用于高温低频复杂载荷加载测试的试样夹持装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于高温低频复杂载荷加载测试的试样夹持装置及方法，属于试验机与精密仪器技术领域。包含两个结构完全相同的左夹具和右夹具，冷却液管出口接头、冷却液管入口接头固定在支撑座上，通入循环冷却液以实现在高温环境下夹具制冷；夹持组件整体设置在支撑座安装孔内，通过销A与圆锥滚子轴承A、B、挡圈A、B的内圈配合，用于实现对被测试样的夹紧；调隙组件A、B分别固定在支撑座的两侧。优点在于：构思巧妙，功能多样，耐热性好，夹具刚度大，且试验过程中无间隙，集成性好，实用性强。

Sample Holding Device and Method for Loading Tests of High Temperature and Low Frequency Complex Loads

【技术实现步骤摘要】
用于高温低频复杂载荷加载测试的试样夹持装置及方法
本专利技术涉及试验机与精密仪器
，特别涉及一种用于高温低频复杂载荷加载测试的试样夹持装置及方法，可用于高温环境(1100℃)下为低频(5～50Hz)复杂载荷(拉伸-弯曲复合载荷)加载测试的试样提供牢固夹持，并基于用于高温低频复杂载荷加载测试的试样夹持装置，提供了一种低频复杂载荷加载测试方法，为航空航天、汽车制造和国防军工等领域关键结构材料复杂工况下的力学性能测试评估提供技术保障。
技术介绍
随着科学技术的飞速发展，各领域关键材料的服役工况愈发复杂，对材料的测试需求日益增多，对材料力学性能测试方法的要求也越来越高。尤其在航空、航天、汽车等核心领域，一些关键结构如航空发动机涡轮叶片、飞机机翼、汽车发动机曲轴等往往在高温环境下工作，并同时承受低频交变载荷、拉伸载荷、弯曲载荷的复合作用。每年因为关键结构失效破坏导致的重大事故不胜枚举，导致国家经济损失巨大，究其根源在于对关键材料在高温复杂载荷作用下的变形损伤主导因素和失效机制不清，因此亟需提出能够模拟材料实际服役工况下的测试方法。现有的材料测试方法多数基于传统材料试验机，以单一载荷测试为主(静态拉伸测试方法、静态弯曲测试方法等)，载荷复合加载能力较弱。与传统材料试验机相对应，常规的试样夹具标准化程度高、功能单一、架构复杂，受制于专用试样夹具，高温环境下的低频复杂载荷加载测试也难以开展。目前，拉伸-扭转复合加载测试方法，双轴拉伸测试方法等陆续被提出，但低频复杂载荷加载测试方法(即拉伸—弯曲、低频疲劳复合加载测试方法)还鲜有报道。综上所述，面向关键结构材料实际服役工况下力学性能测试的重大需求，设计一种能够用于高温低频复杂载荷加载测试的试样夹持装置，并提供一种低频复杂载荷的加载测试方法，对上述关键结构材料服役工况的模拟及其力学性能测试意义重大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于高温低频复杂载荷加载测试的试样夹持装置及方法，解决了现有技术存在的加载功能单一、结构复杂的问题。本专利技术的夹具具有结构简单、加载功能多样、夹持牢固可靠的特点，可用于自制的具有高温加载功能、静动态拉伸加载功能、静动态弯曲加载功能的材料试验机上，结合本专利技术提出的低频复杂载荷加载测试方法，可为航空航天、汽车制造和国防军工等领域关键结构材料复杂工况下的力学性能测试评估提供技术保障。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：用于高温低频复杂载荷加载测试的试样夹持装置，包含两个结构完全相同的左夹具和右夹具，所述左夹具或右夹具是：冷却液管出口接头12、冷却液管入口接头13固定在支撑座4上，通入循环冷却液以实现在高温环境下夹具制冷；夹持组件8的销A81安装在支撑座4的安装孔内，销A81的一端安装挡圈A7和圆锥滚子轴承A6，另一端安装挡圈B9和圆锥滚子轴承B10，实现绕圆锥滚子轴承A6、圆锥滚子轴承B10轴线的低摩擦转动，对被测试样2进行夹紧；结构相同的调隙组件A5、调隙组件B11分别固定在支撑座4的两侧；所述调隙组件A5包括蝶形零件51、调节螺钉52、螺母53、螺钉54、快换端盖55，所述快换端盖55通过螺钉54与支撑座4刚性连接，调节螺钉52与快换端盖55的内螺纹配合，并通过螺母53进行锁紧，将调节螺钉52端部抵入蝶形零件51中间的小孔，通过转动调节螺钉52实现对圆锥滚子轴承A6、圆锥滚子轴承B10轴承游隙的调节；支撑座4端部设置有圆柱夹持端，试样夹持装置整体被夹持在带有V型钳口的商业化液压夹具3上。所述的夹持组件8包括销A81、螺母A82、螺母B83、下夹持块84、上夹持块85、销B86，所述销A81中部环面与下夹持块84上的通孔过盈配合，上夹持块85与下夹持块84配合，销B86依次穿过上夹持块85、被测试样2、下夹持块84上的销孔，利用螺母A82、螺母B83与销B86下端的螺纹配合，实现对被测试样2的牢固夹持。所述的支撑座4采用一体化闭合式框架结构，支撑座4由热胀系数较小的高温合金制成，内部开有对称分布的内部冷却流道，试验时通过冷却液管出口接头12、冷却液管入口接头13与外部冷却流道相连，利用循环制冷装置在支撑座4内通入循环冷却液实现在高温环境下夹具的制冷。本专利技术的另一目的在于提供一种低频复杂载荷的加载测试方法，具体步骤如下：步骤一、夹持组件8对中：以左夹具或右夹具上的夹持组件8侧面，即垂直于被测试样的夹持面为基准，调整右夹具或左夹具上的调隙组件A5和调隙组件B11，直至左夹具和右夹具上的夹持组件8对中；步骤二、轴承游隙调整：因为试验中需要加载低频疲劳载荷，要求加载载荷链中不允许存在间隙，故需在试验前调整轴承游隙为0。保持左夹具和右夹具同侧的两调隙组件A5不动，作为基准，用定力矩扳手转动另一侧的调隙组件B11的调节螺钉52，调整轴承游隙为0；步骤三、试样安装：将被测试样2夹持端置于夹持组件8的上夹持块85与下夹持块84之间的凹槽中，销B86依次穿过上夹持块85、被测试样2、下夹持块84上的销孔，利用螺母A82、螺母B83与销B86下端的螺纹配合，实现对被测试样2的夹持安装；步骤四、低频复杂载荷的加载：静态拉伸载荷的加载：启动外部的试验机中的静态拉伸加载单元，带动左夹具和右夹具相向运动，实现对被测试样2的静态拉伸载荷加载；静态弯曲载荷的加载：启动外部的试验机中的静态弯曲加载单元，实现对被测试样的静态弯曲载荷加载；当进行静态弯曲载荷加载时，被测试样2与夹持组件8一起绕圆锥滚子轴承A6、圆锥滚子轴承B10轴线的低摩擦转动，使被测试样2不会承受额外剪切力的影响；低频弯曲载荷的加载：启动外部的试验机中的低频弯曲加载单元，实现对被测试样2的低频弯曲载荷加载；至此，完成被测试样2的低频复杂载荷加载；步骤五、被测试样2挠曲变形结果修正。本专利技术的有益效果在于：构思巧妙，将圆锥滚子轴承应用在试样夹具上，使得被测试样的夹持端在进行拉伸-弯曲复合加载时不会额外承受剪切力；功能多样，可夹持低频复杂载荷试样、常规拉伸试样、常规弯曲试样；耐热性好，能够在高达1100℃的高温环境下使用；夹具刚度大，且试验过程中无间隙；可用于自制的具有高温加载功能、静动态拉伸加载功能、静动态弯曲加载功能的材料试验机上；所提供的低频复杂载荷加载测试方法，弥补了现有测试方法的不足，为航空航天、汽车制造和国防军工等领域关键结构材料复杂工况下的力学性能测试评估提供技术保障。集成性好，可为航空航天、汽车制造和国防军工等领域关键结构材料复杂工况下的力学性能测试评估提供技术保障。实用性强。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术与商业化液压夹具间的安装关系简图；图2为本专利技术的整体结构分解图；图3为被测试样结构示意图；图4为本专利技术的调隙组件结构分解图；图5为本专利技术的夹持组件结构分解图；图6为本专利技术的支撑座内部冷却流道示意图；图7为本专利技术的圆锥滚子轴承部分结构剖视图；图8为常规夹具拉伸—弯曲复合加载后试样形变图；图9为本专利技术拉伸—弯曲复合加载后试样变形示意图；图10为加载前本专利技术及被测试样模型简化示意图；图11为本专利技术试验过程中的加载模型简化示意图。图中：1、试样夹持装置；2、被测试样；3、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高温低频复杂载荷加载测试的试样夹持装置，其特征在于：包含两个结构完全相同的左夹具和右夹具，所述左夹具或右夹具是：冷却液管出口接头（12）、冷却液管入口接头（13）固定在支撑座（4）上，通入循环冷却液以实现在高温环境下夹具制冷；夹持组件（8）的销A（81）安装在支撑座（4）的安装孔内，销A（81）的一端安装挡圈A（7）和圆锥滚子轴承A（6），另一端安装挡圈B（9）和圆锥滚子轴承B（10），实现绕圆锥滚子轴承A（6）、圆锥滚子轴承B（10）轴线的低摩擦转动，对被测试样（2）进行夹紧；结构相同的调隙组件A（5）、调隙组件B（11）分别固定在支撑座（4）的两侧；所述调隙组件A（5）包括蝶形零件（51）、调节螺钉（52）、螺母（53）、螺钉（54）、快换端盖（55），所述快换端盖（55）通过螺钉（54）与支撑座（4）刚性连接，调节螺钉（52）与快换端盖（55）的内螺纹配合，并通过螺母（53）进行锁紧，将调节螺钉（52）端部抵入蝶形零件（51）中间的小孔，通过转动调节螺钉（52）实现对圆锥滚子轴承A（6）、圆锥滚子轴承B（10）轴承游隙的调节；支撑座（4）端部设置有圆柱夹持端，试样夹持装置整体被夹持在带有V型钳口的商业化液压夹具（3）上。...

【技术特征摘要】
1.一种用于高温低频复杂载荷加载测试的试样夹持装置，其特征在于：包含两个结构完全相同的左夹具和右夹具，所述左夹具或右夹具是：冷却液管出口接头（12）、冷却液管入口接头（13）固定在支撑座（4）上，通入循环冷却液以实现在高温环境下夹具制冷；夹持组件（8）的销A（81）安装在支撑座（4）的安装孔内，销A（81）的一端安装挡圈A（7）和圆锥滚子轴承A（6），另一端安装挡圈B（9）和圆锥滚子轴承B（10），实现绕圆锥滚子轴承A（6）、圆锥滚子轴承B（10）轴线的低摩擦转动，对被测试样（2）进行夹紧；结构相同的调隙组件A（5）、调隙组件B（11）分别固定在支撑座（4）的两侧；所述调隙组件A（5）包括蝶形零件（51）、调节螺钉（52）、螺母（53）、螺钉（54）、快换端盖（55），所述快换端盖（55）通过螺钉（54）与支撑座（4）刚性连接，调节螺钉（52）与快换端盖（55）的内螺纹配合，并通过螺母（53）进行锁紧，将调节螺钉（52）端部抵入蝶形零件（51）中间的小孔，通过转动调节螺钉（52）实现对圆锥滚子轴承A（6）、圆锥滚子轴承B（10）轴承游隙的调节；支撑座（4）端部设置有圆柱夹持端，试样夹持装置整体被夹持在带有V型钳口的商业化液压夹具（3）上。2.根据权利要求1所述的用于高温低频复杂载荷加载测试的试样夹持装置，其特征在于：所述的夹持组件（8）包括销A（81）、螺母A（82）、螺母B（83）、下夹持块（84）、上夹持块（85）、销B（86），所述销A（81）中部环面与下夹持块（84）上的通孔过盈配合，上夹持块（85）与下夹持块（84）配合，销B（86）依次穿过上夹持块（85）、被测试样（2）、下夹持块（84）上的销孔，利用螺母A（82）、螺母B（83）与销B（86）下端的螺纹配合，实现对被测试样（2）的牢固夹持。3.根据权利要求1所述的用于高温低频复杂载荷加载测试的试样夹持装置，其特征在于：所述的支撑座...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏伟，赵久成，徐利霞，张世忠，万杰，王赵鑫，秦学志，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22