专利名称：一种用于非金属材料拉伸力学性能测试的拉伸夹具的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量技术中所使用的夹具，更具体地说，本发明涉及一种用于非金属材料拉伸力学性能测试的拉伸夹具。
背景技术：
随着各种非金属材料在航空、航天、能源、电气、化工、交通运输、医学等领域的广泛应用，研究非金属材料的力学性能就显得非常重要。
整个材料力学性能测试在配有常温力学测量系统和自主研制的低温力学测试系统的Reger电子万能试验机上进行，数据通过高精度、高灵敏的仪器连接到计算机上控制采集。拉伸试验夹具则是测量材料的拉伸力学性能的关键部件之一。在试验过程中，试验样品的两端应固定在夹具上，并将夹具与拉伸试验机固定连接，试验机通过夹具拉伸试样，最终获得试样的拉伸强度、弹性模量、延伸率等力学性能。具体测试条件参照标准执行。试样的形状和尺寸通常符合国标或ASTM标准，如图1和图2所示，两端必为哑铃形状，试样有效测试段为中间直线段部位。
目前国内外试验机厂提供的拉伸试验夹具通常采用弹簧自动锁紧式的夹具，其主要通过自锁力和装夹表面的锯齿产生的摩擦力将试样的两个哑铃形端部夹紧，从而与试验机连接进行拉伸试验。
这种夹具的缺点是1)夹具在低温下不易安装、对试样有一定的破坏性；2)当在低温下测量材料的拉伸性能时，由于试样材料在低温环境的特殊性质，在夹具和试样之间会发生打滑现象；且无法实现在密闭的低温环境中装夹等，因而不适用于低温环境的使用；3)该夹具一般结构复杂、体积大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有夹具的缺点，根据标准试样的结构特征提供一种拉伸夹具；本发明的另一目的是提供一种拉伸夹具，该夹具尤其适合于低温环境下试样拉伸力学性能的测试。
为了实现上述目的，本发明提供一种拉伸夹具，用于非金属材料拉伸力学性能测试，该夹具在使用时与哑铃状标准试样的一端部固定连接；该夹具包括一具有上、下表面的板状主体；所述主体内限定了一个从上表面向下表面延伸的凹陷区域，所述凹陷区域具有一位于所述主体侧边上的开口端；所述区域的形状和大小与标准试样的端部基本相同，以便在使用时将标准试样的端部嵌入该区域内。
所述凹陷区域穿透主体的上、下表面，其深度为主体的厚度。该夹具还包括可拆卸地固定于主体上的上盖板和下盖板，所述上、下盖板分别覆盖于所述主体的上表面和下表面。在上、下盖板和标准试样的端部之间分别设置有垫片。
所述凹陷区域穿透所述主体的上表面，该凹陷区域具有一底面，其深度小于主体的厚度。该夹具还包括可拆卸地固定于主体上的上盖板，所述上盖板覆盖于所述主体的上表面。在上盖板和标准试样之间设置有垫片，以及在所述凹陷区域的底面与标准试样的端部之间设置有垫片。
所述垫片的形状和大小与所述标准试样的端部基本相同。在主体上远离所述开口端的主体的端部设有一通孔。
本发明拉伸试验夹具与国内外现使用的夹具相比，其体积为普通夹具的1/10(普通夹具的体积约300cm3)，质量仅是普通夹具的1/16(普通夹具的质量约1Kg)，而且结构简单，装夹方便，在低温下很好地克服了试件打滑的现象，并且在低温环境下能够实现多样品测量，大大节约了成本。本发明的低温拉伸夹具可适用于各种高分子材料、复合材料等非金属材料的力学性能测试，具有较高的应用价值。
图1为国标规定的样品示意图；图2为ASTM规定的样品示意图；图3是本发明的拉伸夹具的一个实施例的三视图，其中(A)为俯视图，(B)为沿A-A线的左视图，(C)为正视图；图4是本发明带盖板的拉伸夹具的一个实施例的三视图，其中(A)为俯视图，(B)为沿A-A线的左视图，(C)为正视图；图5是本发明的拉伸夹具中的垫片的示意图；图6是本发明的拉伸夹具的矩形盖板的示意图；图7是本发明的拉伸夹具的另一个实施例的三视图，其中(A)为俯视图，(B)为沿A-A线的左视图，(C)为正视图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。
在材料力学性能测试中，标准试样的形状一般如图1和图2所示，其中，图1是国标规定的样品，图2是ASTM规定的样品。从图1和图2可看出，标准试样一般为哑铃形状，包括两个端部1和中间直线段部2，其中图1和图2中的虚线所围的试样部分为其中的一个端部1。端部1在靠近直线段部2处有一个渐缩部3，端部1的宽度在渐缩部3逐渐接近直线段部2的宽度。
下面以图1所示的标准试样为例来说明本发明。
本发明的拉伸夹具如图3所示，该夹具由一个板状主体4构成，该主体4具有上表面5和下表面6。在主体4内，凹陷区域7从上表面5向下表面6延伸，该区域7的形状和大小与图1中标准试样的端部1基本相同，以便在使用时将标准试样的端部1嵌入该区域7内。从图3可看出，与图1中的渐缩部3相对应，凹陷区域7也具有一收缩部8，该收缩部8一方面是为了嵌合试样的渐缩部3，另一方面也使得试样在工作时不会从区域7拉出。
如图3所示，凹陷区域7在主体4的一侧边9具有一开口端10，将图1中的标准试样的端部1嵌入到凹陷区域7时，标准试样的直线段部2能够从该开口端10延伸出来。
在一个实施方案中，如图3所示，凹陷区域7是穿透了夹具主体4的上表面5和下表面6的，该区域7的深度也就是为主体4的厚度。
如图4所示，将试样的端部1嵌入到图3所示夹具的凹陷区域7后，为了限制试样沿主体上下方向的运动，使得端部1不至于从凹陷区域7内脱落，最好在主体4的上表面5和下表面6上分别覆盖安装上盖板11和下盖板12。其中，从图4(C)中可看出，上盖板11和下盖板12为L形，L形的一边13沿主体4的侧边延伸，并且与主体4之间通过如螺钉等紧固件14固定连接，如图4(B)所示。
最好，在上、下盖板11、12和标准试样的端部1之间分别设置有垫片15，以便将端部1固定。并且垫片15的厚度可以调整，使得端部1可以在上下方向上位于凹陷区域7的中间位置。垫片15的形状和大小最好与标准试样的端部1基本相同，如图5所示。
此外，如图3所示，在夹具主体4上远离所述开口端10的主体4的端部设有一通孔16，通孔16用于与试验机的万向连接轴固定。
虽然在图4中示出了分离设置的上盖板11和下盖板12，在实际应用中，可采用多种方式布置上盖板11和下盖板12，例如在图6中，上盖板11和下盖板12一体成形为一个矩形筒状，在使用时可将本发明的夹具主体4插入该矩形筒内，这样做的好处是可以省去固定件，并且安装方便。
在另一个实施方案中，如图7所示，凹陷区域7与图3中的形状相同，但是凹陷区域7只穿透了夹具主体4的上表面5，该凹陷区域7具有一底面17，其深度小于主体4的厚度。这样的好处是将试样的端部1嵌入该凹陷区域7后，只需要一个上盖板11(在图7中未示出)来固定试样，而底面17可以实现图4中下盖板12的功能。
以二氧化硅改性环氧树脂基纳米复合材料为例，测试材料的室温与低温(77K)下的拉伸性能。实验机为WD-10A型，由广州试验机厂生产，并于今年由深圳瑞格尔公司改造。将图1所示的哑铃型试样的两端分别嵌入在图3所示的本发明的拉伸夹具的凹陷区域7中，试样正反面加同厚度的弹性垫片(图5)以保证对中，然后如图4所示的上下盖板11、12将试样压紧，在侧面上紧螺丝14。待夹具装好试样后，用销子将其上的通孔16(图3)与试验机的万向连接轴固定。最后放置在密闭低温拉伸实验容器中进行测量。
经试验表明，本发明的拉伸夹具可很好的应用于低温环境77K的拉伸力学测量，在室温和低温下能够准确、可靠、稳定地测量复合材料的拉伸强度、弹性模量、断裂延伸率，夹具本身对试验结果无影响。并且测试结果的准确、可靠，对试样的工作肩处无损伤，断裂部位均在标准规定的标距范围内，变形均匀，表明本夹具夹持部位设计较为合理；同时经多个同样品测试结果显示，数据的重复性较好，可认为夹具本身对测量基本无影响。
权利要求
1.一种拉伸夹具，用于非金属材料拉伸力学性能测试，该夹具在使用时与哑铃状标准试样的一端部固定连接；其特征在于，该夹具包括一具有上、下表面的板状主体；所述主体内限定了一个从上表面向下表面延伸的凹陷区域，所述凹陷区域具有一位于所述主体侧边上的开口端；所述区域的形状和大小与标准试样的端部基本相同，以便在使用时将标准试样的端部嵌入该区域内。
2.根据权利要求1所述的拉伸夹具，其特征在于，所述凹陷区域穿透主体的上、下表面，其深度为主体的厚度。
3.根据权利要求2所述的拉伸夹具，其特征在于，还包括可拆卸地固定于主体上的上盖板和下盖板，所述上、下盖板分别覆盖于所述主体的上表面和下表面。
4.根据权利要求3所述的拉伸夹具，其特征在于，在上、下盖板和标准试样的端部之间分别设置有垫片。
5.根据权利要求1所述的拉伸夹具，其特征在于，所述凹陷区域穿透所述主体的上表面，该凹陷区域具有一底面，其深度小于主体的厚度。
6.根据权利要求5所述的拉伸夹具，其特征在于，还包括可拆卸地固定于主体上的上盖板，所述上盖板覆盖于所述主体的上表面。
7.根据权利要求6所述的拉伸夹具，其特征在于，在上盖板和标准试样之间设置有垫片，以及在所述凹陷区域的底面与标准试样的端部之间设置有垫片。
8.根据权利要求4或7所述的拉伸夹具，其特征在于，所述垫片的形状和大小与所述标准试样的端部基本相同。
9.根据权利要求1所述的拉伸夹具，其特征在于，在主体上远离所述开口端的主体的端部设有一通孔。
全文摘要
本发明公开了一种拉伸夹具，用于非金属材料拉伸力学性能测试，该夹具在使用时与哑铃状标准试样的一端部固定连接。该夹具包括一具有上、下表面的板状主体；主体内限定了一个从上表面向下表面延伸的凹陷区域，凹陷区域具有一位于主体侧边上的开口端；区域的形状和大小与标准试样的端部基本相同，以便在使用时将标准试样的端部嵌入该区域内。本发明的拉伸试验夹具与国内外现使用的夹具相比，体积小重量轻，而且结构简单，装夹方便，在低温下很好地克服了试件打滑的现象，并且在低温环境下能够实现多样品测量，大大节约了成本。本发明的低温拉伸夹具可适用于各种高分子材料、复合材料等非金属材料的力学性能测试，具有较高的应用价值。
文档编号G01N3/04GK1619286SQ20031011337
公开日2005年5月25日 申请日期2003年11月17日 优先权日2003年11月17日
发明者潘勤彦, 付绍云, 赵立中 申请人:中国科学院理化技术研究所