多功能薄膜三轴拉伸试验机和试验方法
【专利摘要】本发明公开了一种多功能薄膜三轴拉伸试验机，包括水平双轴试验装置和Z轴拉伸试验装置，其中Z轴拉伸试验装置构建于水平双轴试验装置之上，包括第二立柱、框架、第一固定导轨梁、第二固定导轨梁、活动导轨梁、Z轴平台、第一固定板、活动杆、电动缸、第二拉力传感器和第二夹具。本发明还公开了一种薄膜三轴拉伸试验方法，包括多个步骤。本发明的多功能薄膜三轴拉伸试验机和试验方法能够实现多角度拉伸，具有多试验功能，包括单向静态拉伸、低周循环往返拉伸，双向静态拉伸强度、任意双轴应力比低周循环往返拉伸，三维连接件拉伸、任意三轴应力比低周循环往返拉伸，且运行平稳，可用于建筑膜材试验、飞艇蒙皮试验等。
【专利说明】多功能薄膜三轴拉伸试验机和试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种拉伸试验机和试验方法，尤其涉及一种多功能薄膜三轴拉伸试验机和试验方法。
【背景技术】
[0002]高分子复合织物薄膜具有轻质、高强、耐化学、耐久性等优点，广泛应用于现代建筑结构、航空航天等工业领域应用，如建筑膜结构、航空飞艇、航天降落伞或软式着陆系统等。织物薄膜材料具有复杂的力学行为特征，主要表现为材料的非线性、非弹性、各向异性、粘弹性、双向性等。近年来不断有研究者开展膜材双向力学行为的试验和分析研究，并取得了重要的研究进展和成果。然而，在实际工程应用中，除了膜材单双轴的力学性能，膜材连接件的力学性能也是一个非常重要的性能，而膜材连接件的试验和分析研究在国内并不多见，这主要是因为测试膜材连接件，特别是三维薄膜连接件的试验技术和仪器很少。
【发明内容】
[0003]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种操作方便、高效的、多功能的测试膜材连接件，特别是三维薄膜连接件的试验装置和方法。
[0004]为实现上述目的，本发明提供了一种薄膜三轴拉伸试验机，包括水平双轴试验装置和Z轴拉伸试验装置；其中，
[0005]所述水平双轴试验装置包括四个油缸、四个第一拉力传感器、四个第一夹具，还包括导轨、水平台架、四根第一立柱和多根角钢；所述水平台架为正交十字架，所述正交十字架的各端分别与四个所述第一立柱固定相连；四个所述油缸分别固定于所述正交十字架各端，每个所述油缸通过连杆依次与相应的所述第一拉力传感器、所述第一夹具连接；所述导轨设置在所述正交十字架表面，所述第一夹具设置在所述导轨上，且能够沿所述导轨移动；两两所述第一立柱与所述角钢固定相连；
[0006]所述Z轴拉伸试验装置构建于所述水平双轴试验装置之上，包括四根第二立柱、两根框架构件、第一固定导轨梁、第二固定导轨梁、活动导轨梁、Z轴平台、第一固定板、活动杆、电动缸、第二拉力传感器和第二夹具；每根所述第二立柱的底端固定在相应的所述角钢上；所述两根框架构件和所述第二固定导轨梁焊接成一工字形整体，且与所述第二立柱的顶端固定连接，所述第一固定导轨梁平行于所述第二固定导轨，同时与所述框架构件及所述第二立柱的顶端固定连接；以及
[0007]所述活动导轨梁的两端分别与所述第一固定导轨梁和所述第二固定导轨梁连接，且能够沿所述第一固定导轨梁和所述第二固定导轨梁上的导轨移动；所述Z轴平台设置在所述活动导轨梁上，且能够沿所述活动导轨梁移动；所述活动导轨梁两侧设置有所述第一固定板，所述第一固定板通过销杆与所述Z轴平台固定连接，两两相对的所述第一固定板通过螺栓可将所述Z轴平台固定在所述活动导轨梁上；所述电动缸的耳轴设置在所述Z轴平台的轴承中，所述电动缸通过活动杆与所述Z轴平台连接，所述电动缸的活塞杆沿Z轴向下穿过所述Z轴平台及所述活动导轨梁，依次与所述第二拉力传感器和所述第二夹具连接。
[0008]进一步地，每个所述第一立柱高度相等，且每个所述第二立柱高度相等。
[0009]进一步地，所述活动导轨梁的两端分别通过第一节点和第二节点与所述第一固定导轨梁和所述第二固定导轨梁连接。
[0010]进一步地，所述第一节点包括轴承基座、第一连接板、第二固定板和垫块，所述轴承基座的下部通过对应的滑块与所述第一固定导轨梁连接，所述轴承基座上部的轴柱穿过第一连接板上的光孔，所述第一连接板与垫块固定连接，所述垫块与所述活动导轨梁固定连接，所述第一固定导轨梁两侧设置有所述第二固定板，所述第二固定板通过销杆与所述轴承基座连接，所述第二固定板通过螺栓可将所述轴承基座固定在所述第一固定导轨梁上。
[0011]进一步地，所述第二节点包括轴承基座、第二连接板、第三连接板和第二固定板，所述轴承基座的下部通过对应的滑块与所述第二固定导轨梁连接，所述轴承基座上部的轴柱穿过所述第二连接板上的光孔，所述第二连接板与所述第三连接板连接，所述第三连接板通过对应滑块与所述活动导轨梁连接，所述第二固定导轨梁两侧设置有所述第二固定板，所述第二固定板通过销杆与所述轴承基座连接，所述第二固定板通过螺栓可将所述轴承基座固定在所述第二固定导轨梁上。
[0012]进一步地，所述活动导轨梁包括导轨和两根型材，所述两根型材的表面各设置一根所述导轨，利用钢板将所述两根型材焊接成一整体，使所述两根型材相互平行且相互分隔。
[0013]进一步地，所述角钢、所述水平台架、所述第一立柱、所述第二立柱、所述框架、所述第一固定导轨梁、所述第二固定导轨梁和所述活动导轨梁采用不锈钢或表面喷漆的钢材制成。
[0014]进一步地，所述轴承基座、所述第一连接板、所述第二连接板和所述第三连接板采用普通钢材制成，表面经过发黑处理或喷漆。
[0015]本发明还提供了一种薄膜三轴拉伸试验方法，包括以下步骤:
[0016](I)移动所述Z轴平台及所述活动导轨梁，调整所述电动缸至待测三维连接试件要求的位置；
[0017](2)利用螺栓连接所述活动导轨两侧的所述第一固定板，使所述Z轴平台固定不动；利用螺栓连接所述第一固定导轨梁和所述第二固定导轨梁两侧的所述第二固定板，使所述第一节点和所述第二节点固定不动；
[0018](3)改变所述活动杆的工作长度，调整所述电动缸至所述待测三维连接试件要求的角度，然后用螺栓将所述活动杆固定；
[0019](4)将所述三维连接试件中水平面上的四个臂分别与四个所述第一夹具连接，将所述三维连接试件中Z轴上的一个臂与所述第二夹具连接，此时所述油缸和所述电动缸伸出最大长度；
[0020](5)通过三轴控制系统使所述油缸和所述电动缸缩回并拉伸所述待测三维连接试件，实现对所述待测三维连接试件的拉伸加载；
[0021](6)通过所述第一拉力传感器和所述第二拉力传感器反馈的结果得到所述待测三维连接试件的力学性能。
[0022]本发明的多功能薄膜三轴拉伸试验机中，所述Z轴平台能够沿所述活动导轨梁移动，且所述活动导轨梁能够沿所述第一固定导轨梁和所述第二固定导轨梁移动，从而改变所述电动缸的位置；通过增大或缩短所述活动杆的工作长度，从而改变所述电动缸与所述Z轴平台的夹角；所述第一连接板和所述第二连接板能够绕所述轴承基座转动，所述第三连接板能够相对所述活动导轨梁滑动，当分别移动所述第一节点和所述第二节点时，能够实现所述活动导轨梁的平动和转动，从而带动所述电动缸平动和转动。因此本发明的多功能薄膜三轴拉伸试验机和试验方法能够实现多角度拉伸，具有多试验功能，包括单向静态拉伸、低周循环往返拉伸，双向静态拉伸强度、任意双轴应力比低周循环往返拉伸，三维连接件拉伸、任意三轴应力比低周循环往返拉伸，且运行平稳，可用于建筑膜材试验、飞艇蒙皮试验等。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明的一个较佳实施例的Z轴拉伸试验装置正视图；
[0024]图2是本发明的一个较佳实施例的Z轴拉伸试验装置俯视图；
[0025]图3是本发明的一个较佳实施例的Z轴拉伸试验装置的第一节点正视图；
[0026]图4是本发明的一个较佳实施例的Z轴拉伸试验装置的第一节点侧视图；
[0027]图5本发明的一个较佳实施例的Z轴拉伸试验装置的第二节点正视图；
[0028]图6本发明的一个较佳实施例的Z轴拉伸试验装置的第二节点侧视图；
[0029]图7是本发明的一个较佳实施例的Z轴拉伸试验装置轴测图；
[0030]图8是本发明的一个较佳实施例的薄膜三轴拉伸试验机轴测图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明保护范围不限于下述实施例。
[0032]图1?图8是本发明的一个较佳实施例的多功能薄膜三轴拉伸试验机的构型和组成示意图。在本发明的较佳实施例中，如图1?8所示，多功能薄膜三轴拉伸试验机，包括水平双轴试验装置和Z轴拉伸试验装置；其中，
[0033]水平双轴试验装置包括四个油缸19、四个第一拉力传感器20、四个第一夹具23，还包括导轨22、水平台架24、四根第一立柱25和多根角钢18 ;水平台架24为正交十字架，各端分别与四个第一立柱25固定相连；四个油缸19分别固定于正交十字架各端，每个油缸19通过连杆依次与相应的第一拉力传感器20、第一夹具23连接；导轨22设置在正交十字架表面，第一夹具23设置在导轨22上，且能够沿导轨22移动；两两第一立柱25与角钢18固定相连；
[0034]Z轴拉伸试验装置构建于水平双轴试验装置之上，包括四根等高的第二立柱8、两根框架构件9、第一固定导轨梁10、第二固定导轨梁11、活动导轨梁3、Z轴平台2、第一固定板7、活动杆4、电动缸1、第二拉力传感器5和第二夹具6 ;每根第二立柱8的底端固定在相应的角钢18上；两根框架构件9和第二固定导轨梁11焊接成一工字形整体，且与第二立柱8的顶端固定，第一固定导轨梁10平行于第二固定导轨11，且同时与框架9及第二立柱8的顶端固定；以及
[0035]活动导轨梁3的两端分别通过第一节点26和第二节点27与第一固定导轨梁10和第二固定导轨梁11连接，且能够沿第一固定导轨梁10和第二固定导轨梁11上的导轨移动；z轴平台2设置在活动导轨梁3上，且能够沿活动导轨梁3移动；活动导轨梁3的两侧各设置两块第一固定板7，第一固定板7通过销杆与Z轴平台2连接，两两相对的第一固定板7通过螺栓可将Z轴平台2固定在活动导轨梁3上；电动缸I的耳轴设置在Z轴平台2的轴承中，利用螺栓将电动缸I耳环与活动杆4连接，而活动杆4通过螺栓连接Z轴平台2的螺栓孔，电动缸I的活塞杆30沿Z轴向下穿过Z轴平台2及活动导轨梁3，依次与第二拉力传感器5和第二夹具6连接。
[0036]本发明的较佳实施例中，第一节点26包括轴承基座13、第一连接板14、第二固定板12和垫块15，其中，轴承基座13的下部通过对应的滑块与第一固定导轨梁10连接，轴承基座13上部的轴柱穿过第一连接板14上的光孔，第一连接板14与垫块15固定连接，垫块15与活动导轨梁3固定连接，两块第二固定板12分别设置在第一固定导轨梁10的两侧，并通过销杆与轴承基座13连接，第二固定板12通过螺栓可将轴承基座13固定在第一固定导轨梁10上。
[0037]本发明的较佳实施例中，第二节点27包括轴承基座13、第二连接板16、第三连接板17和第二固定板12，其中，轴承基座13的下部通过对应的滑块与第二固定导轨梁11连接，轴承基座13上部的轴柱穿过第二连接板16上的光孔，第二连接板16与第三连接板17连接，第三连接板17通过对应滑块与活动导轨梁3连接，两块第二固定板12分别设置在第二固定导轨梁11的两侧，并通过销杆与轴承基座13连接，第二固定板12通过螺栓可将轴承基座13固定在第二固定导轨梁11上。
[0038]本发明的较佳实施例中，活动导轨梁包括导轨22和两根型材28，两根型材28的表面各设置一根导轨22，利用钢板29将两根型材28焊接成一整体，使两根型材28相互平行且相互分隔。
[0039]本发明的较佳实施例中，角钢18、水平台架24、第一立柱25、第二立柱8、框架9、第一固定导轨梁10、第二固定导轨梁11和活动导轨梁3采用不锈钢或表面喷漆的钢材制成；轴承基座13、第一连接板14、第二连接板16和第三连接板17采用普通钢材制成，表面经过发黑处理或喷漆。
[0040]本发明的较佳实施例还提供了一种薄膜三轴拉伸试验方法，包括以下步骤:
[0041](I)移动Z轴平台2及活动导轨梁3，调整电动缸I至待测三维连接试件要求的位置；
[0042](2)利用螺栓连接所述活动导轨3两侧的所述第一固定板7，使所述Z轴平台2固定不动；利用螺栓连接所述第一固定导轨梁10和所述第二固定导轨梁11两侧的所述第二固定板12，使所述第一节点26和所述第二节点27固定不动；
[0043](3)增大或缩短活动杆4的工作长度，调整电动缸I至待测三维连接试件要求的角度，然后用螺栓将活动杆4固定；
[0044](4)将三维连接试件中水平面上的四个臂分别与四个第一夹具23连接，将三维连接试件中Z轴上的一个臂与第二夹具6连接，此时油缸19和电动缸I伸出最大长度；[0045](5)通过三轴控制系统使油缸19和电动缸I缩回并拉伸待测三维连接试件，实现对待测三维连接试件的拉伸加载；
[0046](6)通过第一拉力传感器20和第二拉力传感器5反馈的结果得到待测三维连接试件的力学性能。
[0047]本发明的较佳实施例的多功能薄膜三轴拉伸试验机中，Z轴平台2能够沿活动导轨梁3移动，且活动导轨梁3能够沿第一固定导轨梁10和第二固定导轨梁11移动，从而改变电动缸I的位置；通过增大或缩短活动杆4的工作长度，从而改变电动缸I与Z轴平台2的夹角；第一连接板14和第二连接板16能够绕轴承基座13转动，第三连接板17能够相对活动导轨梁3滑动，当分别移动第一节点26和第二节点27时，能够实现活动导轨梁3的平动和转动，从而带动电动缸I平动和转动。因此本发明的较佳实施例的多功能薄膜三轴拉伸试验机和试验方法能够实现多角度拉伸，具有多试验功能，包括单向静态拉伸、低周循环往返拉伸，双向静态拉伸强度、任意双轴应力比低周循环往返拉伸，三维连接件拉伸、任意三轴应力比低周循环往返拉伸，且运行平稳，可用于建筑膜材试验、飞艇蒙皮试验等。
[0048]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本【技术领域】中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种薄膜三轴拉伸试验机，其特征在于，包括水平双轴试验装置和Z轴拉伸试验装置；其中， 所述水平双轴试验装置包括四个油缸、四个第一拉力传感器、四个第一夹具，还包括导轨、水平台架、四根第一立柱和多根角钢；所述水平台架为正交十字架，所述正交十字架的各端分别与四个所述第一立柱固定相连；四个所述油缸分别固定于所述正交十字架各端，每个所述油缸通过连杆依次与相应的所述第一拉力传感器、所述第一夹具连接；所述导轨设置在所述正交十字架表面，所述第一夹具设置在所述导轨上，且能够沿所述导轨移动；两两所述第一立柱与所述角钢固定相连； 所述Z轴拉伸试验装置构建于所述水平双轴试验装置之上，包括四根第二立柱、两根框架构件、第一固定导轨梁、第二固定导轨梁、活动导轨梁、Z轴平台、第一固定板、活动杆、电动缸、第二拉力传感器和第二夹具；每根所述第二立柱的底端固定在相应的所述角钢上；所述两根框架构件和所述第二固定导轨梁焊接成一工字形整体，且与所述第二立柱的顶端固定连接，所述第一固定导轨梁平行于所述第二固定导轨，同时与所述框架构件及所述第二立柱的顶端固定连接；以及 所述活动导轨梁的两端分别与所述第一固定导轨梁和所述第二固定导轨梁连接，且能够沿所述第一固定导轨梁和所述第二固定导轨梁上的导轨移动；所述Z轴平台设置在所述活动导轨梁上，且能够沿所述活动导轨梁移动；所述活动导轨梁两侧设置有所述第一固定板，所述第一固定板通过销杆与所述Z轴平台连接；所述电动缸的耳轴设置在所述Z轴平台的轴承中，所述电动缸通过活动杆与所述Z轴平台连接,所述电动缸的活塞杆沿Z轴向下穿过所述Z轴平台及所述活动导轨梁，依次与所述第二拉力传感器和所述第二夹具连接。
2.如权利要求1所述的薄膜三轴拉伸试验机，其特征在于，每个所述第一立柱高度相等，且每个所述第二立柱高度相等。
3.如权利要求1所述的薄膜三轴拉伸试验机，其特征在于，所述活动导轨梁的两端分别通过第一节点和第二节点与所述第一固定导轨梁和所述第二固定导轨梁连接。
4.如权利要求3所述的薄膜三轴拉伸试验机，其特征在于，所述第一节点包括轴承基座、第一连接板、第二固定板和垫块，所述轴承基座的下部通过对应的滑块与所述第一固定导轨梁连接，所述轴承基座上部的轴柱穿过第一连接板上的光孔，所述第一连接板与垫块固定连接，所述垫块与所述活动导轨梁固定连接，所述第一固定导轨梁两侧设置有所述第二固定板，所述第二固定板通过销杆与所述轴承基座连接。
5.如权利要求3所述的薄膜三轴拉伸试验机，其特征在于，所述第二节点包括轴承基座、第二连接板、第三连接板和第二固定板，所述轴承基座的下部通过对应的滑块与所述第二固定导轨梁连接，所述轴承基座上部的轴柱穿过所述第二连接板上的光孔，所述第二连接板与所述第三连接板连接，所述第三连接板通过对应滑块与所述活动导轨梁连接，所述第二固定导轨梁两侧设置有所述第二固定板，所述第二固定板通过销杆与所述轴承基座连接。
6.如权利要求1所述的薄膜三轴拉伸试验机，其特征在于，所述活动导轨梁包括导轨和两根型材，所述两根型材的表面各设置一根所述导轨，利用钢板将所述两根型材焊接成一整体，使所述两根型材相互平行且相互分隔。
7.如权利要求1所述的薄膜三轴拉伸试验机，其特征在于，所述角钢、所述水平台架、所述第一立柱、所述第二立柱、所述框架、所述第一固定导轨梁、所述第二固定导轨梁和所述活动导轨梁采用不锈钢或表面喷漆的钢材制成。
8.如权利要求1所述的薄膜三轴拉伸试验机，其特征在于，所述轴承基座、所述第一连接板、所述第二连接板和所述第三连接板采用普通钢材制成，表面经过发黑处理或喷漆。
9.一种应用如权利要求1-8中任意一项所述的薄膜三轴拉伸试验机的薄膜三轴拉伸试验方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)移动所述Z轴平台及所述活动导轨梁，调整所述电动缸至待测三维连接试件要求的位置； (2)使所述Z轴平台、所述第一节点和所述第二节点固定不动； (3)改变所述活动杆的工作长度，调整所述电动缸至所述待测三维连接试件要求的角度，然后将所述活动杆固定； (4)将所述三维连接试件中水平面上的四个臂分别与四个所述第一夹具连接，将所述三维连接试件中Z轴上的一个臂与所述第二夹具连接，此时所述油缸和所述电动缸伸出最大长度； (5)通过三轴控制系统使所述油缸和所述电动缸缩回并拉伸所述待测三维连接试件； (6)通过所述第一拉力传感器和所述第二拉力传感器反馈的结果得到所述待测三维连接试件的力学性能。
【文档编号】G01N3/08GK103940667SQ201410120435
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2014年3月27日
【发明者】陈务军, 王利钢, 施光林 申请人:上海交通大学