专利名称：变比例加载的机械式双向拉伸试验仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双向拉伸试验仪，具体涉及一种变比例加载的机械式双向拉伸试 验仪。
背景技术：
自板壳理论建立以来，越来越多的领域用到板壳结构，特别是航空航天领域大多 数的太空容器都是双向受力结构，如球型容器和薄壁筒型件等。为了解决其结构及性能问 题，从上世纪40年代开始越来越多的人致力于双向拉伸试验。到目前为止，双向拉伸试验 尚未很好的解决，很大一部分原因就是双拉装置设计的复杂性。学者们在不同时期研究了 不同类型的双向拉伸试验方法，如单向拉伸下的双拉试验，薄膜凸胀双拉试验，压力容器双 拉试验，十字形试件双拉试验等。由于十字形试件双拉试验能最直观最直接的反应试件的 双向受力状态，一经出现就吸引了众多的研究者，主要研究了机械式和液压式的双向拉伸
直ο已有的机械式双向拉伸试验装置(参见图7和图8)其不能实现X-Y双向的任意 比例加载，只能做特定的比例加载。在加载的作用下，压头向下移动，X方向和Y方向的斜 撑杆与水平方向的夹角随时间改变，不能保证X-Y方向的加载成恒定比例。到目前为止各 种方法和装置都无法实现复杂加载路径下变比例加载。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的双向拉伸试验装置无法实现复杂加载路径下变 比例加载的问题，进而提供一种变比例加载的机械式双向拉伸试验仪。本发明的技术方案是变比例加载的机械式双向拉伸试验仪包括工作台、四个斜 撑杆、四个拉压传感器和四个夹头；所述双向拉伸试验仪还包括斜滑块、四个滚动轴承和四 个水平滑块，所述斜滑块为倒置的梯形四棱台，所述工作台上开有十字滑槽，十字形试件置 于十字滑槽的上方，十字形试件的四个端头各与一个夹头固定连接，每个夹头的外端面上 固定连接有一个拉压传感器，每个拉压传感器的外端与一个水平滑块固定连接，每个水平 滑块安装在工作台上，且每个水平滑块在十字滑槽内平滑移动，每个斜撑杆的下端与一个 水平滑块固定连接，每个斜撑杆的上端安装有一个滚动轴承，每个滚动轴承与斜滑块的一 个相应的梯形斜面接触，每个滚动轴承在斜滑块的一个相应的梯形斜面上滚动，斜滑块的 上端面与试验机的压头固定连接，每个斜撑杆与水平面的夹角为30° 70°，斜滑块的左 右两侧的梯形斜面与上端面的夹角为20° 80°，斜滑块的前后两侧的梯形斜面与上端 面的夹角为20° 80°。本发明与现有技术相比具有以下效果本发明的变比例加载的机械式双向拉伸试 验仪通过斜滑块把竖直方向上的加载分解成水平面上相互垂直的两组加载。由于同一个斜 滑块的两对梯形斜面的斜角是一定的，梯形斜面和滚动轴承线接触，不但可以大大降低摩 擦，并能保证水平方向上两个垂直方向的加载的比例在整个试验过程中不变，通过调用不同角度的斜滑块可以得到水平面上前后方向和左右方向不同的加载比例，即得到X-Y方向 不同的加载比例，实现双拉十字形试件的复杂路径变比例加载。
图1是本发明的整体结构的立体图(图中X轴为拉伸试验仪的左右方向，Y轴为拉 伸试验仪的前后方向)，图2是本发明的整体结构主视图，图3是本发明的整体结构的后视 图，图4是斜滑块1的主视图，图5是斜滑块1的左视图，图6是图4的仰视图，图7是已有 的机械式双向拉伸试验装置的主视图，图8是已有的机械式双向拉伸试验装置的侧视图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图1 图6说明本实施方式，本实施方式的变比例加载的机 械式双向拉伸试验仪包括工作台6、四个斜撑杆3、四个拉压传感器5和四个夹头8 ；所述双 向拉伸试验仪还包括斜滑块1、四个滚动轴承2和四个水平滑块4，所述斜滑块1为倒置的 梯形四棱台，所述工作台6上开有十字滑槽6-1，十字形试件7置于十字滑槽6-1的上方， 十字形试件7的四个端头各与一个夹头8固定连接，每个夹头8的外端面上固定连接有一 个拉压传感器5，每个拉压传感器5的外端与一个水平滑块4固定连接，每个水平滑块4安 装在工作台6上，且每个水平滑块4在十字滑槽6-1内平滑移动，每个斜撑杆3的下端与一 个水平滑块4固定连接，每个斜撑杆3的上端安装有一个滚动轴承2，每个滚动轴承2与斜 滑块1的一个相应的梯形斜面接触，每个滚动轴承2在斜滑块1的一个相应的梯形斜面上 滚动，斜滑块1的上端面与试验机的压头9固定连接，每个斜撑杆3与水平面的夹角α为 30° 70°，斜滑块1的左右两侧的梯形斜面1-1与上端面的夹角β为20° 80°，斜滑 块1的前后两侧的梯形斜面1-2与上端面的夹角Y为20° 80°。本实施方式的水平滑块4在工作台6的十字滑槽6-1内平滑移动的工作方式采用 的导轨导向系统，例如十字滑槽6-1的槽口截面设计为燕尾槽，水平滑块4的下端设计有与 燕尾槽相配合的台肩，或者十字滑槽6-1的槽口截面设计为直口槽，水平滑块4的下端设计 有台肩，然后采用压板将水平滑块4的台肩压在十字滑槽6-1内，采用燕尾槽便于安装，采 用直口槽便于加工。
具体实施方式
二 结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的每个斜撑杆3与 水平面的夹角α为45°。如此设置，使斜撑杆能良好的分解力到水平方向，同时满足对力 矩的限制。其它组成和连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图1、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的斜滑块1的 左右两侧的梯形斜面1-1与上端面的夹角β为45°，斜滑块1的前后两侧的梯形斜面1-2 与上端面的夹角Y为78°。如此设置，得到X-Y方向8:1的比例加载。其它组成和连接关 系与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四结合图1、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的斜滑块1的 左右两侧的梯形斜面1-1与上端面的夹角β为45°，斜滑块1的前后两侧的梯形斜面1-2 与上端面的夹角Y为76°。如此设置，得到X-Y方向4:1的比例加载。其它组成和连接关 系与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
五结合图1、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的斜滑块1的左右两侧的梯形斜面1-1与上端面的夹角β为30°，斜滑块1的前后两侧的梯形斜面1-2 与上端面的夹角Y为60°。如此设置，得到X-Y方向3:1的比例加载。其它组成和连接关 系与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
六结合图1、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的斜滑块1的 左右两侧的梯形斜面1-1与上端面的夹角β为45°，斜滑块1的前后两侧的梯形斜面1-2 与上端面的夹角Y为63°。如此设置，得到X-Y方向2:1的比例加载。其它组成和连接关 系与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
七结合图1、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的斜滑块1的 左右两侧的梯形斜面1-1与上端面的夹角β为45°，斜滑块1的前后两侧的梯形斜面1-2 与上端面的夹角Y为45°。如此设置，得到X-Y方向等比例加载。其它组成和连接关系与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
八结合图1、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的斜滑块1的 左右两侧的梯形斜面1-1与上端面的夹角β为63°，斜滑块1的前后两侧的梯形斜面1-2 与上端面的夹角Y为45°。如此设置，得到X-Y方向1:2的比例加载。其它组成和连接关 系与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
九结合图1、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的斜滑块1的 左右两侧的梯形斜面1-1与上端面的夹角β为60°，斜滑块1的前后两侧的梯形斜面1-2 与上端面的夹角Y为30°。如此设置，得到X-Y方向1:3的比例加载。其它组成和连接关 系与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
十结合图1、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的斜滑块1的 左右两侧的梯形斜面1-1与上端面的夹角β为76°，斜滑块1的前后两侧的梯形斜面1-2 与上端面的夹角Y为45°。如此设置，得到X-Y方向1:4的比例加载。其它组成和连接关 系与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
十一结合图1 图3说明本实施方式，本实施方式的变比例加载的 机械式双向拉伸试验仪还增加有四个螺纹顶杆10和四个端板11，工作台6的四周端面上各 固定安装有一个端板11，每个螺纹顶杆10与相应的端板11螺纹连接，调整水平滑块4时螺 纹顶杆10的内端与水平滑块4相接触。如此设置，便于试验前后水平滑块4位置的调整。 其它组成和连接关系与具体实施方式
一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。工作过程斜滑块1与试验机的压头9连接，试验机的压头9下压过程中斜滑块1 的梯形斜面和滚动轴承2接触，且带动斜撑杆3和水平滑块4沿水平面上相互垂直的X方向 和Y方向平移滑动，水平滑块4连接拉压传感器5，拉压传感器5的另一端连着夹头8，夹头 8夹持着十字形试件7，实现对十字形试件7的拉伸。十字形试件7的X方向和Y方向的变 形量和拉力由拉压传感器5测定，信号由数据采集软件采集处理，在电脑上记录数据并实 时显示水平方向上X方向和Y方向上试样的拉力-位移曲线，通过后期处理得到应力-应 变曲线。
权利要求
一种变比例加载的机械式双向拉伸试验仪，它包括工作台(6)、四个斜撑杆(3)、四个拉压传感器(5)和四个夹头(8)；其特征在于所述双向拉伸试验仪还包括斜滑块(1)、四个滚动轴承(2)和四个水平滑块(4)，所述斜滑块(1)为倒置的梯形四棱台，所述工作台(6)上开有十字滑槽(6 1)，十字形试件(7)置于十字滑槽(6 1)的上方，十字形试件(7)的四个端头各与一个夹头(8)固定连接，每个夹头(8)的外端面上固定连接有一个拉压传感器(5)，每个拉压传感器(5)的外端与一个水平滑块(4)固定连接，每个水平滑块(4)安装在工作台(6)上，且每个水平滑块(4)在十字滑槽(6 1)内平滑移动，每个斜撑杆(3)的下端与一个水平滑块(4)固定连接，每个斜撑杆(3)的上端安装有一个滚动轴承(2)，每个滚动轴承(2)与斜滑块(1)的一个相应的梯形斜面接触，每个滚动轴承(2)在斜滑块(1)的一个相应的梯形斜面上滚动，斜滑块(1)的上端面与试验机的压头(9)固定连接，每个斜撑杆(3)与水平面的夹角(α)为30°~70°，斜滑块(1)的左右两侧的梯形斜面(1 1)与上端面的夹角(β)为20°～80°，斜滑块(1)的前后两侧的梯形斜面(1 2)与上端面的夹角(γ)为20°～80°。
2.根据权利要求1所述的变比例加载的机械式双向拉伸试验仪，其特征在于每个斜 撑杆(3)与水平面的夹角(α)为45°。
3.根据权利要求1或2所述的变比例加载的机械式双向拉伸试验仪，其特征在于斜 滑块(1)的左右两侧的梯形斜面(1-1)与上端面的夹角(β )为45°，斜滑块(1)的前后两 侧的梯形斜面(1-2)与上端面的夹角(Y)为78°。
4.根据权利要求1或2所述的变比例加载的机械式双向拉伸试验仪，其特征在于斜 滑块(1)的左右两侧的梯形斜面(1-1)与上端面的夹角(β )为45°，斜滑块(1)的前后两 侧的梯形斜面(1-2)与上端面的夹角(Y)为76°。
5.根据权利要求1或2所述的变比例加载的机械式双向拉伸试验仪，其特征在于斜 滑块(1)的左右两侧的梯形斜面(1-1)与上端面的夹角(β )为30°，斜滑块(1)的前后两 侧的梯形斜面(1-2)与上端面的夹角(Y)为60°。
6.根据权利要求1或2所述的变比例加载的机械式双向拉伸试验仪，其特征在于斜 滑块(1)的左右两侧的梯形斜面(1-1)与上端面的夹角(β )为45°，斜滑块(1)的前后两 侧的梯形斜面(1-2)与上端面的夹角(Y)为63°。
7.根据权利要求1或2所述的变比例加载的机械式双向拉伸试验仪，其特征在于斜 滑块(1)的左右两侧的梯形斜面(1-1)与上端面的夹角(β )为45°，斜滑块(1)的前后两 侧的梯形斜面(1-2)与上端面的夹角(Y)为45°。
8.根据权利要求1或2所述的变比例加载的机械式双向拉伸试验仪，其特征在于斜 滑块(1)的左右两侧的梯形斜面(1-1)与上端面的夹角(β )为63°，斜滑块(1)的前后两 侧的梯形斜面(1-2)与上端面的夹角(Y)为45°。
9.根据权利要求1或2所述的变比例加载的机械式双向拉伸试验仪，其特征在于斜 滑块(1)的左右两侧的梯形斜面(1-1)与上端面的夹角(β )为60°，斜滑块(1)的前后两 侧的梯形斜面(1-2)与上端面的夹角(Y)为30°。
10.根据权利要求1或2所述的变比例加载的机械式双向拉伸试验仪，其特征在于所 述变比例加载的机械式双向拉伸试验仪还包括四个螺纹顶杆(10)和四个端板(11)，工作 台(6)的四周端面上各固定安装有一个端板(11)，每个螺纹顶杆(10)与相应的端板(11)螺纹连接，调整水平滑块(4)时螺纹顶杆(10)的内端与水平滑块(4)相接触。
全文摘要
变比例加载的机械式双向拉伸试验仪，它涉及一种双向拉伸试验仪。本发明解决了现有的双向拉伸试验装置无法实现复杂加载路径下变比例加载的问题。本发明的斜滑块为倒置的梯形四棱台，工作台上开有十字滑槽，十字形试件置于十字滑槽的上方，十字形试件的四个端头各与一个夹头固定连接，每个夹头的外端面上固定连接有一个拉压传感器，每个拉压传感器的外端与一个水平滑块固定连接，每个水平滑块安装在工作台上，每个斜撑杆的下端与一个水平滑块固定连接，每个斜撑杆的上端安装有一个滚动轴承，每个滚动轴承与斜滑块的一个相应的梯形斜面接触，每个滚动轴承在斜滑块的梯形斜面上滚动。本发明适用于十字形试件的拉伸试验中。
文档编号G01N3/08GK101907538SQ20101024008
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月29日 优先权日2010年7月29日
发明者单德彬, 孙圣迪, 徐文臣, 陈勇 申请人:哈尔滨工业大学