間;所述機架和所述滑塊圍成的空間為試樣安裝空間；
[0009] 測量裝置，包括分別安裝在每個側架和所述滑塊與試樣接觸一端的測量彈簧，以 及檢測所述測量彈簧位移大小的位移傳感器。
[0010]進一步地，所述滑塊為三角形形狀，其通過兩個三角形的側邊分別與相鄰的所述 端翼的側邊接觸，在所述滑塊和所述端翼相互接觸的一面分別設置有沿長度方向延伸的凹 槽，在所述凹槽內放置有被所述端翼和所述滑塊夾持限定在所述凹槽內的滾動軸承副。
[0011] 進一步地，所述機架上設置有限制所述滑塊偏向一側的限位裝置，所述限位裝置 包括分別安裝在所述端翼和所述滑塊上的固定栓，以及連接兩個所述固定栓的拉緊彈簧。
[0012] 進一步地，所述滑塊與所述端翼相互接觸的側面與水平面的夾角分別為45度斜 面。
[0013] 進一步地，在所述測量裝置的外圓周設置有輔助夾持裝置，所述輔助夾持裝置包 括固定環(huán)和活動套，所述固定環(huán)套在所述測量彈簧的外圓周，且通過一端與相鄰的所述側 架或所述滑塊固定，所述活動套為一端封閉的空心管，所述活動套通過開口一端與所述固 定環(huán)的未固定端活動連接，且將所述測量彈簧封閉在內，連接后的所述活動套在所述測量 彈簧的推動下可進行軸向移動，但不能從所述固定環(huán)上脫離。
[0014] 進一步地，所述活動套朝向所述試樣安裝空間的封閉端上設置有便于夾持試樣的 夾具，所述夾具通過螺紋與所述活動套連接，所述活動套上設置有調節(jié)所述夾具相對于所 述活動套位置的微調鎖緊螺母。
[0015] 進一步地，所述測量彈簧一端與所述側架或滑塊固定，另一端與所述活動套固定。
[0016] 進一步地，在所述滑塊與所述試樣安裝空間相對的一側設置有便于拉伸試驗使用 的拉伸軸，在所述側架與所述試樣安裝空間相對的一側設置有便于壓縮試試驗使用的壓縮 凸臺。
[0017] 本發(fā)明還提供一種雙向試驗裝置在單軸材料試驗機上實現(xiàn)雙向測試的試驗方法， 包括如下步驟：
[0018] 步驟101，將試樣安裝在雙向試驗裝置內并固定，再將雙向試驗裝置放置在單軸材 料試驗機的兩個相對的夾持端上進行夾持固定，同時將位移傳感器和單軸材料試驗機的信 號線與計算機控制單元連接；
[0019] 步驟102,通過計算機控制單元向單軸材料試驗機發(fā)出壓縮信號，單軸材料試驗機 根據(jù)接收到的壓縮指令對雙向試驗裝置進行壓縮；
[0020] 步驟103:計算機控制單元在單軸材料試驗機壓縮雙向試驗裝置的過程中，采集單 軸材料試驗機的位移信息和雙向試驗裝置上測量彈簧的位移信息，根據(jù)預先獲知的測量單 元的參數(shù)并按力學方式進行數(shù)據(jù)處理后，即可得到試樣在雙向壓縮時的應力-應變曲線； [0021 ]步驟104，將雙向試驗裝置由單軸材料試驗機上卸下，旋轉90度，更換新的試樣后， 再用單軸材料試驗機的夾持端將兩個滑塊夾持住，利用計算機控制單元向單軸材料試驗機 發(fā)出拉伸信號；
[0022] 步驟105,計算機控制單元采集試樣在拉伸時的測量彈簧的位移信息和單軸材料 試驗機的位移信息，根據(jù)預先獲知的測量單元的參數(shù)并按力學方式進行數(shù)據(jù)處理后，即可 得到試樣在雙向拉伸時的應力-應變曲線。
[0023] 進一步地，所述預先獲知的測量單元的參數(shù)包括測量彈簧的剛度值、試樣的橫向、 縱向長度值和橫截面值。本發(fā)明的雙向試驗裝置具有在單軸材料試驗機上實現(xiàn)雙向拉伸和 雙向壓縮的功能，解決了加載同步和保持試樣對中的問題，同時，雙向試驗裝置在拉伸和壓 縮加載時，可以準確測量試樣的力和位移，因此可以給出材料分析中非常重要的應力-應變 關系曲線。本發(fā)明的功能完備且測量精度高，制作成本也大大低于同類產品，具備很強的應 用前景。
【附圖說明】
[0024] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的雙向試驗裝置的結構示意圖；
[0025] 圖2是圖1所示雙向試驗裝置的拉伸狀態(tài)示意圖；
[0026] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的雙向試驗裝置在單軸材料試驗機上的安裝示意 圖；
[0027] 圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的試驗方法流程示意圖；
[0028] 圖中：卜側架、2-端翼、3-滾動軸承副、4-壓縮凸臺、5-輔助夾持裝置、6-拉緊彈簧、 7-固定栓、8-滑塊、9-拉伸軸、10-微調鎖緊螺母、11-夾具、12-固定環(huán)、13-測量彈簧、14-位 移傳感器、15-試樣、16-活動套、20-單軸材料試驗機、21-夾持端、30-計算機控制單元。
【具體實施方式】
[0029] 如圖1所示，本發(fā)明一個實施例的雙向試驗裝置，包括用于夾持試樣15上下兩個方 向的機架，和用于夾持試樣左右兩個方向的滑塊8,以及測量試樣15四個方向上受力后變形 程度的測量裝置。
[0030] 該機架包括相對設置的兩個側架1，兩個側架1相對一面的兩端分別設置有相對凸 出的直角三角形端翼2;該端翼2通過一直角邊與側架1固定，且兩個端翼2的斜邊相互對應。
[0031] 滑塊8有兩個且分別被兩個側架1兩端的端翼2夾持地活動固定在兩個側架1之間。
[0032] 測量裝置包括分別安裝在兩個側架1和兩個滑塊8朝向試樣安裝空間一側的測量 彈簧13，以及分別檢測各測量彈簧13位移大小的位移傳感器14。
[0033] 在使用時，試樣15被固定在側架1和滑塊8圍成的試樣安裝空間內，試樣15-般采 用形狀對稱的十字形試樣，以使各個方向上受到的力均衡體現(xiàn)。安裝試樣15后的雙向試驗 裝置即可放置在現(xiàn)有的單軸材料試驗機20上進行固定，具體的固定