一种编制类材料拉伸力学性能测试装置及方法与流程

本发明属于材料科学、固体力学技术领域，尤其涉及一种编制类材料拉伸力学性能测试装置及方法，应用于编制类材料(安全带等)的准静态和动态拉伸力学性能测试与分析。

背景技术：

航空安全带是水平冲击条件下保护乘员的关键部件，同时作为乘员约束系统，广泛应用于航空、航天、汽车、高空作业等领域，可有效减小乘员损伤几率，降低乘员伤害程度。安全带这类编制类材料在冲击载荷作用下的力学性能和失效模式不同于准静态加载，因此有必要对这类编制类材料开展不同应变率下的材料动态力学性能研究。

目前，国内外比较少见安全带动态拉伸力学性能实验装置和实验方法。安全带准静态拉伸力学性能的获取则主要是通过砂布夹持安全带织带两端以进行拉伸，该方法织带加持端载荷较难控制，且比较容易出现夹持端织带滑动现象，致使实验所得安全带的准静态拉伸力学性能不准确。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种编制类材料拉伸力学性能测试装置及方法，满足编制类材料的准静态和动态拉伸力学性能测试与分析，解决现阶段材料准静态拉伸力学性能获取准确性低、动态拉伸力学性能准确较难获取的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

技术方案一：

一种编制类材料拉伸力学性能测试装置，所述装置包括：材料试验机，所述材料试验机上设置有上夹持端口和下夹持端口；所述装置还包括：上夹持端、下夹持端、上固定螺母、上连接螺栓、下固定螺母和下连接螺栓；

所述上夹持端通过夹持方式与材料试验机上的上夹持端口连接，所述下夹持端通过夹持方式与材料试验机上的下夹持端口连接；

实验件两端设置有通孔，分别记为上通孔和下通孔；

所述上连接螺栓穿过上通孔，并通过上固定螺母将实验件一端连接在上夹持端的底座上；所述下连接螺栓穿过下通孔，并通过下固定螺母将实验件另一端连接在下夹持端的底座上。

本发明技术方案一的特点和进一步的改进为：

(1)所述装置还包括：导向杆和定位螺栓；

所述导向杆一侧端口穿过下夹持端底座，所述导向杆另一侧端口抵住上夹持端底座；

所述定位螺栓通过螺纹作用，将所述导向杆一侧端口连接于下夹持端的底座。

(2)所述导向杆为四根相同的长杆，四根长杆分别通过对应的定位螺栓均匀固定在下夹持端的底座上。

(3)所述材料试验机上还设置有作动缸、运动轴；其特征在于，

所述运动轴与所述上夹持端口连接；

所述上夹持端设置有加速段，用于材料试验机上运动轴的加速。

(4)所述材料试验机上还设置有载荷传感器和位移传感器；

所述位移传感器设置在运动轴上，所述载荷传感器设置在下夹持端口下面。

(5)所述装置还包括：高速摄像机、第一控制器、光源以及第二控制器；

所述高速摄像机的控制端与所述第一控制器连接；

所述光源的控制端与所述第二控制器连接；

其中，所述高速摄像机的摄像头对准所述实验件；

所述光源对准所述实验件。

技术方案二：

(1)一种编制类材料拉伸力学性能测试方法，所述测试方法采用技术方案一所述的测试装置完成，当测试编制类材料在准静态拉伸情况下的力学性能时，所述方法包括：

通过夹持方式，固定下夹持端与材料试验机的下夹持端口；

由下连接螺栓穿过下夹持端和实验件一端，并经下固定螺母将下夹持端和下连接螺栓相连；

将上夹持端夹持于材料试验机的上夹持端口；

打开并调整光源和高速摄像机，通过第一控制器记录实验件的拉伸状态；

开始实验，运动轴沿作动缸向上运动；

通过材料实验机自带的载荷传感器和位移传感器，测试实验件的拉伸载荷和拉伸位移。

(2)一种编制类材料拉伸力学性能测试方法，所述测试方法采用技术方案一所述的测试装置完成，当测试编制类材料在动态拉伸情况下的力学性能时，所述方法包括：

通过夹持方式，固定下夹持端与材料实验机的下夹持端口；

由下连接螺栓穿过下夹持端和实验件一端，并经下固定螺母将下夹持端和下连接螺栓相连；

将导向杆穿过下夹持端，并由定位螺栓将其固定于下夹持端上；

动态拉伸时，将导向杆端口抵住上夹持端，并由上连接螺栓穿过上夹持端和实验件另一端，并采用上固定螺母连接上夹持端和上连接螺栓；

调整导向杆位置，使实验件处于自然伸直状态；

打开并调整光源和高速摄像机，通过第一控制器记录实验件的拉伸状态；

开始实验，运动轴沿作动缸向上运动；动态拉伸时，上夹持端口加速后夹持住材料试验机的上夹持端；

通过材料试验机上的载荷传感器和位移传感器，测试实验件的拉伸载荷和拉伸位移。

本发明提供了一种编制类材料拉伸力学性能实验测试装置与方法，用于编制类材料的准静态和动态力学性能测试与分析，涉及材料科学、固体力学等领域。本发明技术方案基于常规材料实验机，通过连接螺栓实现实验件与材料实验机之间的连接，并通过材料实验机自带的载荷传感器和位移传感器获得不同速率下编制类材料的拉伸力学性能，该实验测试装置包括上夹持端、下夹持端、固定螺母、连接螺栓、导向杆、定位螺栓等部分。本发明技术方案易于操作实现，实验效率高，对实验件尺寸无特殊要求，便于观察实验件变化，可应用于不同拉伸速率下编制类材料拉伸力学性能的测试与分析，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种编制类材料拉伸力学性能实验测试装置结构示意图一；

图2是本发明实施例提供的一种编制类材料拉伸力学性能实验测试装置结构示意图二；

其中，1-材料实验机；2-作动缸；3-运动轴；4-上夹持端口；5-上夹持端；6-固定螺母；7-实验件；8-定位螺栓；9-下夹持端口；10-力传感器；11-连接螺栓；12-导向杆；13-下夹持端；14-高速摄像机；15-第一计算机；16-光源；17-控制计算机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种编制类材料拉伸力学性能实验测试装置，如图1和图2所示，该装置包括上夹持端、下夹持端、固定螺母、连接螺栓、导向杆、定位螺栓等部分。

上夹持端(5)通过夹持方式与材料实验机(1)的上夹持端口(4)连接，其长度部分作为材料实验机(1)运动轴(3)的加速段，以实现不同速率的加载；准静态拉伸时，材料实验机(1)上夹持端口(4)直接夹持住实验装置的上夹持端(5)；下夹持端(13)夹持于材料实验机(1)下夹持端口(9)，以固定该实验测试装置主体部分；

固定螺母(6)和连接螺栓(11)分为两套，各作用在上夹持端(5)和下夹持端(13)，用以和实验件(7)进行连接；该实验件(7)形状类似于“手铐”，连接螺栓(11)可穿过实验件两端的小孔，并通过螺纹经固定螺母(6)分别固定在实验装置两端；

导向杆(12)横穿下夹持端(13)，一侧端口抵住上夹持端(5)，以在实验初始阶段支撑上夹持端(5)的自身重量(这是因为动态材料实验机(1)上夹持端口(4)存在加速段，实验前其并不能夹持或夹紧实验装置的上夹持端(5)，且考虑到编制类材料柔软，其自身并不能支撑上夹持端(5)的重量，这点不同于金属类材料，因此实验初始需要依靠导向杆(12)支撑上夹持端(5)的自身重量，否则在重力作用下，上夹持端(5)将和下夹持端(13)贴紧，实验件(7)无法处于自然伸直状态)；定位螺栓(8)通过螺纹作用，连接于下夹持端(13)，以固定导向杆(12)，实现上夹持端(5)和下夹持端(13)间的距离控制，实质上是为满足各类实验件(7)的长度需求；然准静态拉伸材料实验机不存在此类问题，因此不需要导向杆(12)和定位螺栓(8)。

本发明实施例还提供一种编制类材料拉伸力学性能实验测试方法，所述方法包括如下步骤：

(1)通过夹持方式，固定下夹持端与材料实验机的下夹持端口；

(2)由连接螺栓穿过下夹持端和实验件一端，并经固定螺母将下夹持端和连接螺栓相连；

(3)(准静态拉伸实验不需要)将导向杆横穿下夹持端，并由定位螺栓将其固定于下夹持端上；

(4)动态拉伸时，将上夹持端轻抵住导向杆端口，并由连接螺栓穿过上夹持端和实验件另一端，同时采用固定螺母连接上夹持端和连接螺栓；准静态拉伸时，直接将上夹持端夹持于材料实验机的上夹持端口；

(5)(准静态拉伸实验不需要)调整导向杆位置，使实验件处于自然伸直状态；

(6)打开并调整光源和高速摄像机，同时通过第一计算机观察和记录实验件状态；

(7)打开控制计算机和材料实验机；

(8)开始实验，运动轴沿作动缸向上运动；动态拉伸时，上夹持端口加速后夹持住实验装置的上夹持端；

(9)通过材料实验机自带的力传感器和位移传感器，测试实验件的拉伸载荷和拉伸位移；

(10)实验结束，关闭高速摄像相机、光源、材料实验机等装置。

本发明技术方案针对编制类材料的准静态和动态力学性能测试与分析，实现了编制类材料准静态和动态力学性能的准确测试与获取等技术问题，为编制类材料拉伸实验的发展引入了新的思路，具有广阔的应用前景。