动态拉剪加载试验装置及动态拉剪试验系统的制作方法

本申请涉及材料试验技术领域，具体而言，涉及一种动态拉剪加载试验装置及动态拉剪试验系统。

背景技术

现有技术中，泡沫材料作为一种新型高孔隙率功能-结构一体化轻质材料，具有丰富的拓扑构型和多尺度变化的微结构特征，可根据不同应用需求对微细观结构进行创新构型优化设计及多功能、多学科协同设计。泡沫材料因其多孔微细观结构可在几乎恒定的低应力下产生较大塑性变形，从而耗散大量的能量，是一种极好的缓冲吸能材料，在航空航天、高速轨道车辆、高速舰船、汽车和国防工程等领域有重要的应用前景。

在实际应用中，泡沫材料常作为芯层或填充材料构成复合sandwich结构。服役过程中不可避免地会遭受爆炸、撞/冲击、地震等动态载荷作用。众所周知，动态载荷下材料的力学性质与其准静态力学性质有显著的差异，结构的动态响应表现为时间尺度上的高度非定常和空间尺度上的高度局域化。这些工程结构(构件)在服役状态下往往处于拉伸、压缩和剪切复合应力状态，泡沫材料的变形模式和宏观应力状态十分复杂。

然而，目前涉及到多轴复合加载的试验装置均为准静态载荷下的压-剪或拉-剪装置，还不存在动态拉-剪复合加载试验装置。如何提供一种动态拉-剪复合加载试验装置，对泡沫材料进行动态拉剪试验，从而开展动态载荷下泡沫材料的力学行为研究，为相关工程结构的安全防护设计与评估提供重要的技术支持，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

申请内容

为了克服现有技术中的上述不足，本申请的目的在于提供一种动态拉剪加载试验装置及动态拉剪试验系统，能够对泡沫材料等待测试件进行动态拉剪试验，从而便于开展动态载荷下泡沫材料的力学行为研究，为相关工程结构的安全防护设计与评估提供重要的技术支持。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供一种动态拉剪加载试验装置，应用于动态拉剪试验系统，所述动态拉剪试验系统包括动态拉伸试验设备，所述动态拉剪加载试验装置包括：

对称设置的第一底盘和第二底盘。

分别与所述第一底盘和所述第二底盘固定连接的第一支座和第二支座，其中，所述第一底盘朝向所述第二底盘的端面和所述第二底盘朝向所述第一底盘的端面之间形成用于固定待测试件的试件固定区域，其中，所述第一支座和所述第二支座相对于所述待测试件对称设置。

所述第一支座和所述第二支座分别与所述动态拉伸试验设备连接，当所述动态拉伸试验设备开始进行动态拉伸试验时拉伸所述第一支座和所述第二支座，以使位于所述第一底盘和所述第二底盘之间的待测试件发生拉伸形变。

可选地，所述动态拉伸试验设备包括入射杆和透射杆，所述第一支座包括用于与所述第一底盘固定连接的第一固定部、与所述第一固定部固定连接的入射杆连接部，所述第二支座包括用于与所述第二底盘固定连接的第二固定部、与所述第二固定部固定连接的透射杆连接部，所述入射杆连接部用于与所述入射杆连接，所述透射杆连接部用于与所述透射杆连接。

可选地，所述动态拉剪加载试验装置还包括至少一个导向杆，所述第一固定部远离所述入射杆连接部的一侧设置有第一固定槽和第二固定槽，所述第二固定部远离所述透射杆连接部的一侧设置有第三固定槽和第四固定槽。

所述第一底盘设置在所述第一固定槽内，所述第二底盘设置在所述第三固定槽内。

所述第二固定槽的槽底设置有至少一个第一导向孔，所述第四固定槽的槽底设置有与每个第一导向孔对应的第二导向孔，每个导向杆穿过对应的第一导向孔和对应的第二导向孔对所述第一固定部和所述第二固定部进行限位，以使所述待测试件的受力状态为平面应力状态。

可选地，所述第一固定槽和第二固定槽上设置有多个第一定位孔以及与所述第一定位孔对应的第一连接销，所述第三固定槽和第四固定槽上设置与每个所述第一定位孔对称的第二定位孔以及与所述第二定位孔对应的第二连接销。

所述第一底盘上还设置有至少一个第一固定孔，所述第二底盘上还设置有至少一个第二固定孔，每个第一连接销穿过对应的第一固定孔和第一定位孔将所述第一固定部与所述第一底盘固定，每个第二连接销穿过对应的第二固定孔和第二定位孔将所述第二固定部与所述第二底盘固定。

可选地，所述至少一个第一固定孔间隔预设角度环形设置在所述第一底盘上，所述至少一个第二固定孔间隔预设角度环形设置在所述第二底盘上。

可选地，所述入射杆连接部通过螺纹孔与所述入射杆螺纹连接，所述透射杆连接部通过螺纹孔与所述透射杆螺纹连接。

可选地，所述动态拉剪加载试验装置还包括第一垫条和第二垫条，所述第一垫条的一侧与所述第一底盘朝向所述第二底盘的端面可拆卸连接、相对的另一侧与所述待测试件粘连，所述第二垫条与所述第二底盘朝向所述第一底盘的端面可拆卸设置、相对的另一侧与所述待测试件粘连。

可选地，所述第一底盘和所述第二底盘均为半圆底盘。

第二方面，本申请实施例还提供一种动态拉剪试验系统，所述动态拉剪试验系统包括动态拉伸试验设备以及上述的动态拉剪加载试验装置，所述第一支座和所述第二支座分别与所述动态拉伸试验设备连接，当所述动态拉伸试验设备开始进行动态拉伸试验时拉伸所述第一支座和所述第二支座，以使位于所述第一底盘和所述第二底盘之间的待测试件发生拉伸形变。

可选地，所述动态拉伸试验设备包括缓冲装置、法兰盘、撞击管、入射杆、透射杆、应变片以及数据采集器，所述入射杆和所述透射杆分别与所述第一支座和所述第二支座连接，所述法兰盘与所述入射杆连接，所述入射杆和所述透射杆上设置有应变片，当所述动态拉伸试验设备开始进行动态拉伸试验时通过所述撞击管撞击所述法兰盘并经由所述缓冲装置缓冲，同时产生拉伸波并沿所述入射杆传播到待测试件和透射杆，使所述入射杆和所述透射杆拉伸所述第一支座和所述第二支座以使位于所述第一底盘和所述第二底盘之间的待测试件发生拉伸形变时，所述数据采集器采集所述应变片检测到的拉伸形变过程中所述入射杆和所述透射杆上的电压信号。

相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供一种动态拉剪加载试验装置及动态拉剪试验系统。动态拉剪加载试验装置包括对称设置的第一底盘和第二底盘以及分别与第一底盘和第二底盘固定连接的第一支座和第二支座，第一底盘朝向第二底盘的端面和第二底盘朝向第一底盘的端面之间形成用于固定待测试件的试件固定区域。第一支座和第二支座相对于待测试件对称设置。当动态拉伸试验设备开始进行动态拉伸试验时拉伸第一支座和第二支座以使位于第一底盘和第二底盘之间的待测试件发生拉伸形变。由此，能够对泡沫材料等待测试件进行动态拉剪试验，从而便于开展动态载荷下泡沫材料的力学行为研究，为相关工程结构的安全防护设计与评估提供重要的技术支持。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本申请实施例提供的动态拉剪加载试验装置的一种结构示意图；

图2为本申请实施例提供的动态拉剪试验系统一种结构示意图；

图3为本申请实施例提供的红外激光治疗装置的另一种结构示意图；

图4为本申请实施例提供的第一底盘和第二底盘的连接结构示意图。

图标：10-动态拉剪试验系统；100-动态拉剪加载试验装置；110-第一底盘；115-第一固定孔；120-第二底盘；125-第二固定孔；130-第一支座；132-第一固定部；1322-第一固定槽；1324-第二固定槽；1326-第一导向孔；1328-第一定位孔；134-入射杆连接部；140-第二支座；142-第二固定部；1422-第三固定槽；1424-第四固定槽；1426-第二导向孔；1428-第二定位孔；144-透射杆连接部；150-导向杆；160-第一连接销；170-第二连接销；180-第一垫条；190-第二垫条；210-入射杆；220-透射杆；230-应变片；240-撞击管；250-法兰盘；260-缓冲装置。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，一些指示的方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1，为本申请实施例提供的动态拉剪加载试验装置100的一种结构示意图。本实施例中，动态拉剪加载试验装置100可用于对待测试件进行动态拉剪试验，其中，待测试件可以是但不局限于泡沫材料或者任意满足拉伸强度的软材料，在此不作具体限定。

详细地，如图1所示，动态拉剪加载试验装置100可包括对称设置的第一底盘110和第二底盘120以及分别与第一底盘110和第二底盘120固定连接的第一支座和第二支座140，其中，第一底盘110朝向第二底盘120的端面和第二底盘120朝向第一底盘110的端面之间形成用于固定待测试件的试件固定区域，第一支座和第二支座140相对于待测试件对称设置。可选地，第一底盘110和第二底盘120均为半圆底盘。当然这并不排除在其它实施方式中第一底盘110和第二底盘120也可以采用其它形状的底盘。

动态拉剪加载试验装置100可应用于动态拉剪试验系统10，动态拉剪试验系统10包括动态拉伸试验设备，在实际实施时，为保证本实施例的通用性，可通过改变第一支座和第二支座140的形状和尺寸，与通用的动态拉伸试验设备有机对接，动态拉伸试验设备可以是但不仅限于分离式霍普金森拉杆(shtb)、高速拉伸材料试验机等。由此，在实际使用时只需对第一支座和第二支座140进行调整即可适用于不同的动态拉伸试验设备，无需整套装置调整，通用性高、应用范围较广、改造成本低。

详细地，第一支座和第二支座140可分别与动态拉伸试验设备连接，当动态拉伸试验设备开始进行动态拉伸试验时拉伸第一支座和第二支座140，以使位于第一底盘110和第二底盘120之间的待测试件发生拉伸形变。

以动态拉伸试验设备为分离式霍普金森拉杆(shtb)为例，请结合参阅图2，为本实施例提供的动态拉剪试验系统10的结构示意图。动态拉伸试验设备可包括缓冲装置260、法兰盘250、撞击管240、入射杆210、透射杆220、应变片230以及数据采集器(图中未示出)。入射杆210和透射杆220分别与第一支座和第二支座140连接，法兰盘250与入射杆210连接，入射杆210和透射杆220上设置有应变片230。

当动态拉伸试验设备开始进行动态拉伸试验时通过撞击管240撞击法兰盘250并经由缓冲装置260缓冲，同时产生拉伸波并沿入射杆210传播到待测试件和透射杆，使入射杆210和透射杆220拉伸第一支座和第二支座140以使位于第一底盘110和第二底盘120之间的待测试件发生拉伸形变时，数据采集器采集应变片230检测到的拉伸形变过程中入射杆210和透射杆220上的电压信号。然后，可通过对入射杆210和透射杆220上应变片230测得的电压信号除以相应的应变片230灵敏度系数和增益比即可转变为应变信号，从而即可开展动态载荷下泡沫材料的力学行为研究，为相关工程结构的安全防护设计与评估提供重要的技术支持。

可选地，入射杆连接部134可通过螺纹孔与入射杆210螺纹连接，透射杆连接部144可通过螺纹孔与透射杆220螺纹连接。如此设置，可以便于后续入射杆连接部134和透射杆连接部144的拆卸。

进一步地，在上述基础上，请参阅图3，可选地，第一支座可包括用于与第一底盘110固定连接的第一固定部132、与第一固定部132固定连接的入射杆连接部134，第二支座140可包括用于与第二底盘120固定连接的第二固定部142、与第二固定部142固定连接的透射杆连接部144，入射杆连接部134用于与入射杆210连接，透射杆连接部144用于与透射杆220连接。

进一步地，依旧参阅图3，可选地，动态拉剪加载试验装置100还可以包括至少一个导向杆150，第一固定部132远离入射杆连接部134的一侧设置有第一固定槽1322和第二固定槽1324，第二固定部142远离透射杆连接部144的一侧设置有第三固定槽1422和第四固定槽1424。其中，第二固定槽1324和第四固定槽1424的具体数量不作限制，以图3为例，第二固定槽1324和第四固定槽1424可以分别设置两个。

详细地，第一底盘110设置在第一固定槽1322内，第一固定槽1322可对第一底盘110进行限位，第二底盘120设置在第三固定槽1422内，第三固定槽1422可对第二底盘120进行限位。

此外，第二固定槽1324的槽底设置有至少一个第一导向孔1326，第四固定槽1424的槽底设置有与每个第一导向孔1326对应的第二导向孔1426，每个导向杆150穿过对应的第一导向孔1326和对应的第二导向孔1426对第一固定部132和第二固定部142进行限位，以使待测试件的受力状态为平面应力状态。

本实施例中，导向杆150的具体数量不作详细限制，作为一种实施方式，为使待测试件的受力状态处于较好的平面应力状态，导向杆150可以设置至少三个，相对应地，第一导向孔1326和第二导向孔1426也对应设置至少三个。以图3为例，导向杆150可以设置四个，相对应地，第一导向孔1326和第二导向孔1426也对应设置四个。

在上述基础上，依旧参阅图3，可选地，第一固定槽1322和第二固定槽1324上可设置有多个第一定位孔1328以及与第一定位孔1328对应的第一连接销160，第三固定槽1422和第四固定槽1424上设置与每个第一定位孔1328对称的第二定位孔1428以及与第二定位孔1428对应的第二连接销170。相对应地，第一底盘110上还设置有至少一个第一固定孔115，第二底盘120上还设置有至少一个第二固定孔125，每个第一连接销160穿过对应的第一固定孔115和第一定位孔1328将第一固定部132与第一底盘110固定，每个第二连接销170穿过对应的第二固定孔125和第二定位孔1428将第二固定部142与第二底盘120固定。如此设置，在实际实施时，可通过改变第一底盘110的第一固定孔115与第一支座的第一定位孔1328的预设位置，对齐第一固定孔115和第一定位孔1328，插入第一连接销160，相对应地，改变第二底盘120的第二固定孔125与第二支座140的第二定位孔1428的预设位置，对齐第二固定孔125和第二定位孔1428，插入第二连接销170，由此可以实现对待测试件的不同加载角度，从而沿不同方向加载待测试件，使待测试件受到不同方向的加载力度，提高了试验的灵活性，扩展了试验场景。

可选地，上述第一连接销160和第二连接销170的两端还可预留螺纹，同时可配置螺帽对第一连接销160和第二连接销170进行紧固，防止冲击拉伸试验过程中第一连接销160和第二连接销170的失位。

更为具体地，请结合参阅图4，至少一个第一固定孔115间隔预设角度环形设置在第一底盘110上，至少一个第二固定孔125间隔预设角度环形设置在第二底盘120上。其中，预设角度可以根据实际需求进行设置，例如该预设角度可以为10度，也即，相邻的两个第一固定孔115对应的圆心角为10度，相邻的两个第二固定孔125对应的圆心角为10度，相对应地，相邻的两个第一定位孔1328对应的圆心角为10度，相邻的两个第二定位孔1428对应的圆心角为10度，如此设置，可实现但不局限于0度、10度、20度、30度、40度、50度、60度等加载角度，且操作简单、可控性好、精度高。

进一步地，依旧参阅图4，动态拉剪加载试验装置100还包括第一垫条180和第二垫条190，第一垫条180的一侧与第一底盘110朝向第二底盘120的端面可拆卸连接、相对的另一侧与待测试件粘连，第二垫条190与第二底盘120朝向第一底盘110的端面可拆卸设置、相对的另一侧与待测试件粘连。在具体实施时，可将待测试件通过线切割加工、丙酮清洗、干燥后，在待测试件两个端面上涂抹适量的胶水(例如环氧树脂胶)，将其分别粘贴到第一垫条180和第二垫条190的对应端面上，并在第一垫条180和第二垫条190两端均匀施加一定的载荷，此载荷必须小于待测试件的屈服强度，使泡沫试件分别和第一垫条180和第二垫条190有效粘贴，直至初凝，静置至少2小时，方可进行测试。此过程应注意第一垫条180和第二垫条190与第一底盘110和第二底盘120位置的对应，且不能使待测试件出现失位、损伤等情况。

综上所述，本申请实施例提供一种动态拉剪加载试验装置及动态拉剪试验系统。动态拉剪加载试验装置包括对称设置的第一底盘和第二底盘以及分别与第一底盘和第二底盘固定连接的第一支座和第二支座，第一底盘朝向第二底盘的端面和第二底盘朝向第一底盘的端面之间形成用于固定待测试件的试件固定区域。第一支座和第二支座相对于待测试件对称设置。当动态拉伸试验设备开始进行动态拉伸试验时拉伸第一支座和第二支座以使位于第一底盘和第二底盘之间的待测试件发生拉伸形变。由此，能够对泡沫材料等待测试件进行动态拉剪试验，从而便于开展动态载荷下泡沫材料的力学行为研究，为相关工程结构的安全防护设计与评估提供重要的技术支持。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。