一种超弹性软板材平面内拉剪弯加载装置的制作方法

本发明涉及一种超弹性软板材平面内拉剪弯加载装置，属于材料机械加载领域。

背景技术：

超弹性软质材料是一种非线性且不可压缩材料，其材料力学问题很难理论计算。但由于其广泛应用于民用和军用各个领域，可制造胶鞋、轮胎、电缆、密封圈等种类众多的超弹性材料制品，因此对该材料的力学问题进行实验测量是很有必要的。基于此，针对超弹性软板材力学性能的实验装置显得尤为重要。目前已有实验加载装置多以点加载方式对超弹性软板材进行加载或难以实现多类型复合加载方式，容易造成应力集中，试验结果不准确，操作复杂且加载方式单一。另外某些可实现多类型复合加载的实验装置造价昂贵，难以得到普及。

本发明相比其它已有发明有突出的技术改进和加载方式的改善，本发明主要包括上自锁夹具模块、剪切加载装置模块、拉伸加载装置模块、弯曲加载装置模块以及下自锁夹具模块等五大主要部分。可简便的实现拉、剪、扭三种及其复合加载，同时通过改进加载方式，实现了面加载，避免了以往通过单点式装夹而产生的局部装夹部位应力集中对实验结果产生不必要的影响。左右对称的设计也可以同时对两种超弹性软板材或含不同缺陷的同种超弹性软板材进行对比试验研究。

该加载实验装置操作简单、造价低廉、性能稳定、适用性广，可轻易实现对超弹性软板材的拉、剪、扭及其复合加载方式。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的超弹性软板材试验加载装置技术的不足，而提供一种超弹性软板材平面内拉剪弯加载装置，是能够实现剪切、拉伸、弯曲及其组合加载的多类型加载装置，对研究超弹性软板材的力学性能等特性设计了一个更好的试验加载装置。

本发明的目的是这样实现的：包括上自锁夹具模块、剪切加载装置模块、拉伸加载装置模块、弯曲加载装置模块和下自锁夹具模块，所述弯曲加载装置模块包括接地基座、安装在接地基座上的固定块A和固定块B、安装在接地基座上设置的滑轨中的滑动块、与滑动块铰接的支撑杆、与支撑杆端部铰接的基座固定块、安装在基座固定块上端的基座平面、弯曲加载模块蜗杆，所述滑动块位于固定块A和固定块B之间，弯曲加载模块蜗杆的一端安装有蜗杆旋钮、另一端穿过固定块B、滑动块后与固定块A连接，且滑动块上设置有与弯曲加载模块蜗杆啮合的孔状结构；

所述拉伸加载装置模块包括安装在接地基座上的底座、上平台面、安装在底座上的下平台面、交叉设置在上平台面与下平台面之间的内插杆和外插杆，内插杆的下端铰接在下平台面上、上端铰接有滑行上座，滑行上座设置在基座固定滑行架的滑槽中，基座固定滑行架设置在上平台下端，外插杆上端铰接在上平台面下端、下端铰接有滑行下座，滑行下座设置在底座固定滑行架的滑槽中，底座固定滑行架中还设置有拉伸加载模块蜗杆，且所述滑行下座上设置有与拉伸加载模块蜗杆啮合的孔状结构，所述拉伸加载模块蜗杆的端部设置有蜗杆旋钮，所述下平台面与所述基座平面上端连接；

所述剪切加载装置模块包括设置在上平台面上的底板、上自锁夹具滑行安装基座、滑行基座蜗杆、设置在滑行基座蜗杆上的螺旋块、设置在滑行基座蜗杆端部的滑行基座蜗杆旋钮、对称设置在底板上的左导轨和右导轨，所述螺旋块位于左导轨和右导轨之间，上自锁夹具滑行安装基座通过滑行基座固定块与螺旋块固连；

上自锁夹具模块设置在上自锁夹具滑行安装基座上，下自锁夹具模块倒置在下平台面上，且上自锁夹具模块和下自锁模块均包括两个对称设置的自锁夹具，每个自锁夹具包括一对夹具支座、设置在两夹具支座之间的自锁副夹具、自锁主夹具和自锁夹具制动轴，每个夹具支座上设置有滑槽，且自锁夹具制动轴设置在对应的一对滑槽中，上自锁夹具模块的一个自锁夹具与下自锁夹具模块的一个自锁夹具之间、上自锁夹具模块的另一个自锁夹具与下自锁夹具模块的另一个自锁夹具之间分别设置有一块试验板材，且每块实验板材均依次绕过对应自锁夹具自锁主夹具、自锁夹具制动轴和自锁副夹具。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述拉伸加载装置模块的底座包括左底座和右底座，左底座和右底座均是X型结构。

2.所述左导轨和右导轨上表面均设置有凹槽，上自锁夹具滑行安装基座的下端对称设置有两个与对应凹槽配合的左副轨和右副轨。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明相比其它已有发明有明显的技术改进和提升。本发明主要包含上自锁夹具模块、剪切加载装置模块、拉伸加载装置模块、弯曲加载装置模块以及下自锁夹具模块等五大主要部分组成。本发明中剪切加载模块、拉伸加载模块、弯曲加载模块等结构相对简单，通过调节各模块中蜗杆旋钮能够简便的实现多种加载功能，同时通过改进加载方式，由传统的点加载局部加载方式改进为轴面加载方式，极大的减小了因点加载局部应力集中对试验结果的影响。本发明中的自锁装置通过主副夹具夹牢后，夹具制动轴在拉伸载荷作用下与试件压实，通过摩擦力可以实现板型试件牢固的自锁式装夹。另外本发明装置的对称性设计也可以同时对两种超弹性软板材或含不同缺陷的同种超弹性软板材进行对比试验研究。本发明操作简单、造价低廉、性能稳定、适用性广，可轻易实现对超弹性软板材的拉、剪、扭及其复合加载方式。

附图说明

图1为发明专利的总体结构示意图；

图2a为自锁夹具结构示意图，图2b是自锁夹具工作原理示意图；

图3为剪切加载装置模块结构示意图；

图4为拉伸加载装置模块结构示意图；

图5为弯曲加载装置模块结构示意图。

附图标记包括：

1、上自锁夹具(含两个)，2、剪切加载装置模块，3、拉伸加载装置模块，4、弯曲加载装置模块，5、下自锁夹具(含两个)；

1-1、自锁夹具左支座，1-2、自锁副夹具，1-3、自锁主夹具，1-4、自锁夹具右支座，1-5、自锁夹具制动轴，1-6、自锁副夹具轴截面，1-7、自锁夹具制动轴截面，1-8、试验板材截面，1-9、自锁主夹具轴截面；

2-1、上自锁夹具滑行安装基座，2-2、剪切加载模块滑行基座左副轨，2-3、剪切加载模块滑行基座左导轨，2-4、剪切加载模块滑行基座螺旋块，2-5、剪切加载模块滑行基座蜗杆，2-6、剪切加载模块滑行基座右导轨，2-7、剪切加载模块滑行基座右副轨，2-8、剪切加载模块滑行基座蜗杆旋钮，2-9、剪切加载模块滑行基座固定块；

3-1、拉伸加载模块固定座A，3-2、外叉杆，3-3、内叉杆，3-4、拉伸加载模块固定座B，3-5、拉伸加载模块下平台面，3-6、拉伸加载模块下平台面连接板一，3-7、拉伸加载模块左底座，3-8、拉伸加载模块右底座，3-9、拉伸加载模块下平台面连接板二，3-10、拉伸加载模块滑行下座，3-11、拉伸加载模块底座固定滑行架，3-12、拉伸加载模块蜗杆，3-13、拉伸加载模块蜗杆旋钮，3-14、拉伸加载模块滑行上座，3-15、拉伸加载模块基座固定滑行架，3-16、拉伸加载模块上平台面；

4-1、弯曲加载模块右翻转架，4-2、弯曲加载模块左翻转架，4-3、装置接地底座，4-4、弯曲加载模块底座固定块A，4-5、弯曲加载滑动块，4-6、弯曲加载模块底座固定块B，4-7、弯曲加载模块蜗杆，4-8、弯曲加载模块蜗杆旋钮，4-9、弯曲加载支撑杆，4-10、弯曲加载模块基座固定块，4-11、弯曲加载模块基座平面。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

参见图1至图5，一种超弹性软板材平面内拉剪弯加载装置，包括上自锁夹具模块(含两个自锁夹具)1，剪切加载装置模块2，拉伸加载装置模块3，弯曲加载装置模块4，下自锁夹具模块(含两个自锁夹具)5。其中上自锁夹具模块(含两个自锁夹具)1固定安装在上自锁夹具滑行安装基座2-1上，下自锁夹具模块(含两个自锁夹具)5固定安装在弯曲加载模块基座平面4-11底面上，也即所述上、下自锁夹具模块均包含左右两个对称的自锁夹具，每个自锁夹具装置由自锁夹具左支座1-1、自锁副夹具1-2、自锁主夹具1-3、自锁夹具右支座1-4、自锁夹具制动轴1-5等组合而成，自锁主夹具、自锁副夹具安装在自锁夹具支座固定位置并能灵活转动，自锁夹具制动轴安装在自锁夹具支座上，即可自由转动同时能够沿特定角度滑动。上下夹具模块配合使用可进行安装两块试验板材，方便对比。

所述剪切加载装置模块安装在上自锁夹具模块下方，由上自锁夹具滑行安装基座2-1、剪切加载模块滑行基座左副轨2-2、剪切加载模块滑行基座左导轨2-3、剪切加载模块滑行基座螺旋块2-4、剪切加载模块滑行基座蜗杆2-5、剪切加载模块滑行基座右导轨2-6、剪切加载模块滑行基座右副轨2-7、剪切加载模块滑行基座蜗杆旋钮2-8、剪切加载模块滑行基座固定块2-9等构件连接组合构成了该发明装置的剪切加载模块。上自锁夹具滑行安装基座下表面通过螺钉安装剪切加载模块滑行基座左、右副轨、剪切加载模块滑行基座螺旋块、剪切加载模块滑行基座固定块等构件，剪切加载模块滑行基座左、右导轨通过螺钉安装在拉伸加载模块上平台面，剪切加载模块滑行基座蜗杆一端安装在剪切加载模块滑行基座固定块中，另一端连接剪切加载模块滑行基座蜗杆旋钮，

所述拉伸加载装置模块连接剪切加载模块并在其下方，拉伸加载装置模块由拉伸加载模块固定座A3-1、外叉杆3-2、内叉杆3-3、拉伸加载模块固定座B3-4、拉伸加载模块下平台面3-5、拉伸加载模块下平台面连接板一3-6、拉伸加载模块左底座3-7、拉伸加载模块右底座3-8、拉伸加载模块下平台面连接板二3-9、拉伸加载模块滑行下座3-10、拉伸加载模块底座固定滑行架3-11、拉伸加载模块蜗杆3-12、拉伸加载模块蜗杆旋钮3-13、拉伸加载模块滑行上座3-14、拉伸加载模块基座固定滑行架3-15、拉伸加载模块上平台面3-16连接组合而成。拉伸加载模块基座固定滑行架、拉伸加载模块固定座A安装在拉伸加载模块上平台面底面，拉伸加载模块滑行上座安装在拉伸加载模块基座固定滑行架中，外叉杆、内叉杆上端分别连接拉伸加载模块固定座A和拉伸加载模块滑行上座，下端分别连接拉伸加载模块滑行下座和拉伸加载模块固定座B，拉伸加载模块滑行下座安装在拉伸加载模块底座固定滑行架中，拉伸加载模块蜗杆一端连接拉伸加载模块蜗杆旋钮一端穿过拉伸加载模块滑行下座安装在拉伸加载模块底座固定滑行架中，拉伸加载模块底座固定滑行架和拉伸加载模块固定座B安装在拉伸加载模块下平台面，拉伸加载模块左、右底座通过拉伸加载模块下平台面连接板一、二安装在拉伸加载模块下平台面底面，

所述弯曲加载装置模块位于该发明装置的底部部分，处于接地底座与拉伸加载模块之间。弯曲加载模块由弯曲加载模块右翻转架4-1、弯曲加载模块左翻转架4-2、装置接地底座4-3、弯曲加载模块底座固定块A4-4、弯曲加载滑动块4-5、弯曲加载模块底座固定块B4-6、弯曲加载模块蜗杆4-7、弯曲加载模块蜗杆旋钮4-8、弯曲加载支撑杆4-9、弯曲加载模块基座固定块4-10、弯曲加载模块基座平面4-11等连接构成。弯曲加载模块底座固定块A、弯曲加载滑动块、弯曲加载模块底座固定块B安装在装置接地底座上，弯曲加载模块蜗杆一端连接弯曲加载模块蜗杆旋钮另一端穿过弯曲加载滑动块连接弯曲加载模块底座固定块A，弯曲加载支撑杆底端连接弯曲加载滑动块，上端连接弯曲加载模块基座固定块，弯曲加载模块基座平面上安装有弯曲加载模块基座固定块、弯曲加载模块左、右翻转架和左右两下自锁夹具。

本发明装置整体采用低碳钢(45#钢)进行加工，夹具部分采用铝合金进行加工，加工完成后，除夹具部分整体进行发黑。

本发明加载装置在工作时，首先将拉伸加载模块上平台面3-16调节到最低量程位置,将弯曲加载模块基座平面4-11调节到水平位置，然后将超弹性软板材试验材料板穿过自锁副夹具1-2和自锁主夹具1-3之间的空隙，然后绕过自锁夹具制动轴1-5再通过自锁副夹具1-2和自锁主夹具1-3之间的空隙穿出，自锁夹具制动轴1-5在拉伸载荷作用下与试件压实，可以实现带型试件牢固的自锁式装夹。本发明装置含有4个自锁夹具，当试件在自锁夹具装置装夹完毕后，可通过单独旋转剪切加载模块滑行基座蜗杆旋钮2-8使上自锁夹具滑行安装基座2-1滑动从而实现对试件的剪切加载。可通过单独旋转拉伸加载模块蜗杆旋钮3-13控制拉伸加载模块上平台面3-16向上移动，从而实现对试件的拉伸加载。可通过单独旋转弯曲加载模块蜗杆旋钮4-8控制弯曲加载模块基座平面4-11翻转，从而实现对试件的弯曲加载。另外还可以同时旋转剪切加载模块滑行基座蜗杆旋钮2-8、拉伸加载模块蜗杆旋钮3-13、弯曲加载模块蜗杆旋钮4-8三个旋钮的任意两个或同时旋转三个旋钮实现对试件的组合加载形式。

综上，本发明可通过位移变化实现对超弹性软板材的剪切、拉伸、弯曲及其组合加载。同时该发明装置加载形式的的设计采用面加载方式，极大的减小了点加载方式易产生局部应力集中的误差，整个装置的设计采取左右对称方式，上、下自锁夹具模块均包含两个自锁夹具，这使得该发明装置可同时对两种超弹性软板材或含不同缺陷的同种超弹性软板材进行对比试验研究。