双向可调比例加载装置的制作方法

本实用新型涉及双向加载试验技术领域，尤其涉及一种双向可调比例加载装置。

背景技术：

双向加载试验在目前还没有形成规范统一的方法，目前，多数双向加载试验是用两个或多个独立的加载系统对试样进行双轴加载实验，这也是很多该领域的学者研究的重点，但这种方法也存在一定的固有缺陷。

根据试样的材料类型可将试样大致分为钢材等硬度较高的材料及橡胶等软材料。软材料是介于固体和理想流体之间的一类特殊材料，其柔韧、耐磨、绝热绝缘等优良特性使得它在航空航天、工业工程等方面有着广泛应用背景。但软材料具有复杂的力学性质，施加小载荷即产生较大变形。在研究过程中若要对软材料施加载荷，如进行拉伸或压缩操作，因其大变形失稳的性质，加载方式与测量方式都成为技术难题。

现有的双向加载装置大部分是用独立加载系统对十字形的硬质材料进行加载实验，这种方法虽然可对硬质材料试样进行任意比例的加载，但是实验对象单一，且在一般情况下同步性较差。同时设备结构复杂，制作成本较高，实验条件苛刻，因而这种方法适用范围较小。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供了一种双向可调比例加载装置，以实现有效的对试样进行双向同时同步受拉或受压。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。

本实用新型提供了如下方案：

一种双向可调比例加载装置，包括：连接钢板、空心圆筒、施力杆、连接钢杆和十字形部件；

每个连接钢板的两端分别连接一个空心圆筒，四个空心圆筒及四块连接钢板组成所示装置的框架，四根顶端放置压力传感器的施力杆分别放置在一个空心圆筒内，空心圆筒的上下两端开槽，每根施力杆的上端通过空心圆筒的上端开槽与一根连接钢杆铰接，每根施力杆的下端通过空心圆筒的下端开槽与一根连接钢杆铰接，上下各四根连接钢杆分别铰接于一个十字形部件；

在所述装置中央放置试样，在加载过程中，所述施力杆向所述试样的体心移动，对所述试样进行位移加载。

进一步地，所示装置为上下对称结构。

进一步地，所示施力杆的形状为圆形。

进一步地，所示施力杆与所述空心圆筒之间做光滑处理。

进一步地，所示连接钢杆可拆卸安装，并且长度可调。

进一步地，所述十字形部件上下移动，和所述十字形部件连接的四根连接钢杆带动四根施力杆同步在水平面内x向和y向朝着或远离装置中心移动，放置在装置中央的试样受到双向同步的位移加载。

进一步地，根据不同方向所需的加载比例，计算出连接钢杆的长度，同一方向上的两根连接钢杆的长度一样，用所述长度的连接钢杆更换原先安装的连接钢杆。

进一步地，所述施力杆和所述压力传感器粘接。

由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的装置用一种简单的连接机构实现对软硬不同材料所制试样的双向拉伸或压缩加载，利用了对称性能做到双向同步加载。本实用新型实施例提供的装置中的连接钢杆可拆卸，可以更换不同尺寸的连接钢杆，改变不同方向的加载比例，也可满足不同形状试样的要求，运用范围广。施力杆上每个方向均可以放置压力传感器，能直接读出每个方向的受力大小。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种双向可调比例加载装置的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的一种双向可调比例加载装置的俯视图；

图3为本实用新型实施例提供的一种双向可调比例加载装置的剖视图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。

本实用新型实施例提供了一种双向可调比例加载装置，该装置本着经济、便携、简单的原则解决了上述问题，能在万能试验机的配合下完成对软材料及载荷要求不高的硬质材料进行双向拉伸或压缩同步比例加载实验。

本实用新型实施例提供的双向可调比例加载装置的结构如图1所示，该装置的俯视图如图2所示，该装置的剖视图如图3所示。包括连接钢板1-1、空心圆筒1-2、施力杆1-3、连接钢杆1-4和十字形部件1-5，上述施力杆1-3为承力杆，通过位移对试样加载，施力杆1-3的形状可以为圆形。连接钢杆1-4连接空心圆筒1-2内的施力杆1-3及顶端十字形部件1-5，连接钢杆1-4的长度可调。试样放置在装置中央，四根施力杆同时向装置中心(同时也是试样的体心)移动，对试样进行位移加载。试样的四个侧面均会受压。

试样与施力杆连接方式：准备四块小钢片，钢片其中一面的中心有一个小凹槽刚好可以卡在压力传感器上，另一表面与试样一个侧面接触以使试样侧面受力均匀。(只需保证钢片在加载过程中不会晃动即可)。

为使受力平衡将该装置设计为上下对称结构，每个连接钢板1-1的两端分别连接一个空心圆筒1-2，四个空心圆筒1-2及四块连接钢板1-1组成装置的框架。四根顶端放置压力传感器的施力杆1-3分别放置在一个空心圆筒1-2内，施力杆1-3与空心圆筒1-2之间做光滑处理。空心圆筒1-2的上下两端开槽，每根施力杆1-3的上端通过空心圆筒1-2的上端开槽与一根连接钢杆1-4铰接，每根施力杆1-3的下端通过空心圆筒1-2的下端开槽与一根连接钢杆1-4铰接。上下各四根连接钢杆1-4分别铰接于一个十字形部件1-5。

十字形部件1-5的上下移动，通过连接钢杆1-4带动空心圆筒1-2内的施力杆1-3同时同步在水平面内朝着或远离装置中心移动，这样放置在结构中央的试样就会受到双向同步的位移加载，若是对试样进行拉伸操作则需在施力杆1-3上放置夹持装置。

施力杆1-3收到的拉力的大小直接由传感器读出，施力杆1-3位移的大小根据几何关系以及试验机读数可以求得。若想要获得除一比一以外的其他加载比例，只需调整连接钢杆1-4的长度。由几何关系可知在加载过程中，当顶端十字形部件1-5移动一定距离时，不同长度的连接钢杆1-4所带动的施力杆1-3的移动距离是不同且已知的，因此两个方向的位移加载比例是可调且可控的，从而实现双向不同比例加载。

本实用新型实施例的装置主要实验对象是软材料，同时也适用于载荷要求不高的硬质材料的拉伸和压缩。对于硬度不同的试样：

(1)针对橡胶等软材料：施力杆的位移范围较大，满足软材料大变形响应下的加载条件。

(2)针对钢材等硬质材料：更换连接钢杆，加大其刚度即可。

本实用新型实施例的装置利用对称结构利用连接钢杆对试样进行双向同时同步受拉或受压，假设试样为立方结构，以试样体心为坐标原点建立空间直角坐标系，z轴向上，双向即为x向和y向，即利用连接钢杆对试样进行x向和y向的同步受拉或受压。

根据不同方向所需的加载比例，计算出可拆卸连接钢杆的长度，用该长度的连接钢杆更换原先安装的连接钢杆，保证初始加载比例以满足需求。根据计算结果可把初始比例看作整个过程中的加载比例，而引起的误差较小，这样就实现了不同加载比例的需要。x向或者y向同一方向上的两根连接钢杆长度必须一样，不同方向可以不一样。简单来说，相邻的两根连接钢杆长度可以不同，相对的两根连接钢杆长度必须相同。

综上所述，本实用新型实施例提供的装置用一种简单的连接机构实现对软硬不同材料所制试样的双向拉伸或压缩加载，利用了对称性能做到双向同步加载。

本实用新型实施例提供的装置中的连接钢杆可拆卸，可以更换不同尺寸的连接钢杆，改变不同方向的加载比例，也可满足不同形状试样的要求，运用范围广。施力杆上每个方向均可以放置压力传感器，能直接读出每个方向的受力大小。压力传感器与施力杆之间为粘接结构。

本实用新型实施例提供的装置外形美观，原理简单，与万能试验机配合使用，操作方便，经济实用。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。