多功能圆柱形试件剪切试验夹具的制作方法

本发明涉及一种_多功能圆柱形试件剪切试验夹具_技术,属于_剪切试验夹具_技术领域。

背景技术：

螺栓、销钉作为常用的连接件，广泛应用于工程结构中。一旦连接件发生了连接失效，其结构的完整性和功能的完备性将受到严峻地考验，剪切失效是其最为常见的破坏模式，因此研究圆柱形试件(如：螺栓、销钉等)的剪切性能变得尤为重要。现有的剪切试验夹具如中国专利cn202548007u公开的“螺栓剪切试验用夹具”，其剪切孔设置于夹具整体结构上，若需完成不同直径的螺栓剪切试验需要重新加工整套夹具，极不经济且耗时。

在实际工程中，由于结构的振动以及材料的蠕变，在连接部位可能会出现一定宽度的缝隙(即：剪切带)，目前现有的剪切器还无法完成不同剪切带宽度下圆柱形试件的剪切力学性能测量。

在航空航天领域，由于苛刻服役环境的限制，复合材料应用十分广泛，目前复合材料销钉、螺栓已经成功应用于飞行器结构中。然而复合材料具有各向异性的特点，在各个方向上其力学性能差异较大，目前现有的剪切夹具均不具有测量圆柱形试件不同方向剪切力学性能的功能。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的在于提供一种仅需更换剪切内环即可完成不同直径多功能圆柱形试件剪切试验夹具；同时该夹具还可完成不同剪切带宽度的剪切力学性能测量试验；针对各向异性材料，该夹具可完成圆柱形试件在不同方向的剪切试验。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种多功能圆柱形试件剪切试验夹具，该夹具包括固定装置，预紧螺栓，加载装置，刻度剪切内环，可动剪切内环和中部剪切内环；所述的固定装置的两侧悬臂分别设置有刻度剪切内环固定孔和可动剪切内环固定孔；

刻度剪切内环设置于固定装置左侧悬臂的刻度剪切内环固定孔内，可动剪切内环设置于固定装置右侧悬臂的可动剪切内环固定孔内，在刻度剪切内环与可动剪切内环之间设置有中部剪切内环，刻度剪切内环，可动剪切内环和中部剪切内环的轴线方向在同一直线上；加载装置置于中部剪切内环上表面；贯穿刻度剪切内环、中部剪切内环和可动剪切内环的轴线方向上设置有放置试件的剪切孔，根据不同试件尺寸更换对应剪切孔直径的剪切内环。

优选的，所述的固定装置左侧悬臂在开孔顶部设置有一条定位线，用于刻度剪切内环的安装定位；右侧悬臂凸起内设置有与预紧螺栓配合的螺纹孔，螺纹孔与可动剪切内环固定孔同心。

优选的，所述的预紧螺栓设置有具有与固定装置配合的螺纹。

优选的，所述的加载装置顶部用于试验仪器直接加载；底部设置有与中部剪切内环配合的圆弧形凹槽。

优选的，所述的刻度剪切内环在外侧设置有定位线和角度线，分别用于刻度剪切内环的安装定位和调整材料的剪切加载方向；在内侧设置有凸台，用于限制刻度剪切内环的水平向外移动；凸台外表面采用磨床打磨，用于降低由于剪切内环之间摩擦而引起的试验误差。

优选的，所述的可动剪切内环在内侧设置有凸台，用于限制剪切内环过度的水平向外移动；凸台外表面采用磨床打磨，用于降低由于剪切内环之间摩擦而引起的试验误差；伸入固定装置部分与预紧螺栓配合实现水平位置的调节，最终完成不同剪切带宽度的圆柱形试件剪切试验。

优选的，所述的中部剪切内环的两侧采用磨床打磨，用于降低由于剪切内环之间摩擦而引起的试验误差；其中用于完成剪切带宽度试验的中部剪切内环厚度为16mm，根据试验需求与预紧螺栓配合，实现对剪切带宽度的控制；其他剪切试验的中部剪切内环厚度均为20mm，使刻度剪切内环，可动剪切内环和中部剪切内环在未拧紧预紧螺栓时也能紧密配合。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明采用三个剪切内环作为主要的剪切装置，对于非标准尺寸的圆柱形试件，只需加工对应剪切孔直径的剪切内环即可完成剪切试验，可大量节约成本及时间；采用16mm厚度的中间内环，通过与预紧螺栓配合可实现不同剪切带宽度的圆柱形试件剪切试验；针对各向异性材料圆柱形试件，可通过刻度剪切内环调节剪切方向，实现不同材料方向的剪切试验。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是固定装置结构示意图，

图3是图2的左视图，

图4是刻度剪切内环示意图，

图5是图4的俯视图，

图6是加载装置示意图，

图7是图6的左视图，

图中：1-固定装置、2-预紧螺栓、3-加载装置、4-刻度剪切内环、5-可动剪切内环、6-中部剪切内环、7-剪切孔、8-刻度剪切内环固定孔、9-可动剪切内环固定孔、10-预紧螺纹孔、11-固定装置上定位线、12-刻度内环上定位线、13-角度线、14-加载装置上圆弧形凹槽、15-加载装置的加载端。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明的一种多功能圆柱形试件剪切试验夹具，该夹具包括固定装置1，预紧螺栓2，加载装置3，刻度剪切内环4，可动剪切内环5和中部剪切内环6；所述的固定装置1的两侧悬臂分别设置有刻度剪切内环固定孔8和可动剪切内环固定孔9；刻度剪切内环4设置于固定装置1左侧悬臂的刻度剪切内环固定孔8内，可动剪切内环5设置于固定装置1右侧悬臂的可动剪切内环固定孔9内，在刻度剪切内环4与可动剪切内环5之间设置有中部剪切内环6，刻度剪切内环4，可动剪切内环5和中部剪切内环6的轴线方向在同一直线上；加载装置3置于中部剪切内环6上表面；贯穿刻度剪切内环4、中部剪切内环6和可动剪切内环5的轴线方向上设置有放置试件的剪切孔7，根据不同试件尺寸更换对应剪切孔7直径的剪切内环。

所述的固定装置1左侧悬臂在开孔顶部设置有一条定位线，用于刻度剪切内环4的安装定位；右侧悬臂凸起内设置有与预紧螺栓2配合的螺纹孔10，螺纹孔10与可动剪切内环固定孔9同心。

所述的预紧螺栓2设置有具有与固定装置配合的螺纹。

所述的加载装置3顶部用于试验仪器直接加载；底部设置有与中部剪切内环配合的圆弧形凹槽。

所述的刻度剪切内环4在外侧设置有定位线和角度线，分别用于刻度剪切内环的安装定位和调整材料的剪切加载方向；在内侧设置有凸台，用于限制刻度剪切内环4的水平向外移动；凸台外表面采用磨床打磨，用于降低由于剪切内环之间摩擦而引起的试验误差。

所述的可动剪切内环5在内侧设置有凸台，用于限制剪切内环过度的水平向外移动；凸台外表面采用磨床打磨，用于降低由于剪切内环之间摩擦而引起的试验误差；伸入固定装置部分与预紧螺栓配合实现水平位置的调节，最终完成不同剪切带宽度的圆柱形试件剪切试验。

所述的中部剪切内环6的两侧采用磨床打磨，用于降低由于剪切内环之间摩擦而引起的试验误差；其中用于完成剪切带宽度试验的中部剪切内环厚度为16mm，根据试验需求与预紧螺栓配合，实现对剪切带宽度的控制；其他剪切试验的中部剪切内环厚度均为20mm，使刻度剪切内环4，可动剪切内环5和中部剪切内环6在未拧紧预紧螺栓时也能紧密配合。

所述的刻度剪切内环在外侧设置有定位线和角度线，分别用于刻度剪切内环的安装定位和调整材料的剪切加载方向；在内侧设置有凸台，用于限制剪切内环的水平向外移动；凸台外表面采用磨床打磨，用于降低由于剪切内环之间摩擦而引起的试验误差。

所述的可动剪切内环在内侧设置有凸台，用于限制剪切内环过度的水平向外移动；凸台外表面采用磨床打磨，用于降低由于剪切内环之间摩擦而引起的试验误差；伸入固定装置部分可与预紧螺栓配合实现水平位置的调节，最终完成不同剪切带宽度的圆柱形试件剪切试验。

所述的中部剪切内环的两侧采用磨床打磨，用于降低由于剪切内环之间摩擦而引起的试验误差；其中用于完成剪切带宽度试验的中部剪切内环厚度为16mm，可根据试验需求与预紧螺栓配合，实现对剪切带宽度的控制；其他剪切试验的中部剪切内环厚度均为20mm，可使三个剪切内环在未拧紧预紧螺栓时也能紧密配合。

实施例1：一种多功能圆柱形试件剪切试验夹具，包括固定装置1，预紧螺栓2，加载装置3，刻度剪切内环4，可动剪切内环5和中部剪切内环6(厚20mm)，贯穿三个剪切内环轴线方向上设置有放置试件的圆形孔7。如图1-图7所示，依次将可动剪切内环5沿小头置于可动剪切内环固定孔9中，刻度剪切内环4沿小头置于刻度剪切内环固定孔8中，在刻度剪切内环4和可动剪切内环5中放入中部剪切内环6，并在三个内环的圆形孔7内贯穿插入圆柱形试件，旋紧预紧螺栓使得三个内环紧密接触，最后将加载装置置于中部剪切内环上，使凹槽14与中部剪切内环6相互配合。启动试验机对加载装置的加载端进行加载，按试验要求进行试验测量，记录试验结果。

实施例2：一种多功能圆柱形试件剪切试验夹具，包括固定装置1，预紧螺栓2，加载装置3，刻度剪切内环4，可动剪切内环5和中部剪切内环6(厚16mm)，贯穿三个剪切内环轴线方向上设置有放置试件的圆形孔7。如图1-图7所示，依次将可动剪切内环5沿小头置于可动剪切内环固定孔9中，刻度剪切内环4沿小头置于刻度剪切内环固定孔8中，在刻度剪切内环4和可动剪切内环5中放入中部剪切内环6，并在三个内环的圆形孔7内贯穿插入圆柱形试件。在刻度剪切内环4、中部剪切内环6、可动剪切内环5的相互配合面间插入特定厚度的金属片(如：塞规)并旋紧预紧螺栓实现对剪切带宽度的控制。最后将加载装置置于中部剪切内环上，使凹槽14与中部剪切内环6相互配合。启动试验机对加载装置的加载端进行加载，按试验要求进行试验测量，记录试验结果。

实施例3：一种多功能圆柱形试件剪切试验夹具，包括固定装置1，预紧螺栓2，加载装置3，刻度剪切内环4，可动剪切内环5和中部剪切内环6(厚20mm)，贯穿三个剪切内环轴线方向上设置有放置试件的圆形孔7。如图1-图7所示，依次将可动剪切内环5沿小头置于可动剪切内环固定孔9中；刻度剪切内环4沿小头置于刻度剪切内环固定孔8中，并使得刻度剪切内环上定位线12与固定装置上定位线11在同一直线上；在刻度剪切内环4和可动剪切内环5中放入中部剪切内环6，并在三个内环的圆形孔7内贯穿插入圆柱形试件，根据试验需要对照刻度线13调整销钉材料方向与固定装置上定位线方向呈对应的角度，并旋上预紧螺栓。将加载装置置于中部剪切内环上，使凹槽14与中部剪切内环6相互配合。启动试验机对加载装置的加载端进行加载，按试验要求进行试验测量，记录试验结果。