软材料周期结构压缩试验机的制作方法

本发明涉及一种软材料周期结构单/双向压缩试验机，尤其适用于软材料周期结构，用于分析软材料周期结构受到单向或双向压缩后的变形情况。

背景技术：

在分析软材料周期结构在受压发生有限变形时，需要进行加载实验以验证理论与数值仿真结果是否正确。通常利用现在商用的拉伸试验机并结合定制的压头能完成单向压缩实验，针对双向不同比例(如双向等比例加载)试验，用传统的拉伸试验机很难实现，往往需要特别定制加载仪器，通常利用两条垂直滑轨以及四块压头组合来实现双向压缩。因此，现阶段针对软材料周期结构压缩加载的试验机难以实现一机多用，即不能方便地实现单向和双向压缩两种加载方式，适用性较差；其次传统的设备无法实现利用单一轨道实现双向加载，制作成本高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：

利用单一轨道，实现利用单方向压头运动联动与其垂直方向的压头的同时运动，实现双向压缩功能；利用简单的压头设计，就能实现单向、双向不同比例的压缩实验，实现一机多用功能。

本发明所采用的技术方案是：

一种软材料周期结构压缩试验机，其特征在于，包括骨架、上滑台、下滑台、上压头、下压头、左压头、右压头、水平固定块、数显卡尺；

骨架上装有竖直的滚珠丝杆和两条金属滑轨，上滑台与下滑台贯穿于两条金属滑轨和滚珠丝杆上，上压头固定于上滑台上，下压头固定于下滑台上，左压头上开有两条沿水平面对称的斜槽，左压头上部斜槽与x轴的夹角为α，0°<α＜90°，右压头与左压头结构相同且对称分设于骨架左右两侧，左压头和右压头分别通过螺杆穿过斜槽与上压头和下压头联结，并通过螺母固定；

水平固定块固定于骨架上，水平固定块上设有水平的金属杆，金属杆穿过左、右压头，可使左、右压头仅沿金属杆滑动；

数显卡尺的轨道固定于骨架上，数显卡尺的位移显示器固定于上滑台或下滑台上；

滚珠丝杆与手轮相连，通过转动手轮转动，实现滚珠丝杆的转动，滚珠丝杆上半部分和下半部分的螺纹转向相反。

上述技术方案中，开槽角度α决定了双向加载时的加载比例，例如开槽角度α为45度时，能实现竖直方向和水平方向1：1的位移加载，即上压头和下压头移动的距离与左压头和右压头移动的距离每时每刻都相同。α也可根据具体需要取其他值。

进一步的，所述的骨架下设有一块固定板，用于与光学平台固定。

进一步的，所述软材料周期结构压缩试验机的上压头、下压头、左压头和右压头均可通过3d打印技术制成，打印耗材为pla(聚乳酸)，相对与软材料而言具有足够的刚度。

进一步的，所述的水平固定块上设有水平滑槽，金属杆的端部穿过水平滑槽通过螺母固定。

本发明的有益效果为：

(1)左压头、右压头、上压头、下压头均可根据被测试件的尺寸、加载比例的要求设计并通过3d打印制成，制作方便，成本节约；

(2)通过上、下、左、右压头构成的转化机构的设计，实现利用单一轨道，完成单方向压头运动的同时联动与其垂直方向的压头的运动；

(3)通过改变左压头和右压头开槽的角度可以实现不同加载比例的双向压缩；

(4)通过螺母、金属杆、压头连接的方式，方法拆卸、组装，能够快速实现不同测试要求的压缩试验，如：将左压头和右压头以及相关连接件去除，可以直接实现单向压缩功能。

附图说明

图1是本发明的软材料周期结构压缩试验机对应双向压缩使用情况的轴测图；

图2是本发明的软材料周期结构压缩试验机对应双向压缩使用情况的正视图；

图3是本发明的软材料周期结构压缩试验机对应单向压缩使用情况的轴测图；

图4是本发明的软材料周期结构压缩试验机去除压头以及连接件后结构的轴测图；

图5是本发明的软材料周期结构压缩试验机的水平固定块与骨架连接示意图；

图6是本发明的软材料周期结构压缩试验机左压头轴测图；

图7是本发明的软材料周期结构压缩试验机左压头正视图及其开槽角度示意图。

附图标记：1、骨架；2、金属滑轨；3、滚珠丝杆；4、上滑台；5、下滑台；6、螺孔；7、螺栓i；8、上压头；9、下压头；10、螺母i；11、左压头；12、右压头；13、螺栓ii；14、螺母ii；15、数显卡尺；16、位移显示器；17、手轮；18、螺栓iii；19、水平固定块；20、螺母iii；21、金属杆；22、螺母iv；23、固定板。

具体实施方式

本发明的软材料周期结构压缩试验机，包括骨架1、上滑台4、下滑台5、上压头8、下压头9、左压头11、右压头12、水平固定块19、数显卡尺15；骨架1上装有竖直的滚珠丝杆3和两条金属滑轨2，上滑台4与下滑台5贯穿于两条金属滑轨2和滚珠丝杆3上，上压头8固定于上滑台4上，下压头9固定于下滑台5上，左压头上开有两条沿水平面对称的斜槽，左压头上部斜槽与x轴的夹角为α，0°<α＜90°，右压头与左压头结构相同且对称分设于骨架左右两侧，左压头11和右压头12分别通过螺杆13穿过斜槽与上压头8和下压头9联结，并通过螺母14固定；水平固定块19固定于骨架上，上设水平的金属杆21，金属杆21穿过左、右压头，可使左、右压头仅沿金属杆滑动；水平固定架、左、右压头均可拆卸，即可选择性的调节压缩试验机的工作状态，施加单向压缩或施加双向压缩；

滚珠丝杆3与手轮17相连，通过转动手轮17转动，实现滚珠丝杆3的转动，滚珠丝杆3上半部分和下半部分的螺纹转向相反。数显卡尺15的轨道固定于骨架上，数显卡尺的位移显示器16固定于上滑台4或下滑台5上；这样手轮转动位移显示器读数为u，则纵向实际施加位移为2u；双向压缩时，则水平向施加的位移则为2u/tanα。

下面结合具体实施例对本发明的装置工作过程做进一步的说明。

(1)根据被测试样的尺寸以及和双向加载时的加载比例设计合适尺寸的压头(保证未加载时四块压头均能与试件刚好接触到)并3d打印，这里竖直方向位移加载与水平方向位移加载的比例为图7中所示左压头开槽角度α的正切值—tan(α)，如想实现竖直方向和水平方向位移加载的比例是1：1，则设计时将角度α设置为45度。

(2)将加载仪器通过固定板23与光学平台连接。

(3)进行单向压缩试验：装置如图3所示连接，在上压头8的下表面和下压头9的上表面涂上润滑油，以减小被测试样与压头间的摩擦；将试样放在下压头9上表面中央，转动手轮17使得上压头8下表面与试样上表面稍有接触，此时将数显卡尺15上的位移显示器16的位移读数归零；缓慢转动手轮17进行压缩加载，停止转动手轮17即停止加载，记录下位移显示器16读数u，则位移加载的大小为2u，拍摄软材料试样变形后的构型；向压缩加载的反方向转动手轮17，回到初始状态，则完成一组测试；重复上述操作，进行不同加载大小下的单向压缩实验；实验完成后，将试件取下，擦拭压头，将压头和连接件卸下，回到图4状态。

(4)进行双向压缩试验：装置如图1和图2所示连接，在上压头8的下表面、下压头9的上表面、左压头11右表面，右压头12左表面涂上润滑油，以减小被测试样与压头间的摩擦；将试样放在下压头9上表面中央，此时4块压头中间构成的空间恰好能放置被测试件，即上压头8的下表面、下压头9的上表面、左压头11右表面，右压头12左表面分别与被测试件的上表面、下表面、左表面、右表面刚好接触上，此时将数显卡尺15上的位移显示器16的位移读数归零；缓慢转动手轮17进行压缩加载，停止转动手轮17即停止加载，记录下位移显示器16读数u，则竖直方向位移加载的大小为2u，水平方向位移加载的大小为2u/tan(α)；拍摄软材料试样变形后的构型；向压缩加载的反方向转动手轮17，回到初始状态，则完成一组测试；重复上述操作，进行不同加载大小下的单向压缩实验；实验完成后，将试件取下，擦拭压头，将压头和连接件卸下，回到图4状态，解除固定板23与光学平台的连接。

(5)若是要进行不同尺寸和加载比例的压缩实验，重复(1)、(2)、(3)、(4)即可。