一种具有椭圆弧过渡段的单轴拉伸狗骨试件及其模具的制作方法

本实用新型涉及混凝土单轴拉伸试验技术领域，尤其涉及一种具有椭圆弧过渡段的单轴拉伸狗骨试件及其模具。

背景技术：

在混凝土强度测试中，为获得混凝土材料的抗拉强度，通常采用的方法是单轴拉伸试验，目前内外学者已开展了大量的直拉试验，而且单轴拉伸还可以获得应力—应变关系。进行单轴拉伸试验的试件形状有很多种，主要有狗骨型、圆柱体、棱柱体等。

狗骨试件形状与尺寸对试验成功率有较大的影响，我国目前还未有统一的相关标准，国外目前也是也只是在一些指南中给出了形状并没给出具体尺寸，这些指南的不统一性也影响了试验的成功率。如图1所示，狗骨试件沿长度及宽度方向对称，狗骨试件包括中间宽度较小的拉伸部及拉伸部两端宽度较大的固定部，现有的狗骨试件，其拉伸部和固定部之间的过渡段为倒角过渡，两固定部之间的区域呈梯形，由于横截面的突变。导致这种狗骨试件在进行拉伸试验时，拉伸部和固定部的连接处容易出现较大的应力集中现象，均匀应力段较短，从而导致拉伸试验的失败，降低了试验的成功率。

因此，如何减轻狗骨试件在拉伸试验中的应力集中现象，增长均匀应力段的长度，提高拉伸试验的成功率，成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本实用新型要解决的技术问题是：如何减轻狗骨试件在拉伸试验中的应力集中现象，增长均匀应力段的长度，提高拉伸试验的成功率。

为了解决现有技术中的问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种具有椭圆弧过渡段的单轴拉伸狗骨试件，包括拉伸部及拉伸部两端的固定部，固定部的宽度大于拉伸部的宽度，拉伸部与固定部之间具有椭圆弧型的过渡段，所述椭圆弧所在椭圆的焦点在狗骨试件之外。

优选地，所述椭圆弧所在椭圆的长轴方向与单轴拉伸狗骨试件的长度方向相平行，所述椭圆弧所在椭圆的焦点位于固定部宽度方向的直线型侧边所在的直线上，所述椭圆弧为90度圆弧。

优选地，狗骨试件固定部的宽度为60mm，拉伸部的宽度为30mm，拉伸部的长度为80mm，所述椭圆弧所在椭圆的长轴为80mm，短轴为30mm，所述椭圆通过公式确定，x为沿长轴方向的坐标，y为沿短轴方向的坐标，坐标系原点为椭圆的中心点。

一种具有椭圆弧过渡段的单轴拉伸狗骨试件的模具，所述模具包括底板和盖板，所述底板为平面板，所述盖板上设有与具有椭圆弧过渡段的单轴拉伸狗骨试件形状相匹配的铸造槽，所述铸造槽为通槽，所述狗骨试件的厚度方向与所述铸造槽的深度方向相同，底板上设有第一螺纹孔，盖板上设有与第一螺纹孔正对的第一通孔，底板和盖板通过螺纹连接件相连，所述狗骨试件包括拉伸部及拉伸部两端的固定部，固定部的宽度大于拉伸部的宽度，拉伸部与固定部之间具有椭圆弧型的过渡段，所述椭圆弧所在椭圆的焦点在狗骨试件之外。

优选地，所述椭圆弧所在椭圆的长轴方向与单轴拉伸狗骨试件的长度方向相平行，所述椭圆弧所在椭圆的焦点位于固定部宽度方向的直线型侧边所在的直线上，所述椭圆弧为90度圆弧。

优选地，狗骨试件固定部的宽度为60mm，拉伸部的宽度为30mm，拉伸部的长度为80mm，所述椭圆弧所在椭圆的长轴为80mm，短轴为30mm，所述椭圆通过公式确定，x为沿长轴方向的坐标，y为沿短轴方向的坐标，坐标系原点为椭圆的中心点。

优选地，所述盖板整体呈矩形环状，所述盖板包括两盖板组件，两盖板组件沿两拼接面拼接成所述盖板。

优选地，所述拼接面在盖板长边与短边的连接处，两拼接面相对于盖板的中心中心对称，所述拼接面与盖板的长边或短边相平行，若所述拼接面与盖板的长边相平行，则盖板的长边上的拼接面的截面上设有第二通孔，盖板的短边上的拼接面的截面上设有与第一通孔相匹配的第二螺纹孔；若所述拼接面与盖板的短边相平行，则盖板的短边上的拼接面的截面上设有第二通孔，盖板的长边上的拼接面的截面上设有与第一通孔相匹配的第二螺纹孔。

优选地，拼接面的一侧截面上设置有凸起定位部，另一截面上设置有与凸起定位部相匹配的凹陷定位部。

综上所述，本实用新型公开了一种具有椭圆弧过渡段的单轴拉伸狗骨试件，包括拉伸部及拉伸部两端的固定部，固定部的宽度大于拉伸部的宽度，拉伸部与固定部之间具有椭圆弧型的过渡段，所述椭圆弧所在椭圆的焦点在狗骨试件之外。采用椭圆弧型的过渡段代替了现有技术中的倒角型的过渡段，减轻了狗骨试件在拉伸试验中的应力集中现象，增长了均匀应力段的长度，提高了拉伸试验的成功率。此外，本实用新型还公开了制造上述具有椭圆弧过渡段的单轴拉伸狗骨试件的模具。

附图说明

为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为现有技术中狗骨试件的受力分析图；

图2为本实用新型中具有椭圆弧过渡段的单轴拉伸狗骨试件的受力分析图；

图3为本实用新型中一种具有椭圆弧过渡段的单轴拉伸狗骨试件的模具的盖板剖面示意图；

图4为本实用新型中一种具有椭圆弧过渡段的单轴拉伸狗骨试件的模具的盖板组件剖面示意图；

图5为为本实用新型中一种具有椭圆弧过渡段的单轴拉伸狗骨试件的模具长度方向的剖面示意图；

图6为为本实用新型中一种具有椭圆弧过渡段的单轴拉伸狗骨试件的模具宽度方向的剖面示意图；

图7为为本实用新型中一种具有椭圆弧过渡段的单轴拉伸狗骨试件的模具底板的剖面示意图。

附图标记说明：铸造槽1、第一通孔2、盖板组件3、拼接面4、第二通孔5、第二螺纹孔6、凸起定位部7、凹陷定位部8、底板9、盖板10。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

如图2所示，本实用新型公开了一种具有椭圆弧过渡段的单轴拉伸狗骨试件，包括拉伸部及拉伸部两端的固定部，固定部的宽度大于拉伸部的宽度，拉伸部与固定部之间具有椭圆弧型的过渡段，所述椭圆弧所在椭圆的焦点在狗骨试件之外。

由图1和图2可见，图1中应力最大值出现在拉伸部的端部，试件拉伸部的应力值(2.004MPa)与应力最大值(2.594MPa)相差较大，应力集中效果明显，集中系数达到1.29，这与实际单轴拉伸试验中梯形过渡段狗骨试件从平行拉伸部端部破坏的情况相一致，容易导致拉伸试验失败，不能够得到狗骨试件拉伸部的真实破坏应力和应变。图2中应力最大值不在狗骨试件的拉伸部，且试件拉伸部的应力值(2.005MPa)与应力最大值(2.117MPa)相差不大，应力集中效果不明显，集中系数仅为1.05，这也是试验时想要得到的结果，通过试验可以得到狗骨试件拉伸部的真实应力和应变，试验成功率更高。

图1中梯形过渡段狗骨试件在施加单位压强之后拉伸试验应力均匀段的长度仅为59.30mm，而图2中的椭圆弧过渡段狗骨试件在加载之后应力均匀段的长度75.64mm，均匀段的长度降低了27.6％。也就是说在同等测距条件下，椭圆弧过渡段狗骨试件应力均匀段的区域更大，供裂缝出现的可能性也更大，使得试验的成功率越高。

综上所述，具有椭圆弧过渡段的单轴拉伸狗骨试件在施加同等荷载的条件下，拉伸部的均匀应力不发生明显变化，但是应力集中程度下降明显；同时，应力均匀段的长度增加明显，达到了27.6％，较好的解决了梯形狗骨试件的应力集中的问题，提高了混凝土单轴拉伸试验的成功率。

具体实施时，所述椭圆弧所在椭圆的长轴方向与单轴拉伸狗骨试件的长度方向相平行，所述椭圆弧所在椭圆的焦点位于固定部宽度方向的直线型侧边所在的直线上，所述椭圆弧为90度圆弧。

采用上述设计，过渡段恰好为四分之一的椭圆弧，便于圆弧位置的确定，便于试件的标准化制造。

具体实施时，狗骨试件固定部的宽度为60mm，拉伸部的宽度为30mm，拉伸部的长度为80mm，所述椭圆弧所在椭圆的长轴为80mm，短轴为30mm，所述椭圆通过公式确定，x为沿长轴方向的坐标，y为沿短轴方向的坐标，坐标系原点为椭圆的中心点。采用椭圆形状相对于梯形过渡段，使狗骨拉伸段和狗骨端部光滑连接，降低了狗骨拉伸段端部的应力集中，提高了试验的成功率。

如图3至图7所示，本实用新型还公开了一种具有椭圆弧过渡段的单轴拉伸狗骨试件的模具，所述模具包括底板和盖板，所述底板为平面板，所述盖板上设有与具有椭圆弧过渡段的单轴拉伸狗骨试件形状相匹配的铸造槽，所述铸造槽为通槽，所述狗骨试件的厚度方向与所述铸造槽的深度方向相同，底板上设有第一螺纹孔，盖板上设有与第一螺纹孔正对的第一通孔，底板和盖板通过螺纹连接件相连，所述狗骨试件包括拉伸部及拉伸部两端的固定部，固定部的宽度大于拉伸部的宽度，拉伸部与固定部之间具有椭圆弧型的过渡段，所述椭圆弧所在椭圆的焦点在狗骨试件之外。

在制造狗骨试件时，将盖板采用螺栓固定在底板上，然后进行浇筑，当试件凝固定型后，将盖板与底板分离，取下试件。上述结构的具有椭圆弧过渡段的单轴拉伸狗骨试件的模具具有结构简单，制造成本低的优点。

当盖板为矩形环状时，在本实用新型中，第一螺纹孔和第一通孔可设置在盖板四条边的中间区域。

具体实施时，所述椭圆弧所在椭圆的长轴方向与单轴拉伸狗骨试件的长度方向相平行，所述椭圆弧所在椭圆的焦点位于固定部宽度方向的直线型侧边所在的直线上，所述椭圆弧为90度圆弧。

采用上述设计，过渡段恰好为四分之一的椭圆弧，便于圆弧位置的确定，便于模具的标准化制造。

具体实施时，狗骨试件固定部的宽度为60mm，拉伸部的宽度为30mm，拉伸部的长度为80mm，所述椭圆弧所在椭圆的长轴为80mm，短轴为30mm，所述椭圆通过公式确定，x为沿长轴方向的坐标，y为沿短轴方向的坐标，坐标系原点为椭圆的中心点。采用椭圆形状相对于梯形过渡段，使狗骨拉伸段和狗骨端部光滑连接，降低了狗骨拉伸段端部的应力集中，提高了试验的成功率。

具体实施时，所述盖板整体呈矩形环状，所述盖板包括两盖板组件，两盖板组件沿两拼接面拼接成所述盖板。

本实用新型中盖板采用两个盖板组件拼接而成，两盖板组件可通过螺纹连接、粘接或者在两盖板组件外套设一个与盖板外侧形状相匹配的锁紧环等方式组合成盖板，采用分体式设计的盖板，便于试件凝固后将试件从盖板上进行拆卸。

具体实施时，所述拼接面在盖板长边与短边的连接处，两拼接面相对于盖板的中心中心对称，所述拼接面与盖板的长边或短边相平行，若所述拼接面与盖板的长边相平行，则盖板的长边上的拼接面的截面上设有第二通孔，盖板的短边上的拼接面的截面上设有与第一通孔相匹配的第二螺纹孔；若所述拼接面与盖板的短边相平行，则盖板的短边上的拼接面的截面上设有第二通孔，盖板的长边上的拼接面的截面上设有与第一通孔相匹配的第二螺纹孔。

将拼接面设置在盖板的长边和短边的连接处，则第二通孔的深度较小，便于模具的加工。且两盖板组件形状完全相同，便于盖板组件的制造。

具体实施时，拼接面的一侧截面上设置有凸起定位部，另一截面上设置有与凸起定位部相匹配的凹陷定位部。

如图3所示，凸起定位部可以是一个三角形凸起，凹陷定位部是一个三角形凹陷。通过凸起定位部和凹陷定位部的相互配合，可以在组装盖板时实现盖板组件的相互定位，并且，还可以消除第二通孔和第二螺纹孔通过螺纹连接时因螺纹间隙造成误差。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过参照本实用新型的优选实施例已经对本实用新型进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围。