一种用于拉伸与扭转测试的试验夹具的制作方法

1.本实用新型涉及夹具的技术领域，具体涉及一种用于拉伸与扭转测试的试验夹具。


背景技术：

2.随着高温超导技术的快速发展，高温超导带材被制备成不同结构类型的高温超导电缆，极具希望代替低温铌钛和铌锡电缆应用在高场托克马克和大型加速器等大科学装置的磁体系统中。不同结构的高温超导电缆，不仅在绞制多级电缆与绕制磁体时将受到拉伸、扭曲、弯曲与横压等机械应力，而且在磁体运行时将受到巨大的低温收缩应力、高场与大电流下的电磁应力，这些都将影响高温超导电缆的临界电流和机械稳定性，严重时威胁整个装置的安全。因此，高温超导电缆力学实验参数的准确性是影响电缆绞制、磁体制备与其安全运行的关键因数之一。拉伸和扭转试验是高温超导电缆力学性能测试中最常规的试验方法，而其使用的夹具是试验最基本也是最重要的设备之一。
3.当前用于高温超导电缆的拉伸和扭转测试的夹具，是基于常规拉伸机的夹具改装而来，通常采用开有凹槽的对半式铜夹头进行固定和通电，或采用常规不锈钢夹具进行夹持并在离夹持端一定距离安装导电铜接头的方式来实现。
4.这些夹持方式存在诸多问题：1、试样与夹具在受拉伸力作用时易发生相对运动或相对运动趋势，影响拉伸测试的结果；2、常规试验夹具往往都是各试验平台所特定的夹具且通常在常温下使用，故采用常规夹具改装后在低温下使用通常会因夹具与试样的材料热收缩系数不同，而产生夹持松动的情况；3、现有试验夹头很难满足夹持性良好的同时保证通电测试；4、现有的试验夹具也很难实现试样的对中性保证样品的拉伸力在同一轴上，此外夹持方式也很复杂、操作不便，严重影响试验效率等。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于拉伸与扭转测试的试验夹具，用以测试高温超导电缆在低温下的拉伸和扭转节距等机械性能参数，为电缆与磁体的设计、制造和运行提供重要的指导依据。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于拉伸与扭转测试的试验夹具，包括：
7.导电块，所述导电块上设有楔形槽，所述楔形槽的收缩端设有用于测试样品穿过的过线槽；
8.夹紧组件，所述夹紧组件包括两个均为楔形状的第一夹持块和第二夹持块，所述第一夹持块和第二夹持块通过第一连接件安装在一起，且测试样品被夹紧在第一夹持块和第二夹持块之间，夹紧有测试样品的夹紧组件匹配安装在所述楔形槽内，且所述夹紧组件通过第二连接件与所述导电块连接在一起，被夹紧在夹紧组件上的测试样品从所述过线槽内贯穿。
9.作为本实用新型的进一步改进，所述楔形槽为等腰梯形状，且楔形槽的底部设有多个用于安装夹紧组件的长圆孔，所述长圆孔的长度方向与所述楔形槽的收缩方向一致。
10.作为本实用新型的进一步改进，所述过线槽为长方形状，所述楔形槽的对称面也是该过线槽的对称面，且所述楔形槽深度大于所述过线槽的深度。
11.作为本实用新型的进一步改进，所述第一夹持块和第二夹持块为对称结构且均为直角梯形状，且所述导电块、第一夹持块和第二夹持块均采用铬锆铜材料制成。
12.作为本实用新型的进一步改进，所述第一夹持块上设有用于定位夹持测试样品的第一定位槽，所述第一夹持块上还设有多个与所述长圆孔对应的第一固定孔，所述第二连接件贯穿所述第一固定孔和对应的长圆孔，以将第一夹持块与所述导电块连接，所述第一夹持块上还设有多个第一夹紧孔。
13.作为本实用新型的进一步改进，所述第二夹持块上设有用于定位夹持测试样品的第二定位槽，测试样品被夹持在第一定位槽和第二定位槽之间，所述第二夹持块上还设有多个与所述长圆孔对应的第二固定孔，所述第二连接件贯穿所述第二固定孔和对应的长圆孔，以将第二夹持块与所述导电块连接，所述第二夹持块上还设有多个与所述第一夹紧孔一一对应的第二夹紧孔，所述第一连接件贯穿对应的第一夹紧孔和第二连接块，以将第一夹持块和第二夹持块连接在一起。
14.作为本实用新型的进一步改进，所述第一夹持块的收缩端设有定位挡板，所述定位挡板上设有完全覆盖所述第一定位槽端面的u型开口。
15.作为本实用新型的进一步改进，所述第一定位槽内和第二定位槽内均设有凸出的锯齿条纹。
16.作为本实用新型的进一步改进，所述导电块的一端设有连接部，所述连接部和所述过线槽分别位于所述导电块的两端，所述连接部上设有用于安装导电电极的安装孔。
17.作为本实用新型的进一步改进，所述连接部上设有多个平行设置的连接孔，所述连接孔用于安装向导电块施加驱动力的驱动件，所述连接孔的轴线位于所述楔形槽的对称面上。
18.本实用新型的有益效果：
19.本实用新型是一种用于拉伸与扭转测试的试验夹具，首先，本实用新型采用楔形夹持块与导电块的楔形槽配合安装，在进行拉伸或扭转试验时，若楔形夹持块稍有滑动则楔形槽两斜面将对其施加向内的预紧力，保证测试样品被夹持的更紧，从而保证拉伸或扭转试验的有效性；其次，测试样品夹持所使用的楔形夹持块的定位槽内设置有间隔分布的锯齿条纹，有利于测试样品的夹紧，且保证测试样品与定位槽之间有足够的导电接触面有利于通电测试；再者，本实用新型的夹具采用硬度较高且导电性良好的铬锆铜制成，即有利于保证对测试样品的夹持强度，也有利于测试样品的通电测试；同时，第一夹持块上设置有带u形开口的定位挡板，有利于测试样品的对中以确保拉伸的同轴性；最后，本实用新型的夹具对任何类型的高温超导电缆结构均适用，能够满足常温、低温和低温通电条件下的拉伸、疲劳和扭转等力学参数测试，且使用本实用新型的夹具时，安装和拆卸测试样品的操作步骤简单、方便且高效。
附图说明
20.图1为两个本实用新型的夹具夹紧在测试样品两端的平面示意图；
21.图2为图1中a-a方向的截面示意图；
22.图3为本实用新型的立体结构示意图；
23.图4为导电块的立体结构示意图；
24.图5为夹紧组件的立体结构示意图；
25.图6为图5中b-b方向的剖视图；
26.图7为第一夹持块的立体结构示意图一；
27.图8为第一夹持块的立体结构示意图二；
28.图9为第二夹持块的立体结构示意图一；
29.图10为第二夹持块的立体结构示意图二；
30.图11为归一化临界电流随应力的变化情况；
31.图中标号说明：
32.11、测试样品；21、导电块；22、楔形槽；23、长圆孔；24、过线槽；25、连接部；26、连接孔；27、安装孔；31、第一连接件；41、第二连接件；51、第一夹持块；52、第一定位槽；53、第一固定孔；54、第一夹紧孔；55、定位挡板；56、u型开口；57、锯齿条纹；58、第一凹槽；61、第二夹持块；62、第二定位槽；63、第二固定孔；64、第二夹紧孔；65、第二凹槽。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
34.参照图1-图10所示，本实用新型一种用于拉伸与扭转测试的试验夹具的一实施例；
35.一种用于拉伸与扭转测试的试验夹具，包括：
36.导电块21，所述导电块21上设有楔形槽22，所述楔形槽22的收缩端设有用于测试样品11穿过的过线槽24；
37.夹紧组件，所述夹紧组件包括两个均为楔形状的第一夹持块51和第二夹持块61，所述第一夹持块51和第二夹持块61通过第一连接件31安装在一起，且测试样品11被夹紧在第一夹持块51和第二夹持块61之间，夹紧有测试样品11的夹紧组件匹配安装在所述楔形槽22内，且所述夹紧组件通过第二连接件41与所述导电块21连接在一起，被夹紧在夹紧组件上的测试样品11从所述过线槽24内贯穿。
38.本实用新型采用楔形夹持块与导电块21的楔形槽22配合安装，在进行拉伸或扭转试验时，若楔形夹持块稍有滑动则楔形槽22两斜面将对其施加向内的预紧力，保证测试样品11被夹持的更紧，从而保证拉伸或扭转试验的有效性。
39.在具体一实施例中，参照图1-图4所示，所述楔形槽22为等腰梯形状，且楔形槽22的底部设有多个用于安装夹紧组件的长圆孔23，所述长圆孔23的长度方向与所述楔形槽22的收缩方向一致；所述过线槽24为长方形状，所述楔形槽22的对称面也是该过线槽24的对称面，且所述楔形槽22深度大于所述过线槽24的深度，同时，过线槽24的宽度小于楔形槽22最小端的宽度。
40.在具体一实施例中，参照图1-图5所示，所述第一夹持块51和第二夹持块61为对称结构且均为直角梯形状，使得两者合并后能够与楔形槽22配合，且所述导电块21、第一夹持块51和第二夹持块61均采用铬锆铜材料制成，也就是说，本实用新型的夹具采用硬度较高且导电性良好的铬锆铜制成，即有利于保证对测试样品11的夹持强度，也有利于测试样品11的通电测试。
41.在具体一实施例中，参照图7-图10所示，所述第一夹持块51上设有用于定位夹持测试样品11的第一定位槽52，第一定位槽52的截面形状通常为与测试样品11匹配的半圆形，具体来说，第一定位槽52的截面形状可以根据测试样品11的形状做适应性更改，其尺寸稍小于测试样品11且内部设有间隔的锯齿条纹57，保证夹持的可靠性，所述第一夹持块51上还设有多个与所述长圆孔23对应的第一固定孔53，，所述第二连接件41贯穿所述第一固定孔53和对应的长圆孔23，以将第一夹持块51与所述导电块21连接，具体来说就是，通过螺栓同时贯穿第一夹持块51上的第一固定孔53和导电块21上的长圆孔23，将第一夹持块51固定在所述导电块21上，所述第一夹持块51上还设有多个第一夹紧孔54，所述第一夹紧孔54远离第一定位槽52的一端设置在第一凹槽58内，该第一凹槽58用于容置第二连接件41的一端部，具体来说就是用于容置螺母，避免影响第一夹持块51与楔形槽22之间的配合安装。
42.所述第二夹持块61上设有用于定位夹持测试样品11的第二定位槽62，同理，第二定位槽62的截面形状通常为与测试样品11匹配的半圆形，具体来说，第二定位槽62的截面形状可以根据测试样品11的形状做适应性更改，其尺寸稍小于测试样品11且内部设有间隔的锯齿条纹57，保证夹持的可靠性，测试样品11被夹持在第一定位槽52和第二定位槽62之间，所述第二夹持块61上还设有多个与所述长圆孔23对应的第二固定孔63，所述第二连接件41贯穿所述第二固定孔63和对应的长圆孔23，以将第二夹持块61与所述导电块21连接，具体来说就是，通过螺栓同时贯穿第二夹持块61上的第二固定孔63和导电块21上的长圆孔23，将第二夹持块61固定在所述导电块21上，所述第二夹持块61上还设有多个与所述第一夹紧孔54一一对应的第二夹紧孔64，所述第一连接件31贯穿对应的第一夹紧孔54和第二连接块，以将第一夹持块51和第二夹持块61连接在一起；具体来说，第一连接件31和第二连接件41通常均为螺栓，所述第二夹紧孔64远离第二定位槽62的一端设置在第二凹槽65内，该第二凹槽65用于容置第二连接件41的一端部，具体来说就是用于容置螺栓头，避免影响第二夹持块61与楔形槽22之间的配合安装。
43.在具体一实施例中，参照图7-图8所示，所述第一夹持块51的收缩端设有定位挡板55，所述定位挡板55上设有完全覆盖所述第一定位槽52端面的u型开口56，当第一定位槽52的截面形状为半圆形时，u型开口56的u型端为与所述第一定位槽52同轴心的半圆弧状，且u型开口56的u型端的半径略大于第一定位槽52的半径，所述定位挡板55的u型开口56可用于测试样品11安装时的定位和对中，有利于测试样品11的对中以确保拉伸的同轴性。
44.在具体一实施例中，参照图7和图9所示，所述第一定位槽52内和第二定位槽62内均设有凸出的锯齿条纹57，且同一定位槽内设有多个沿其长度方向等间距分布的锯齿条纹57，且相邻的两个锯齿条纹57之间设有一定距离，锯齿条纹57的设置有利于测试样品11的夹紧，且保证测试样品11与定位槽之间有足够的导电接触面，有利于通电测试。
45.在具体一实施例中，参照图1-图4所示，所述导电块21的一端设有连接部25，所述连接部25和所述过线槽24分别位于所述导电块21的两端，所述连接部25上设有用于安装导
电电极的安装孔27，具体来说，所述安装孔27将用于与导电电缆连接，实现测试样品11的通电测试；
46.所述连接部25上设有多个平行设置的连接孔26，所述连接孔26用于安装向导电块21施加驱动力的驱动件，具体来说，所述连接孔26将通过销钉或螺钉与定制的绝缘拉杆或旋转杆相连，所述连接孔26的轴线位于所述楔形槽22的对称面上，保证通过导电块21施加力的方向与测试样品11同轴。
47.本实用新型至少具有以下有益效果：
48.本实用新型采用楔形夹持块与导电块21的楔形槽22配合安装，在进行拉伸或扭转试验时，若楔形夹持块稍有滑动则楔形槽22两斜面将对其施加向内的预紧力，保证测试样品11被夹持的更紧，从而保证拉伸或扭转试验的有效性；其次，测试样品11夹持所使用的楔形夹持块的定位槽内设置有间隔分布的锯齿条纹57，有利于测试样品11的夹紧，且保证测试样品11与定位槽之间有足够的导电接触面有利于通电测试；再者，本实用新型的夹具采用硬度较高且导电性良好的铬锆铜制成，即有利于保证对测试样品11的夹持强度，也有利于测试样品11的通电测试；同时，第一夹持块51上设置有带u形开口的定位挡板55，有利于测试样品11的对中以确保拉伸的同轴性；最后，本实用新型的夹具对任何类型的高温超导电缆结构均适用，能够满足常温、低温和低温通电条件下的拉伸、疲劳和扭转等力学参数测试，且使用本实用新型的夹具时，安装和拆卸测试样品11的操作步骤简单、方便且高效。
49.本实用新型在使用时：
50.步骤1：准备适当长度的高温超导电缆作为测试样品11，通过第一夹持块51和第二夹持块61并配合螺栓将测试样品11的一端紧紧夹持在两夹持块之间的定位槽内，再使用一个本实用新型的两夹持块按同样方法操作，将测试样品11的另一端夹持住；
51.步骤2：将夹持住测试样品11的夹持块放进对应导电块21的楔形槽22中，并通过相应的固定孔及螺栓将夹持块固定在导电块21的长圆孔23上。
52.步骤3：将两个夹具通过连接孔26配合销钉或螺钉与拉伸机定制的绝缘拉杆相连，实现试样的对中和固定，并将用于通电测试的电缆接到导电块21的安装孔27上。
53.步骤4：安装好测试相关的引伸计或应变片，电流和电压信号传输线，之后将夹具及测试样品11均放入充满液氮的低温杜瓦罐中，完成拉伸或扭转测试过程。
54.步骤5：测试完成后，回温至室温再将测试样品11拆卸，试验结束。
55.采用本实用新型的夹具及使用方法，选取直径4mm的圆形高温超导电缆，由无氧铜管、根铜带、根高温超导带材和填充焊料构成，高温超导股线的长度为50cm，测试的有效长度30cm，电压引线的距离为6cm，测试温度液氮77k，测试获得的归一化临界电流随应力的变化曲线见图11。
56.通过上述案例可以看到，利用本实用新型的机械式试验夹具及试验方法进行高温超导电缆的低温通电拉伸试验，试验结束后未发现股线松动或产生滑移的现象，且夹具的锯齿条纹57未观察到明显的变形，且获得了良好的归一化临界电流随应力的变化曲线，说明本实用新型试验夹具及试验方法具有较好的实用性，可以进行推广。
57.以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。