专利名称：用于电子万能试验机的压杆稳定实验装置及压杆失稳试样的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压杆失稳试验设备，尤其涉及一种用来测量各种材料多种不同约束压杆临界载荷的压杆稳定实验装置及与之相配套的压杆失稳试样。
背景技术：
绝大多数工科高等院校和研究单位都使用电子万能试验机，通常利用该电子万能试验机对各种材料的拉伸、压缩、弯曲、剪切等力学性能进行试验，从而可以精确地测量力和位移，但在该电子万能试验机上进行压杆稳定实验时，尤其是进行多种不同约束的压杆稳定实验时，往往需要配置专用的测量仪器，目前，还没有与电子万能试验机匹配的压杆稳定实验测量仪器及与之相配套的压杆失稳试样。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种成本低廉、操作简单、应用广泛的用于电子万能试验机的压杆稳定实验装置及压杆失稳试样。
为了解决上述技术问题，本发明用于电子万能试验机的压杆稳定实验装置予以实现的技术方案是由上、中、下约束单元构成，所述上约束单示由自上而下依次连接的防转法兰、上压头部件和第一活动夹具组成；所述中约束单元由固定在底座支承板上的第二活动夹具、第一读数尺和夹具调整机构组成，所述第二活动夹具的止口为点接触；所述下约束单元包括分别固定在位于底座上的移动座架上的压杆支承部件、第二读数尺和第三活动夹具组成，所述第三夹具由分布在左右两端的左、右旋螺栓和与之配合的钳口块组成；上述上、中、下三个约束单元的基准中心在同一条垂直线上。
本发明用于电子万能试验机的压杆稳定实验装置，其中，所述上约束单元的防转法兰通过力传感器与电子万能试验机的法兰盘连接；所述下约束单元的固定底座板与电子万能试验机的底座连接。所述固定底座板的底面设置有定位台和防转定位块。所述上压头部件由位于上压头下方与T型槽配合的上自由端压盘组成，所述压杆支承部件由位于移动座架内的压杆支承轴和第三活动夹具组成。所述上压头部件由位于上压头下方T型槽中的V型压块组成，所述压杆支承部件由位于移动座架内的压杆下铰支V型块组成。所述上压头部件由位于上压头下方T型槽中的V型压块和第一活动夹具组成，所述压杆支承部件由位于移动座架内的压杆支承轴和第三活动夹具组成。所述第一读数尺为垂直方向，所述第二读数尺为水平方向。所述第一、第二和第三活动夹具分别设置有夹紧手柄。
本发明中针对运用于上述电子万能试验机的压杆稳定实验装置中的压杆失稳试样的技术方案为压杆的一端为固支结构，压杆的另一端为固支结构、或刀刃铰支结构、或轴承铰支结构、或轴承自由结构。
本发明中针对运用于上述电子万能试验机的压杆稳定实验装置中的压杆失稳试样的另一种技术方案为压杆的两端分别为刀刃铰支结构。
本发明中针对运用于上述电子万能试验机的压杆稳定实验装置中的压杆失稳试样的又一种技术方案为压杆的两端分别为轴承铰支结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是(1)本发明结构设计巧妙、附件灵活多变、操作简单安全，通过选择不同的约束装置与对应结构的压杆配合，可准确测量各种材料多种不同约束压杆临界载荷，可实现数十种实验内容，这些实验构成了材料力学压杆失稳实验课的主要内容。而且对于多种不同约束的压杆失稳试样可反复测试比较，通过试验利于学生理解和掌握压杆稳定理论系列基本概念。
(2)压杆力值、弯曲挠度由计算机数字显示，读数精确，并可定量、实时画出力值和挠度连续变化曲线，为了解压杆承载及失稳提供了直观的试验条件。
(3)由于本发明的实验装置不需增加额外的测量仪器，可以直接应用现有的电子万能试验机原有的配置。因此，研制费用较低，利于推广应用。
图1-1是本发明用于电子万能试验机的压杆稳定实验装置的结构示意图；图1-2是图1-1中A向视图；图1-3是图1-1中B向视图；图2-1是本发明中上约束单元实施例一的结构示意图；图2-2是本发明中下约束单元实施例二的结构示意图；图2-3是本发明中下约束单元实施例三的结构示意图；图3-1是本发明中采用两端为固支的压杆失稳试样的两视图；图3-2是本发明中采用两端为刀刃铰支的压杆失稳试样的两视图；图3-3是本发明中采用两端为轴承铰支的压杆失稳试样的两视图；图3-4是本发明中采用一端为刀刃铰支，另一端为固支的压杆失稳试样的两视图；图3-5是本发明中采用一端为轴承铰支或为轴承自由端，另一端为固支压杆失稳试样的两视图。
下面是本发明说明书附图中主要附图标记的说明100——上约束单元200——中约束单元300——下约束单元01——底板 02-活动横梁 03-光电编码器
04-滚珠丝杠 05-法兰盘 06-力传感器07-微机控制及处理系统1-固定底座板 2-夹紧螺钉3-第二读数尺4-移动座架5-压杆支承轴6-压杆下固定左右活动夹 7、11、14-夹紧手柄8-底座支承板 9-第一读数尺 10-活动夹板12-压杆 13-活动夹板 15-V型压块16-上压头 17-防转法兰 18-压杆上自由端装置18-1-上自由端压盘 18-2-压杆轴承自由端 19-压杆下固支装置19-1-压杆下固支端 19-2-压杆支承轴 20-压杆下铰支装置20-1-压杆铰支端 20-2-压杆下铰支V型压块具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
如图1-1、图1-2和图1-3，本发明用于电子万能试验机的压杆稳定实验装置由上约束单元100、中约束单元200和下约束单元300构成，所述上约束单元100由自上而下依次连接的防转法兰17、上压头部件和第一活动夹具组成；所述防转法兰17通过力传感器与电子万能试验机的法兰盘05连接；所述中约束单元200由固定在底座支承板8上的第二活动夹具、第一读数尺9和夹具调整机构组成，所述第一读数尺为垂直方向，所述第二活动夹具的止口为点接触；所述夹具调整机构与第二活动夹具装配一体由后面的螺栓放入底座支承板8上面的开口槽中，并采用螺栓夹紧定位。所述下约束单元300包括分别固定在位于固定底座板1上的移动座架4(由底板、前后立板、左右立板构成)上的压杆支承部件、第二读数尺3和第三活动夹具组成，所述第三夹具由分布在左右两端的左、右旋螺栓和与之配合的钳口块组成，所述固定底座板1与电子万能试验机的底座01连接，所述固定底座板1的底面设置有定位台101和防转定位块102，如图1-3所示，所述定位台101与电子万能试验机底座01上的基准定位孔配合，利用防转定位块102来保证固定底座板1上第三活动夹具止口的位置不发生偏转，所述第二读数尺3为水平方向，第二读数尺3的零位线与第三活动夹具的止口零位线对中，上述上约束单元100、中约束单元200和下约束单元300的基准中心在同一条垂直线上。所述第一、第二和第三活动夹具分别设置有夹紧手柄，所述每个夹紧手柄通过调节活动夹具上的活动夹板13、10或6，可对压杆的约束位置松开或夹紧，14、11夹紧手柄采用螺栓顶丝结构，7夹紧手柄采用与其相连的压杆支承轴为左右镙旋丝杠结构。
与本发明压杆稳定实验装置配套使用的多种不同约束的压杆失稳试样，可以使其接近力学上的理想铰支、固支和自由状态。按约束方式不同，每个压杆试样端部结构的至少可以有如图3-1至图3-5所示的5种类型。即有压杆的一端为固支19-1，其另一端为固支20-1、或刀刃铰支20-1、或轴承铰支18-2、或轴承自由端18-2；还有压杆的两端分别为刀刃铰支20-1；或压杆的两端分别为轴承铰支18-2等。压杆失稳试样可以用65Mn或60Si2Mn弹簧钢制成板型细长杆，截面为矩形。
根据实验中所采用压杆试样的结构不同，所述上约束单元100中的上压头部件和所述下约束单元300中的压杆支承部件的选用与对应试样相互配合结构的组成，例如当压杆试样采用如图3-5所示，其一端为轴承自由端，另一端为固支结构时，所述上约束单元100中的上压头部件由位于上压头16下方与T型槽配合连接的上自由端压盘18-1组成，如图2-1所示；所述下约束单元300中的压杆支承部件由位于移动座架4内的压杆支承轴19-2、压杆下固定左右活动夹板6和夹紧手柄7组成，如图2-2所示。又如当压杆试样采用如图3-2所示，即压杆两端均为刀刃铰支结构时，所述上约束单元100中的上压头部件由由位于上压头下方T型槽中的V型压块15组成，如图1-1中所示；所述下约束单元300中的压杆支承部件由位于移动座架4内的压杆下铰支V型块20-2组成，如图2-3所示。再如当压杆试样采用如图3-4所示，其一端为刀刃铰支，另一端为固支结构时，所述上约束单元100中的上压头部件由位于上压头下方T型槽中的V型压块15组成，如图1-1中所示；所述下约束单元300中的压杆支承部件由位于移动座架4内的压杆支承轴19-2、压杆下固定左右活动夹板6和夹紧手柄7组成，如图2-2所示。以此类推，根据不同压杆试样两端部不同的结构，及通过移动下约束单元300中的移动座架4和调整中约束单元200中第二活动夹具止口的偏心位置，使用本发明压杆稳定实验装置可以进行压杆纵向同心约束或偏心约束和对压杆中间或不在中间任何位置上约束的压杆失稳实验。
若利用本发明压杆稳定实验装置进行压杆偏心约束的失稳实验，可以通过移动下约束单元300中的移动座架4使第三活动夹具的止口偏移，具体的偏移量可通过第二读数尺与第三活动夹具止口零位线来控制，中约束单元上的第二活动夹具止口的位置可以通过夹紧手柄11来控制。另外，在实验过程中，根据需要还可以调整中约束单元200中第二活动夹具止口的上下位置，上或下偏移的具体位置可以通过第二活动夹具的高度零位线与第一读数尺上的刻度对齐，通过夹具调整机构在底座支承板8上面开口槽中的上、下移动来控制。
如图1-1所示，为了对上述多种不同约束的压杆失稳试样进行实验，若用本发明压杆稳定实验装置对两端均是轴承铰支约束的压杆失稳试样进行实验时，所述上压头部件由位于上压头16下方T型槽中的V型压块15组成，所述压杆支承部件由位于移动座架4内的压杆下铰支V型块20-2组成。若用本发明压杆稳定实验装置对两端均是固支约束的压杆失稳试样进行实验时，所述上压头部件由位于上压头16下方T型槽中的V型压块15、压杆上固定左右活动夹板13和夹紧手柄14组成，所述下约束单元300中的压杆支承部件由位于移动座架4内的压杆支承轴19-2，压杆下固定左右活动夹板6和夹紧手柄7组成。对于不同约束方式的实验可通过改变约束形式和约束位置来完成。对压杆加力、卸力靠活动横梁02下降或上升来实现。
本发明压杆稳定实验装置的最佳实施方式参照图1-1实施。首先，将压杆稳定实验装置上约束单元100中的上压头16，防止上压头16旋转的防转法兰17与电子万能实验机的力传感器06连接，将与力传感器06连接的法兰盘05再与实验机的活动横梁02的基准定位孔连接，上述各部件的位置关系为同轴关系。作为压杆12上固定的第一活动夹具的左右活动夹板13与上压头16装配，夹紧手柄14与活动夹具右侧的活动夹板13连接，位于压杆12上端的铰支V型压块15与上压头16的T型槽装配，为了保证第一活动夹具可以可靠地装夹厚度不同的压杆，在左侧活动夹板13上设置有水平位置调整槽，通过槽中的螺钉将左侧的活动夹板13紧固住，如图1-2所示。
然后，将中约束单元200由中间约束底座支承板8与电子万能试验机的底座板01连接，第一读数尺9固定在位于底座支承板8左侧的前面上，可任意移动压杆12上的中间约束，第二活动夹具后面的定位螺栓放入底座支承板8上面的开口槽中，并将螺栓夹紧，即，第二活动夹具是以底座支承板8上面的开口槽为滑道做移动，从而可实现对压杆12中间或不在中间任何位置上进行约束。第二活动夹具上的夹紧手柄11与第二活动夹具右侧的活动夹板10连接。
最后，调整压杆12的下约束，下约束单元300由固定底座板1与电子万能试验机底座板01中心定位孔配合连接后同轴，夹紧螺钉2与固定底座板1前面的螺孔连接，第二读数尺3固定在固定底座板1前上凸板上表面的中心位置，即第二读数尺的零位线与第三活动夹具的止口零位对齐。移动座架4与固定底座板1的凹面配合，并可左右移动，移动座架4与固定底座板1由夹紧螺钉2夹紧配合，压杆支承轴5为左、右螺旋丝杠与移动座架4(由底板、前后立板、左右立板构成)的左右立板中心孔装配，压杆下固定左右活动夹板6与压杆支承轴5的左、右螺旋丝杠装配，夹紧手柄7与压杆支承轴5右侧伸出轴装配，压杆下铰支V型压块20-2放入移动座架4的前后立板和第三活动夹具的左右夹板6上配合并由夹紧手柄7夹紧。通过选择不同约束装置和移动可移动座架4，压杆可实现下面下固支、下铰支、纵向同心和偏心约束的失稳实验。
实施例下面结合具体实施例详细说明利用本发明压杆稳定实验装置进行压杆失稳实验的工作过程。
实施条件采用两端固支压杆失稳试样，夹具对试样中间约束、两端固支约束且同心。
其实施方式是如图1-1所示，移动下面移动座架4使其中心线与固定底座板1上面的第二读数尺3的零点对齐，紧夹紧螺钉2使固定底座板1与移动座架4夹紧配合。将两端固支压杆失稳试样12的下面沿板中心开口槽放入支承轴5上，压杆12上面刀刃与上铰支V型压块15压合不受力(试样上面刀刃与上铰支V型压块压合后可自动调整压杆轴线与压力同轴度，试样下面开口圆槽与支承撑轴是球面配合即可自动找正上、下端面平行)，紧夹紧手柄7，使压杆下固定左右活动夹板6与压杆12下面试样夹紧形成固支，推动压杆上固定左右活动夹板13的左侧夹板与试样上左侧面靠紧，再由沉头螺钉将左侧夹板固定紧如图1-2所示，紧夹紧手柄14推动第一活动夹具右侧的活动夹板13与压杆12上面试样夹紧形成固支。移动压杆中间第二活动夹具，使其左侧中心线对准第一读数尺9上的零点，再将第二活动夹具左侧夹板10与试样靠紧，由螺栓将第二活动夹具与底座支承板8固定紧，紧夹紧手柄11推动第二活动夹具右侧的活动夹板10将试样夹紧。
根据上述过程即可安装压杆试样，对于不同约束方式的实验可通过改变约束形式和约束位置来完成。对压杆加力、卸力靠活动横梁下降和上升来实现。
经过上述过程对试样加力后，应用电子万能试验机原有安装在活动横梁02下部的力传感器06感受压杆12受压载荷并转换成电信号送入微机控制及处理系统07，由计算机数字显示载荷并自动绘图打印。与此同时，应用电子万能试验机原有测量活动横梁02位移的高性能光电编码器03作为位置反馈元件感受压杆12的垂直位移，它是由滚珠丝杠04带动脉冲发生器发出与活动横梁02位移成正比的电信号送入微机控制及处理系统07，由计算机数字显示横梁位移(横梁位移等价于压杆弯曲挠度)并自动绘图打印，从而测试出加载后试样的受力情况及弯曲挠度。
综上所述，压杆稳定实验装置安装于电子万能试验机后，形成了一台现代化的电子式压杆失稳试验机。它可准确测量各种材料多种不同约束的压杆临界载荷，压杆力值、弯曲挠度由计算机数字显示，并可定量、实时画出力值和挠度连续变化曲线，是高等院校、大、中专学校上压杆失稳实验课理想使用的实验装置。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
权利要求
1.一种用于电子万能试验机的压杆稳定实验装置由上、中、下约束单元构成，其特征在于，所述上约束单元由自上而下依次连接的防转法兰、上压头部件和第一活动夹具组成；所述中约束单元由分别固定在底座支承板上的第二活动夹具、第一读数尺和夹具调整机构组成，所述第二活动夹具的止口为点接触；所述下约束单元包括分别固定在位于底座上的移动座架上的压杆支承部件、第二读数尺和第三活动夹具组成，所述第三夹具由分布在左右两端的左、右旋螺栓和与之配合的钳口块组成；上述上、中、下三个约束单元的基准中心在同一条垂直线上。
2.根据权利要求1所述用于电子万能试验机的压杆稳定实验装置，其中，所述上约束单元的防转法兰通过力传感器与电子万能试验机的法兰盘连接。
3.根据权利要求1所述用于电子万能试验机的压杆稳定实验装置，其中，所述下约束单元的固定底座板的底面设置有定位台和防转定位块，所述定位台与电子万能试验机底座上的基准定位孔配合。
4.根据权利要求1所述用于电子万能试验机的压杆稳定实验装置，其中，所述上压头部件由位于上压头下方与T型槽配合的上自由端压盘组成，所述压杆支承部件由位于移动座架内的压杆支承轴和第三活动夹具组成。
5.根据权利要求1所述用于电子万能试验机的压杆稳定实验装置，其中，所述上压头部件由位于上压头下方T型槽中的V型压块组成，所述压杆支承部件由位于移动座架内的压杆下铰支V型块组成。
6.根据权力要求1所述用于电子万能试验机的压杆稳定实验装置，其中，所述上压头部件由位于上压头下方T型槽中的V型压块和第一活动夹具组成，所述压杆支承部件由位于移动座架内的压杆支承轴和第三活动夹具组成。
7.根据权利要求1所述用于电子万能试验机的压杆稳定实验装置，其中，所述第一读数尺为垂直方向，所述第二读数尺为水平方向。
8.根据权利要求1所述用于电子万能试验机的压杆稳定实验装置，其中，所述第一、第二和第三活动夹具分别设置有夹紧手柄。
9.一种压杆失稳试样，其特征在于，压杆的一端为固支结构，压杆的另一端为固支结构、或刀刃铰支结构、或轴承铰支结构、或轴承自由结构。
10.一种压杆失稳试样，其特征在于，压杆的两端分别为刀刃铰支结构；或压杆的两端分别为轴承铰支结构。
全文摘要
本发明公开了一种成本低廉、操作简单、应用广泛的用于电子万能试验机的压杆稳定实验装置，由上、中、下约束单元构成，所述上约束单元由自上而下依次连接的防转法兰、上压头部件和第一活动夹具组成；所述中约束单元由固定在底座支承板上的第二活动夹具、第一读数尺和夹具调整机构组成，所述第二活动夹具的止口为点接触；所述下约束单元包括分别固定在位于底座上的移动座架上的压杆支承部件、第二读数尺和第三活动夹具组成，所述第三夹具由分布在左右两端的左、右旋螺栓和与之配合的钳口块组成；上述上、中、下约束单元的基准中心在同一条垂直线上。本发明中还提供了针对运用于上述电子万能试验机的压杆稳定实验装置的多种不同结构的压杆失稳试样。
文档编号G01N3/00GK1865903SQ20061001391
公开日2006年11月22日 申请日期2006年5月29日 优先权日2006年5月29日
发明者徐家福, 王忠保, 富东慧, 侯振德 申请人:天津大学