一種用于復(fù)合材料參數(shù)識(shí)別的多功能剪切試驗(yàn)夾具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及剪切試驗(yàn)夾具領(lǐng)域，尤其是一種用于復(fù)合材料參數(shù)識(shí)別的用于復(fù)合材料參數(shù)識(shí)別的多功能剪切試驗(yàn)夾具。
【背景技術(shù)】
[0002]—般，若想實(shí)現(xiàn)試件面內(nèi)的純彎曲或純剪切變形，往往通過固定試件一端，在試件另一端施加豎直向下的載荷。美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(即ASTM)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用約西佩斯庫(SP1 S i P e S CU)夾具做板材(如:金屬、復(fù)合材料、塑料等)的剪切試驗(yàn)。ASTM標(biāo)準(zhǔn)中給出的V-開槽梁剪切夾具原理，標(biāo)準(zhǔn)中1s ipescu夾具由基座、左夾持模塊、右夾持模塊三部分組成，左夾持模塊固定在基座上，試驗(yàn)過程中右夾持模塊沿固定在基座上的導(dǎo)軌豎直向下運(yùn)動(dòng)。試驗(yàn)中通過調(diào)整壓緊塊的位置來完成試件的夾緊和松開。
[0003]另外也有些學(xué)者對(duì)ASTM標(biāo)準(zhǔn)中的夾具進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的夾具增加了防止試件在加載過程中發(fā)生離面位移的約束，保證試件變形滿足平面應(yīng)力條件，同時(shí)將導(dǎo)軌增加至兩條并在導(dǎo)軌下部安裝了彈簧。
[0004]為保證夾具在試驗(yàn)過程中不發(fā)生變形或僅發(fā)生微小變形，常使用具有較高強(qiáng)度和屈服極限的鋼材或金屬合金作為夾具的制作材料，高強(qiáng)度金屬材料往往具有較大的密度，這使1sipescu夾具笨重且不便于拆卸。為保證加載過程中右端部分豎直向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)導(dǎo)軌的加工和安裝配合要求較高。在做剛度較大材料的剪切試驗(yàn)時(shí)，在載荷作用下試件在水平方向有伸縮變形，因此右側(cè)導(dǎo)軌會(huì)受到水平力的左右，并且隨著載荷增大該力會(huì)迅速增大，導(dǎo)軌會(huì)發(fā)生變形，導(dǎo)軌發(fā)生變形后與右夾持模塊發(fā)生摩擦，使導(dǎo)軌表面變得不光滑，長(zhǎng)期使用會(huì)降低導(dǎo)軌定位精度和載荷測(cè)量結(jié)果的精度。在使用1sipescu夾具做板材(尤其是剛度小的塑料、復(fù)合材料)等材料的剪切試驗(yàn)時(shí)，夾具右側(cè)夾持部分的重力作用足以使試件在試驗(yàn)機(jī)開始加載前，發(fā)生不容忽視的變形，這將影響實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果準(zhǔn)確度。另外，目前該夾具僅能用于材料的純剪切試驗(yàn)，不能用于研究材料在拉-剪、壓-剪組合載荷條件下試件的變形行為研究。
[0005]在力學(xué)反問題研究中，通過加載條件、載荷條件與變形信息來反演表征材料的力學(xué)參數(shù)。變形信息往往由數(shù)字圖像相關(guān)方法(Digital image correlat1n，即:DIC)、網(wǎng)格法等非接觸光測(cè)力學(xué)方法獲得，在試驗(yàn)場(chǎng)測(cè)量得到變形場(chǎng)的基礎(chǔ)上，通過使用虛擬位移場(chǎng)方法(Virtual field method，即VFM)、有限元更新法、平衡本構(gòu)間隙法等反演識(shí)別方法可提取得到材料的力學(xué)參數(shù)。若想通過單次試驗(yàn)準(zhǔn)確得到材料的多個(gè)力學(xué)參數(shù)，需要材料在載荷作用下產(chǎn)生一個(gè)非均勻變形場(chǎng)。使用1sipescu夾具加載能夠得到合適的非均勻，對(duì)于各向同性材料而言，使用1sipescu夾具進(jìn)行加載使材料產(chǎn)生面內(nèi)非均勾變形，用VFM等方法即可準(zhǔn)確得到材料的全部力學(xué)參數(shù)。但對(duì)于正交各向同性材料和各向異性材料而言，其材料參數(shù)識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確程度受到材料主方向與載荷方向間夾角的影響。當(dāng)材料主方向與載荷方向垂直時(shí)，往往不能同時(shí)保證所有識(shí)別得到的材料參數(shù)準(zhǔn)確可靠，為解決此問題取樣時(shí)往往要求試樣有一定的纖維角度。按照一定纖維角取樣不僅會(huì)造成材料的浪費(fèi)且很難保證得到理想纖維角度的完好試樣。這也使得該夾具在力學(xué)反問題研究中有很大的局限性。
[0006]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在缺點(diǎn)總結(jié)如下:
[0007]I)結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重不便于操作、拆卸、移動(dòng)且對(duì)導(dǎo)軌的安裝和加工要求高；
[0008]2)使用目前夾具很難獲得準(zhǔn)確的載荷信息；
[0009]3)功能單一、加載模式單一、在力學(xué)反問題領(lǐng)域應(yīng)用有很大的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)單實(shí)用的用于復(fù)合材料參數(shù)識(shí)別的多功能剪切試驗(yàn)夾具，該夾具不需要復(fù)雜笨重的基座、不需要加工安裝彈簧和導(dǎo)軌;較現(xiàn)有的夾具而言具有重量輕、操作簡(jiǎn)單、易于拆卸的優(yōu)點(diǎn)；使用該夾具進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)軌颢@得更加準(zhǔn)確的載荷信息;本發(fā)明的夾具具有純剪切、拉-剪、壓-剪組合三種加載模式，即使是材料纖維角為零度時(shí)也能夠?yàn)椴牧蠀?shù)識(shí)別提供足夠豐富的非均勻變形場(chǎng)信息。
[0011]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:該夾具包括上夾具體和下夾具體；所述的上夾具體與試驗(yàn)機(jī)的加載部分連接，下夾具體與試驗(yàn)機(jī)云臺(tái)連接;所述的上夾具體和下夾具體結(jié)構(gòu)相同且成中心對(duì)稱結(jié)構(gòu);所述的上、下夾具體均包括連接件、夾持件、夾緊機(jī)構(gòu);所述的連接件連接試驗(yàn)機(jī)和夾持件;所述的夾持件分為上下兩部分，上部分與連接件連接，且設(shè)置有限定角度機(jī)構(gòu)，下部分和夾緊機(jī)構(gòu)共同用于夾持測(cè)試件;所述的夾緊機(jī)構(gòu)包括調(diào)節(jié)件和壓緊件，壓緊件通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接于夾持件，夾持件上設(shè)置有限定機(jī)構(gòu)，用于限定壓緊件的位置，使其沿設(shè)定軌跡運(yùn)動(dòng)；壓緊件與夾持件的接觸面為斜面，且傾斜角度相同。
[0012]作為優(yōu)選，所述的連接件的上部分為連接軸，上面設(shè)置有孔，套接在試驗(yàn)機(jī)的加載部分或云臺(tái)上，并通過鎖定銷鎖定。
[0013]作為優(yōu)選，所述的連接件上還設(shè)置有鎖緊機(jī)構(gòu)，用于鎖緊連接件，防止連接件出現(xiàn)晃動(dòng)。
[0014]作為優(yōu)選，所述的鎖緊機(jī)構(gòu)為鎖緊環(huán)，通過螺紋連接在連接軸下部的凸臺(tái)上。
[0015]作為優(yōu)選，所述的連接件下部分為開叉結(jié)構(gòu)，開叉部分平行且上面設(shè)定有若干角度限定孔，最優(yōu)為兩個(gè)限定孔，孔中心連線與連接軸中心平行。
[0016]作為優(yōu)選，所述的夾持件上部的有若干組角度定位孔，每組定位孔位置與限定孔相對(duì)應(yīng)，通過連接銷將連接件與夾持件連接。
[0017]作為優(yōu)選，所述的定位孔有三組，每組孔中線連線之間的夾角相同；當(dāng)連接件連接中間一組定位孔時(shí)，夾持件的底邊成水平;夾持件上部為圓弧形，圓弧與三組定位孔中心所在圓同心。
[0018]作為優(yōu)選，所述的夾持件上，壓緊件的限定機(jī)構(gòu)為限定槽或限定凸起；當(dāng)所述的限定機(jī)構(gòu)為限定槽時(shí)，壓緊件可在限定槽內(nèi)滑動(dòng)，當(dāng)限定機(jī)構(gòu)為限定凸起時(shí)，壓緊件與夾持件的接觸面上對(duì)應(yīng)設(shè)置有槽。
[0019]作為優(yōu)選，所述的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為調(diào)節(jié)螺栓，調(diào)節(jié)螺栓穿過夾持件上的孔，連接壓緊件。
[0020]作為優(yōu)選，所述的夾持件底部還設(shè)置有臺(tái)階緊固件，臺(tái)階緊固件通過螺栓連接夾持件，臺(tái)階緊固件上還設(shè)置有螺紋孔，孔內(nèi)安裝有螺栓。
[0021]本發(fā)明的有益效果如下:
[0022]I)本發(fā)明通過連接件直接與試驗(yàn)機(jī)連接起來，不需要加工笨重復(fù)雜的基座、不需要安裝精密加工的導(dǎo)軌來保證載荷沿豎直方向，具有結(jié)構(gòu)緊湊、便于拆卸、易于操作的優(yōu)占.V ，
[0023]2)本發(fā)明通過改變夾具上下部分銷釘安裝位置，實(shí)現(xiàn)穿剪切、壓-剪、拉-剪組合加載，使本發(fā)明具有多功能的特點(diǎn)；將其用于參數(shù)識(shí)別領(lǐng)域不需要加工一定纖維角度的試件也能獲得滿足力學(xué)參數(shù)識(shí)別的變形場(chǎng)，本發(fā)明為力學(xué)參數(shù)識(shí)別帶來了便利；
[0024]3)本發(fā)明通過單個(gè)螺栓固定臺(tái)階緊固件，再通過臺(tái)階緊固件和螺栓來約束試件的離面位移，與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明采用的方法更加的簡(jiǎn)單、實(shí)用。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026I圖2是連接件的機(jī)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是圖2的俯視圖；
[0028]圖4是夾持件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5是壓緊件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖6是圖5的右視圖；
[0031]圖中:1、連接件;2、鎖緊環(huán);3、角度限定孔;4、定位孔;5、夾持件;6、壓緊件;7、調(diào)節(jié)螺栓;8、螺栓;9、臺(tái)階緊固件;10、螺栓。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所得到的所有其它實(shí)施方式，都屬于本發(fā)明所保護(hù)的范圍。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種用于復(fù)合材料參數(shù)識(shí)別的多功能剪切試驗(yàn)夾具，該夾具包括上夾具體和下夾具體;所述的上夾具體與試驗(yàn)機(jī)的加載部分連接，下夾具體與試驗(yàn)機(jī)云臺(tái)連接;所述的上夾具體和下夾具體結(jié)構(gòu)相同且成中心對(duì)稱結(jié)構(gòu);所述的上、下夾具體均包括連接件1、夾持件5、夾緊機(jī)構(gòu);所述的連接件I連接試驗(yàn)機(jī)和夾持件5;所述的夾持件5分為上下兩部分，上部分與連接件I連接，且設(shè)置有限定角度機(jī)構(gòu)，下部分和夾緊機(jī)構(gòu)共同用于夾持測(cè)試件;所述的夾緊機(jī)構(gòu)包括調(diào)節(jié)件和壓緊件6，壓緊件6通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接于夾持件5上，夾持件5上設(shè)置有限定機(jī)構(gòu)，用于限定壓緊件的位置，使其沿設(shè)定軌跡運(yùn)動(dòng);壓緊件與夾持件5的接觸面為斜面，且傾斜角度相同。所述的夾持件5底部還設(shè)置有臺(tái)階緊固件9，臺(tái)階緊固件9