压缩-剪切或拉伸-剪切同步加载的实验装置和实验方法

本方案属于力学性能实验，具体涉及一种压缩-剪切或拉伸-剪切同步加载的实验装置和实验方法。

背景技术：

1、材料在日常生活、工业应用等场景中经常受到压缩-剪切复合荷载或拉伸-剪切复合载荷的作用，因此很有必要了解材料在这类复合荷载作用下的力学响应，为结构设计等提供必要的参考。然而，实现同步的压缩-剪切加载或拉伸-剪切加载具有一定的难度，尤其对于动态加载，目前的解决方案具有设备复杂、价格昂贵等问题。

技术实现思路

1、本方案旨在克服现有技术中的至少一种缺陷，提供一种结构简单、价格低廉的实验装置，实现压缩-剪切复合荷载或拉伸-剪切复合荷载的同步加载。

2、为了解决上述技术问题，采取下述技术方案：

3、第一方面，提出一种压缩-剪切或拉伸-剪切同步加载的实验装置，该实验装置包括顺序设置的加载端、应力波转换件和承载端，应力波转换件与承载端之间留有试件安装空间；所述应力波转换件包括第一基板、第二基板和多根斜杆，所述第一基板与所述第二基板相互平行且同轴设置，多根所述斜杆配置在第一基板与第二基板之间；多根所述斜杆长度相同、直径相同且倾斜角度相同，它们的第一端连接于第一基板朝向第二基板的一面、且连接点等距分布于第一圆周上，它们的第二端连接于第二基板朝向第一基板的一面、且连接点等距分布于第二圆周上；所述第一圆周和所述第二圆周直径相同，它们均与第一基板、第二基板同轴；所述加载端连接第一基板背向第二基板的一面，所述试件安装空间位于第二基板背向第一基板的一面与承载端之间。

4、本方案通过在加载端与试件之间加装特定的应力波转换件，将加载端施加的压缩载荷或拉伸载荷转换为压缩-剪切复合载荷或拉伸-剪切复合载荷，从而实现压缩-剪切或拉伸-剪切的同步加载，包括动态加载和准静态加载。该应力波转换件结构简单、易于成型、制作成本低廉，而加载端和承载端可以由现有能够提供动态压缩、静态压缩、动态拉伸和/或静态拉伸荷载的实验仪器提供，无需额外购入，能够解决现有复合载荷加载难度大、设备复杂、价格昂贵等问题。

5、应力波转换件的最大承载力与其几何结构参数以及基体材料的力学性能相关。主要几何结构参数包括斜杆长度l，斜杆直径d，斜杆倾斜角度θ，斜杆数量n，以及第一圆周、第二圆周直径d。应力波转换件基体材料的力学性能参数主要有弹性模量e和强度eb。所述应力波转换件的最大承载力满足：

6、

7、其中，l为斜杆长度，d为斜杆直径，θ为斜杆倾斜角度，n为斜杆数量，d为第一圆周、第二圆周直径，e为弹性模量，eb为强度。

8、应力波转换件的各几何参数存在一定的制约关系，否则无法成型，所述斜杆的长度l、直径d、倾斜角度、θ数量n，所述第一圆周、第二圆周的直径d满足：

9、

10、其中，

11、

12、所述第一基板和所述第二基板设为圆形或正多边形，有利于试件与应力波转换件粘贴，从而使试件所受扭转荷载与应力波转换件的相同。

13、所述加载端和所述承载端为提供动态压缩、静态压缩、动态拉伸和/或静态拉伸荷载的实验仪器所有。所述提供动态压缩和/或动态拉伸荷载的实验仪器为霍普金森杆系统，所述加载端为霍普金森杆系统的入射杆，所述承载端为霍普金森杆系统的透射杆。所述提供静态压缩和/或静态拉伸荷载的实验仪器为万能试验机，所述加载端为万能试验机的加载台，所述承载端为万能试验机的承载台。

14、安装于所述试件安装空间的试件设为薄壁圆柱结构，有利于确保试件的切应力均匀。所述薄壁圆柱结构的两端优选设有外翻的翻边，以便分别与应力波转换件和承载端固定连接。

15、第二方面，提出一种压缩-剪切或拉伸-剪切同步加载的实验方法，该实验方法采用第一方面提出的压缩-剪切或拉伸-剪切同步加载的实验装置。

16、本方案采用的实验装置通过在加载端与试件之间加装特定的应力波转换件，将加载端施加的压缩载荷或拉伸载荷转换为压缩-剪切复合载荷或拉伸-剪切复合载荷，从而实现压缩-剪切或拉伸-剪切的同步加载，包括动态加载和准静态加载。该应力波转换件结构简单、易于成型、制作成本低廉，而加载端和承载端可以由现有能够提供动态压缩、静态压缩、动态拉伸和/或静态拉伸荷载的实验仪器提供，无需额外购入，能够解决现有复合载荷加载难度大、设备复杂、价格昂贵等问题。

17、本方案与现有技术相比较有如下有益效果：本方案通过在加载端与试件之间加装特定的应力波转换件，将加载端施加的压缩载荷或拉伸载荷转换为压缩-剪切复合载荷或拉伸-剪切复合载荷，从而实现压缩-剪切或拉伸-剪切的同步加载，包括动态加载和准静态加载。该应力波转换件结构简单、易于成型、制作成本低廉，而加载端和承载端可以由现有能够提供动态压缩、静态压缩、动态拉伸和/或静态拉伸荷载的实验仪器提供，无需额外购入，能够解决现有复合载荷加载难度大、设备复杂、价格昂贵等问题。

技术特征：

1.一种压缩-剪切或拉伸-剪切同步加载的实验装置，其特征在于，包括顺序设置的加载端、应力波转换件和承载端，应力波转换件与承载端之间留有试件安装空间；

2.根据权利要求1所述的压缩-剪切或拉伸-剪切同步加载的实验装置，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的压缩-剪切或拉伸-剪切同步加载的实验装置，其特征在于，

4.根据权利要求1～3任一项所述的压缩-剪切或拉伸-剪切同步加载的实验装置，其特征在于，

5.根据权利要求1～3任一项所述的压缩-剪切或拉伸-剪切同步加载的实验装置，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的压缩-剪切或拉伸-剪切同步加载的实验装置，其特征在于，

7.根据权利要求5所述的压缩-剪切或拉伸-剪切同步加载的实验装置，其特征在于，

8.根据权利要求1～3任一项所述的压缩-剪切或拉伸-剪切同步加载的实验装置，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的压缩-剪切或拉伸-剪切同步加载的实验装置，其特征在于，

10.一种压缩-剪切或拉伸-剪切同步加载的实验方法，其特征在于，所述实验方法采用如权利要求1～9任一项所述的压缩-剪切或拉伸-剪切同步加载的实验装置。

技术总结
本方案属于力学性能实验技术领域，公开了一种压缩‑剪切或拉伸‑剪切同步加载的实验装置和实验方法，通过在加载端与试件之间加装特定的应力波转换件，将加载端施加的压缩载荷或拉伸载荷转换为压缩‑剪切复合载荷或拉伸‑剪切复合载荷，从而实现压缩‑剪切或拉伸‑剪切的同步加载，包括动态加载和准静态加载。该应力波转换件结构简单、易于成型、制作成本低廉，而加载端和承载端可以由现有能够提供动态压缩、静态压缩、动态拉伸和/或静态拉伸荷载的实验仪器提供，无需额外购入，能够解决现有复合载荷加载难度大、设备复杂、价格昂贵等问题。

技术研发人员：胡玲玲,张泳柔,任清非
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27