一种拉弯耦合的实验装置及实验方法

1.本发明属于实验设备技术领域，尤其涉及一种拉弯耦合实验的实验装置及实验方法。


背景技术：

2.在现实中和工程上，常存在长块状试验件的拉弯耦合载荷工况，但是目前缺乏通用的和简便的设备来完成这项实验。
3.中国专利号为cn111855413a的文件公布了一种复材风扇叶片叶根元件级试样的拉弯耦合强度实验系统，可以适用于对叶根榫头的拉弯耦合强度实验。具体结构如图1所示，该装置包括安装轴1、系统底座2、榫头夹具3、榫头试样件4、横梁拉杆5、叶身夹具6、拉钩7、限位块8、包含力传感器的限位架9、液压缸10、液压缸安装架11、包含力传感器的连杆12。如图2所示，其中，榫头试样件4的一端通过卡在榫头夹具3的卡槽内进行固定，在将榫头试样件4安装在榫头夹具3的卡槽内之后，再安装旋转轴13，旋转轴13设置于轴承上，通过法兰16与榫头夹具3固定从而实现榫头夹具3的旋转功能，而榫头试样件4的另一端与叶身夹具6通过八个螺栓进行固定，叶身夹具6与限位块8通过横梁拉杆5与拉钩7连接。拉钩7与拉伸试验机连接后，微调高度，使试验件榫头部分放入榫槽内，且恰好呈现自然垂落状态。调整横梁拉杆5，使拉伸中心与试样件中心对齐，完成对中。
4.此试验系统结构虽然能完成对试验件拉伸耦合的测量，但是结构较为复杂、拆装麻烦从而影响实验效率、同轴度不高，且需要与特定的试验机进行配套使用。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中结构复杂，效率低，需要与特定的试验机进行配套使用的缺陷，提供一种安装方便、试验效率高且无需与特定试验机配套的一种拉弯耦合的实验装置及实验方法。
6.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
7.一种试验件拉弯耦合的实验装置，包括：拉伸夹具模块，支承模块，所述拉伸夹具模块与所述支承模块相连接；所述拉伸夹具模块包括榫头夹具、旋旋转轴，所述旋旋转轴设置在所述榫头夹具的两侧，所述榫头夹具内侧设有卡槽，所述榫头夹具和所述旋旋转轴一体成型，所述卡槽沿所述旋旋转轴的轴延伸方向至少延伸至其中一个所述旋转轴的端部位置。
8.本技术方案中，卡槽能够沿所述旋转轴方向延伸至至少其中一个旋转轴的端部位置，能够使试验件直接滑入卡槽中，方便试验件的装卸。
9.较佳地，所述卡槽沿所述旋转轴的轴延伸方向分别延伸至两个所述旋转轴的端部位置。
10.本技术方案中，卡槽沿延伸至两个旋转轴的端部相比延伸至某一个端部能够使试验件的固定更加稳定，有利于后续试验结果的准确性。
11.较佳地，所述榫头夹具上的所述卡槽截面形状为锤形、方形、圆形其中的一种。
12.本技术方案中，卡槽的截面有若干个形状可以选择，以适应于不同试验件的端形。
13.较佳地，所述拉伸夹具模块还包括弯矩加载臂，所述拉伸夹具模块还包括弯矩加载臂，所述旋转轴设有第一接插部，所述弯矩加载臂设有第二接插部，所述第一接插部和所述第二接插部相配合连接。
14.本技术方案中，利用榫卯结构，能够限制部件之间向各个方向的扭动，能够保证部件之间的紧固性，装卸方便，避免了使用若干个螺栓连接装卸浪费时间的问题。
15.较佳地，所述第一接插部和第二接插部的形状为六边形。
16.本技术方案中，第一接插部和第二接插部采用六边形，相比于采用其他形状结构更加坚固和稳定。以及当收到挤压时，这些力并不会集中于一点，而是被均匀地分散到每条边上，这样就会减轻作用在每一条边上是压力。
17.较佳地，所述弯矩加载臂包括圆形端和方形端；所述第二接插部设置在圆形端，所述方形端用于与外部加载装置连接。
18.本技术方案中，弯矩加载臂的圆形端和设置在圆形端的第二接插部是为了与旋转轴的形状和设置在旋转轴上的第一接插部相匹配。
19.较佳地，所述弯矩加载臂的数量为两个，所述方头端设置有连接部件，用于所述弯矩加载臂之间的连接。
20.本技术方案中，通过设置连接部件，能够使弯矩加载臂同步转动，受力均匀，以保证试验的精确度。
21.较佳地，所述拉伸夹具模块还包括万向连接头；所述拉伸夹具模块还包括万向连接头；待试验件远离所述榫头夹具的一端通过所述万向连接头连接至拉伸试验机。
22.本技术方案中，万向连接头能够消除另外两个维度方向的弯矩，防止拉弯扭耦合情况的出现。
23.较佳地，所述试验件的两侧设有垫块，所述垫块位于所述万向连接头和试验件之间，一侧所述垫块的厚度不同于另一侧所述垫块的厚度。
24.本技术方案中，两侧的垫块厚度不同为了使试验件在拉弯的过程中仍然处于同一轴线上。
25.本发明还提供一种拉弯耦合的试验方法，包括上述任一项所述的实验装置，具体包括以下步骤：
26.s1、将试验机的上机头和下机头移动合适的位置，以便于试验机及其夹具的安装和固定。
27.s2、将用于连接弯矩加载臂的连接部件与外部设备数显千斤顶连接；开启电子万能试验机和数显千斤顶，启动试验程序，开始试验。
28.本发明的积极进步效果在于：本装置可适用于尺寸较大的试验件的拉弯耦合试验；在试验件在受拉力过程中，由于万向连接头的存在，消除了另外两个维度方向的弯矩误差，避免了对试验精度的影响；且整个拉弯耦合实验可以与市场上多数试验机进行配套使用；由于采用榫卯机构，使得整个装置的安装和拆卸较为方便，试验效率高，易于实现长块状试验件的批量拉弯耦合试验。
附图说明
29.图1为现有技术中的拉弯耦合强度实验装置的结构示意图；
30.图2为现有技术中的拉伸夹具模块的结构示意图；
31.图3为本发明中的拉弯耦合试验装置的结构示意图；
32.图4为本发明中的拉弯耦合试验装置的结构爆炸图。
33.附图标记说明
34.现有技术:
35.安装轴1
36.系统底座2
37.榫头夹具3
38.榫头试样件4
39.横梁拉杆5
40.叶身夹具6
41.拉钩7
42.限位块8
43.包含力传感器的限位架9
44.液压缸10
45.液压缸安装架11
46.连杆12
47.旋转轴13
48.法兰16
49.本发明:
50.单向连接头1
51.双向连接槽2
52.双向连接头3
53.连接紧固块4
54.紧固螺栓5
55.第一垫块6
56.销柱7
57.第二垫块8
58.试验件9
59.弯矩加载臂10
60.连接螺栓11
61.支座固定瓦盒12
62.轴承13
63.试验件夹持轴14
64.榫头夹具141
65.旋转轴142
66.支座固定板15
67.紧固螺栓16
具体实施方式
68.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
69.实施例1
70.如图3至图4所示，一种拉弯耦合的实验装置，包括：拉伸夹具模块，支承模块，拉伸夹具模块与所述支承模块相连接；拉伸夹具模块包括榫头夹具141、旋转轴142，旋转轴142设置在榫头夹具141的两侧，榫头夹具141内侧设有卡槽，卡槽与试验件的端形相配合，用于限制试验件两个维度方向的平移自由度和三个维度方向的旋转自由度。该卡槽能够使试验件直接滑入卡槽中，方便试验件的装卸，提高试验效率。
71.榫头夹具141和旋转轴142一体成型为试验件夹持轴14，卡槽沿旋转轴142的轴延伸方向分别延伸至两个旋转轴的端部位置。
72.榫头夹具141上的卡槽截面形状可以为锤形、方形、圆形。由于卡槽的截面有若干个形状可以选择，以适应于不同试验件的端形。
73.拉伸夹具模块还包括弯矩加载臂10，旋转轴142设有第一接插部，弯矩加载臂10设有第二接插部，第一接插部和第二接插部相配合连接。第一接插部和第二接插部为榫卯结构，且形状均为六边形。该方案利用榫卯结构，能够限制部件之间向各个方向的扭动，能够保证部件之间的紧固性，装卸方便，避免了使用若干个螺栓连接装卸浪费时间的问题。而第一接插部和第二接插部采用六边形，相比于采用其他形状结构更加坚固和稳定。以及当收到挤压时，这些力并不会集中于一点，而是被均匀地分散到每条边上，这样就会减轻作用在每一条边上是压力。
74.弯矩加载臂10在几何上呈钥匙状，包括圆形端和方形端，第二接插部设置在圆形端，方形端用于与外部加载装置连接。弯矩加载臂10对称设置在待试验件9的两侧，方头端设置有连接部件，用于弯矩加载臂之间的连接，连接部件为螺栓。通过设置连接部件，能够使弯矩加载臂同步转动，受力均匀，以保证试验的精确度。
75.需要说明的是，弯矩加载臂也可以为一个整体，这里对弯矩加载臂的数量不作具体限定，只要能将其与外部加载装置连接，已进行拉完耦合试验即可。
76.拉伸夹具模块还包括万向连接头，万向连接头能够消除另外两个维度方向的弯矩，防止拉弯扭耦合情况的出现。待试验件9远离榫头夹具141的一端通过万向连接头连接至拉伸试验机。万向连接头包括单向连接头1、双向连接槽2、双向连接头3和连接紧固块4；单向连接头1、双向连接槽2、双向连接3和连接紧固块4之间相互配合连接。
77.单向连接头1包括第一圆柱体和第二圆柱体，双向连接槽2顶端开设有通孔；第一圆柱体通过双向连接槽2顶端的通孔与其配合连接，并通过第二圆柱体卡设在双向连接槽2，第一圆柱体上开设有通孔，通孔用于与电子万能试验机连接。
78.双向连接槽2下侧包括两个耳状凸起，凸起上开设有通孔，双向连接头3由销柱7与双向连接槽2连接，销柱7与双向连接槽2过盈配合，与连接紧固块4连接。
79.连接紧固块4包括圆形端和方形端，所圆形端开设有通孔，方形端开有螺栓孔，双向连接头3通过通孔与连接紧固块4连接，双向连接头3和通孔之间还设有第一垫块6。
80.待试验件9的两侧设有第二垫块8，其位于万向连接头和待试验件9之间，一侧的垫块需不同于另一侧垫块。这是为了使试验件在拉弯的过程中仍然处于同一轴线上，避免轴线偏移从而影响实验结果。
81.本装置中的支承模块包括轴承13、支座固定瓦盒12、支座固定板15、固定螺栓16，弯矩加载臂10与试验件夹持轴14通过轴承13安装在支座固定瓦盒12上，支座固定瓦盒12通过固定螺栓16与支座固定板15连接，支座固定板15上设有若干个螺栓孔。
82.实施例2
83.本发明还提供一种使用实施例1所述的拉弯耦合装置的一种实验方法，包括以下步骤：
84.s1、将试验机的上机头和下机头移动合适的位置，以便于试验机及其夹具的安装和固定。
85.在s1中具体包括：将试验机的上机头上移至合适的位置，以便于试验机及其夹具的安装。先将支座固定板15用紧固螺栓16紧固到试验机下机头并对中。然后将支座固定瓦盒12用紧固螺栓16紧固在支座固定板15上。最后将上机头下移至合适位置，用紧固螺栓将上机头与单向连接头1紧固。
86.s2、将用于连接弯矩加载臂的连接部件与外部设备数显千斤顶连接；整个过程应当保持上下夹具之间对待试验件是力松弛的，以防止实验前对待试验件产生显著损伤。开启电子万能试验机和数显千斤顶，启动试验程序，开始试验。
87.本实施例中，数显千斤顶放置在地面上，以避免数显千斤顶的反作用力作用于实验装置上，损坏装置。
88.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。