一种防翘曲装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料性能测试技术，涉及用紧凑拉伸试样测定薄板材料K-R曲线的一种防翘曲装置。
【背景技术】
[0002]K-R曲线表征裂纹在平面应力状态下缓慢、稳定扩展中材料抗断裂的阻力，常称为裂纹扩展阻力曲线。K-R曲线是进行飞机结构损伤容限分析必需的参数。由于K-R曲线与试样厚度有关，而飞机结构机身、机翼等主要是薄壁加筋结构，所以经常需要测定金属薄板的K-R曲线。
[0003]用薄板进行K-R曲线测试时，由于试样局部处于压应力场，会产生翘曲变形，从而影响试验数据的有效性。目前，涉及用紧凑拉伸试样测定薄板材料K-R曲线防翘曲装置的文献很少。工程技术人员通常依据试件的几何尺寸设计各种各样的防翘曲装置。但这些装置均没能实现在不改变试样的应力分布的情况下，既对试样进行有效防翘曲约束，也不影响试验中的裂纹观测。这些防翘曲装置时常导致试验数据失效。
【发明内容】
[0004]本发明的目的:本发明提供了一种紧凑拉伸试样防翘曲装置，可以在测定薄板材料K-R曲线时实现对试样的防翘曲变形约束，但不改变试样的应力分布情况，也不会影响试验中的裂纹观测。
[0005]本发明的技术方案:用紧凑拉伸试样测定薄板材料K-R曲线的一种防翘曲装置，包括矩形防翘板3、阶梯垫圈5、连接螺栓6、水平垫板7、垂直垫板8和装置扣重绳索9。其中，矩形防翘板3为两块形状完全一样的钢板；水平垫板7为两块，垂直垫板8为一块，均为钢板，厚度比试样略厚0.2mm?0.3mm。
[0006]两块矩形防翘板3分别夹持在试样2前、后两侧，矩形防翘板3的加载孔和定位孔与试样2的加载孔同心；两块水平垫板7分别垫在试样2上、下两头，垂直垫板8垫在试样2左侧，通过连接螺栓6将水平垫板7和垂直垫板8夹持在两块矩形防翘板3之间；四个阶梯垫圈5较细端插入矩形防翘板3连接孔和定位孔中；两个加载双耳I通过销轴4与防翘装置和试样2加载孔相连，而两个加载双耳I的加载轴直接夹持在试验机上，进行加载。装置扣重绳索9 一端固定在防翘装置左上角的连接螺栓6上，另一端固定在试验机加载横梁上，调节装置扣重绳索9长度，使矩形防翘板3保持与加载轴线垂直。
[0007]本发明的有益效果:
[0008]a.该专利装置通过在试样2两侧夹持矩形防翘板3有效防止试样2发生翘曲变形；
[0009]b.该专利装置通过在试样2的三面垫上比试样2略厚的垫板，防止矩形防翘板3对试样2夹持过紧，从而防止防翘装置影响试样2上的应力分步；
[0010]C.该专利装置中矩形防翘板3加载孔比试样2加载孔大，且下端加载孔为半圆孔，加载孔上、下均开槽，避免了防翘装置参与试样2受力；矩形防翘板3中间开槽，不影响试验中对裂纹的观测；
[0011]d.该专利装置结构简单，安装、拆卸方便，制造成本低，具有较佳的实际应用价值；
[0012]e.一套防翘曲装置在完成多件试验后，未发生试样翘曲失效现象，试验曲线光滑连续。该装置已应用于飞机结构材料的K-R曲线测试。
【附图说明】
[0013]图1a为本发明的试验加载结构图主视图；
[0014]图1b为本发明的试验加载结构图侧视图；
[0015]图2为本发明防翘曲装置与试样的装配图；
[0016]图3a为紧凑拉伸试样主视图；
[0017]图3b为紧凑拉伸试样侧视图；
[0018]图4a为本发明的防翘板结构图主视图；
[0019]图4b为本发明的防翘板结构图侧视图；
[0020]图5a为本发明的阶梯垫圈结构图主视图；
[0021]图5b为本发明的阶梯垫圈结构图侧视图；
[0022]图6为本发明的水平垫板结构图；
[0023]图7为本发明的垂直垫板结构图。
[0024]其中，1-试验机加载双耳；2-试样；3_矩形防翘板；4_连接销轴；5_阶梯垫圈；
6-连接螺栓；7_水平垫板；8_垂直垫板；9_装置扣重绳索。
【具体实施方式】
[0025]下面通过【具体实施方式】对本专利作进一步的详细说明:
[0026]请参阅图1和图2，其分别是采用本专利装置的紧凑拉伸试样测定薄板K-R曲线试验加载结构图，和本专利装置与试样的装配图。本专利装置包括矩形防翘板3、阶梯垫圈5、连接螺栓6、水平垫板7、垂直垫板8和装置扣重绳索9。该装置各部分特征如下:
[0027]矩形防翘板3为该专利的主要构件，共两件，结构形式见图4。矩形防翘板3为钢板机械加工而成的两块形状相同的平板，厚度为试样厚度的5倍左右，表面光滑平整。矩形防翘板3上部连接孔和下部定位孔与试样2上加载孔同心，且直径为试样2上加载孔直径的1.5倍左右。矩形防翘板3开槽边与试样2预制裂纹边保持平齐，其余3边均比试样2长约40mm。矩形防翘板3加载孔上、下形状如图4所示，可避免矩形防翘板3与加载双耳I干涉。
[0028]阶梯垫圈5共4件，见图5，由钢材加工而成。阶梯垫圈5内径与加载销轴4配合加工；较细端外径与矩形防翘板3连接孔配合加工，较细段长度小于矩形防翘板3厚度Imm ;较粗端外径大于矩形防翘板3加载孔直径10_左右；所有棱边倒圆。
[0029]连接螺栓6为螺栓，其直径约为矩形防翘板厚度的1/2。矩形防翘板3、水平垫板7和垂直垫板8上的紧固孔直径比连接螺栓6直径大0.5mm左右。
[0030]水平垫板7见图6，为钢板机械加工而成的2块平板。经过多次试验验证，确定水平垫板比试样2厚0.2mm?0.3mm防翘曲效果最好。水平垫板7宽度为连接螺栓直径的3倍，表面光滑平整。水平垫板7上紧固孔与矩形防翘板上、下两排紧固孔配钻，保证同心。
[0031]垂直垫板8见图5，为钢板机械加工而成的平板。经过多次试验验证，确定垂直垫板8比试样2厚0.2mm?0.3mm防翅曲效果最好。垂直垫板8宽度为连接螺栓直径的3倍，表面光滑平整。垂直垫板8上紧固孔与矩形防翘板3竖排紧固孔配钻，保证同心。
[0032]装置扣重绳索9可为细钢丝绳、布带等软性绳，能承受矩形防翘板3和垫板的重量。
[0033]本防翘装置的装配实施方式如下:
[0034]a.将两块矩形防翘板3与试样2相对的两个面、垫板的上、下两面、试样2上、下两面被矩形防翘板覆盖部分均匀涂抹润滑油；
[0035]b.将两块矩形防翘板3分别夹持在试样2两面，调整矩形防翘板3使其连接孔和定位孔与试样2上两个加载孔同心；
[0036]c.将水平垫板7和垂直垫板8放置在两块矩形防翘板之间，调整垫板使其上紧固孔分别与矩形防翘板3上的紧固孔同心后，安装连接螺栓6 ；
[0037]d.将四个阶梯垫圈5较细段分别插入矩形防翘板3上部连接孔和下部定位孔中；
[0038]e.用连接销轴4将阶梯垫圈、矩形防翘板3和试样2夹持在上、下两个加载双耳I中，加载双耳I的加载销轴夹持在试验机上；
[0039]f.将装置扣重绳索9 一端固定在矩形防翘板3左上角的紧固件上，调整装置扣重绳索9使防翘装置与试验加载轴线保持垂直，将装置扣重绳索9另一端固定在试验机加载横梁上。
【主权项】
1.一种防翘曲装置，其特征在于:包括防翘板(3)、阶梯垫圈(5)、连接螺栓￠)、垫板(7,8)和装置扣重绳索(9);其中，两块防翘板(3)夹持在试样⑵两侧，防翘板(3)的连接孔和试样⑵加载孔同心；垫板(7、8)通过多个连接螺栓(6)连接在两防翘板⑶之间；四个阶梯垫圈(5)的较细端插入防翘板(3)的连接孔和定位端中；装置扣重绳索(9) 一端固定在矩形防翘板(3)的紧固件上，另一端固定在试验机加载横梁上，使得防翘曲装置保持水平；从所述的防翘板(3)的一端向所述的防翘板(3)的中央开槽，以便观测裂纹。2.根据权利要求1所述的防翘曲装置，其特征在于:该防翘曲装置适用于紧凑拉伸试样测定薄板材料K - R曲线试验。3.根据权利要求1或2所述的防翘曲装置，其特征在于:所述的垫板(7、8)包括水平垫板(7)和垂直垫板⑶。4.根据前述任一权利要求所述的防翘曲装置，其特征在于:所述的防翘板(3)为矩形或圆形，所述的防翘板(3)的几何尺寸比试样(2)大。5.根据前述任一权利要求所述的防翘曲装置，其特征在于:所述的防翘板(3)的连接孔比试样⑵的加载孔略大；所述的防翘板(3)的定位端为半圆孔，且比试样⑵的加载孔略大；且定位端由形状切割形成。6.根据前述任一权利要求所述的防翘曲装置，其特征在于:阶梯垫圈(5)的内径与加载销轴(4)相匹配；阶梯垫圈(5)的所有棱边倒圆角。7.根据前述任一权利要求所述的防翘曲装置，其特征在于:阶梯垫圈(5)的较细端外径与所述的防翘板⑶的加载孔和定位端相匹配，较细端长度比所述防翘板⑶的厚度小。8.根据前述任一权利要求所述的防翘曲装置，其特征在于:阶梯垫圈(5)的较粗端外径比所述的加载孔直径大。9.根据权利要求3所述的防翘曲装置，其特征在于:水平垫板(7)和垂直垫板(8)均比试样(2)厚0.2mm?0.3mm，且都通过连接螺栓(6)连接在两块防翘板(3)之间，使得安装后，所述水平垫板(7)和垂直垫板(8)不对试样(2)产生干涉。10.根据前述任一权利要求所述的防翘曲装置，其特征在于:装置扣重绳索(9)一端固定在防翘板(3)的左上角紧固件上，另一端固定在试验机横梁上，通过调整扣重绳索(9)使防翘板(3)垂直于试验加载轴线。
【专利摘要】本发明提供了一种紧凑拉伸试样防翘曲装置，可以在测定薄板材料K-R曲线时实现对试样的防翘曲变形约束，但不改变试样的应力分布情况，也不会影响试验中的裂纹观测。本发明用紧凑拉伸试样测定薄板材料K-R曲线的一种防翘曲装置，包括矩形防翘板3、阶梯垫圈5、连接螺栓6、水平垫板7、垂直垫板8和装置扣重绳索9。其中，矩形防翘板3为两块形状完全一样的钢板；水平垫板7为两块，垂直垫板8为一块，均为钢板，厚度比试样略厚0.2mm～0.3mm。
【IPC分类】G01N3/02
【公开号】CN105651590
【申请号】
【发明人】张海英, 刘秀丽, 董登科, 焦婷
【申请人】中国飞机强度研究所
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2014年12月3日