本發(fā)明屬于材料力學(xué)性能測(cè)試設(shè)備，特別涉及用于低溫環(huán)境下復(fù)合材料的拉伸和疲勞試驗(yàn)的夾具組件。

背景技術(shù)：

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料以其優(yōu)異的比強(qiáng)度、比剛度以及良好的熱阻性，在低溫領(lǐng)域(如低溫承壓容器、低溫環(huán)境支撐件、超導(dǎo)設(shè)備等)具有巨大的應(yīng)用前景和潛力。復(fù)合材料在低溫下的力學(xué)性能參數(shù)與常溫下相比會(huì)發(fā)生變化，這主要是由于在低溫下基體變脆、基體與纖維的熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致的界面熱應(yīng)力等因素造成的，然而在現(xiàn)階段，由于低溫試驗(yàn)設(shè)備的復(fù)雜性等因素，復(fù)合材料的低溫力學(xué)性能參數(shù)還很少，這嚴(yán)重制約了復(fù)合材料在低溫下的應(yīng)用。

利用常溫夾具對(duì)復(fù)合材料在低溫下進(jìn)行拉伸和疲勞試驗(yàn)，常常會(huì)發(fā)生復(fù)合材料打滑的現(xiàn)象，導(dǎo)致試驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行。但是，在進(jìn)行復(fù)合材料拉伸或者疲勞試驗(yàn)時(shí)，不能在其夾持段開孔，否則會(huì)造成開孔段首先發(fā)生破壞。同時(shí)，由于復(fù)合材料特殊的結(jié)構(gòu)形式，也不能在夾持段設(shè)置螺紋結(jié)構(gòu)。這些使得復(fù)合材料的夾持成為一個(gè)難題。

雖然專利cn102841011a提出了用于測(cè)試?yán)w維增強(qiáng)復(fù)合材料低溫力學(xué)拉伸性能的測(cè)試夾具，但是其存在兩個(gè)問題：1、復(fù)合材料的初始夾緊力太小，無(wú)強(qiáng)制夾緊裝置，很可能在初始拉伸時(shí)試樣就發(fā)生打滑；2、兩個(gè)夾持滑塊不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，這使得兩個(gè)滑塊的齒尖不能保證水平對(duì)齊，在復(fù)合材料夾持段會(huì)產(chǎn)生很大的切應(yīng)力，很可能使得夾持段首先發(fā)生破壞。專利cn104020043a設(shè)計(jì)了另外一種復(fù)合材料低溫力學(xué)性能測(cè)試夾具，但是其結(jié)構(gòu)不緊湊，難以應(yīng)用到常見的疲勞試驗(yàn)裝置上，且缺乏自緊裝置，夾緊力主要為螺栓力。

目前，國(guó)內(nèi)外尚未見述相關(guān)試驗(yàn)夾具對(duì)上述問題給出較好的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)夾具應(yīng)用于復(fù)合材料低溫力學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的試樣打滑的問題，提出一種復(fù)合材料低溫性能測(cè)試夾具。

為解決問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

提供一種用于復(fù)合材料低溫性能測(cè)試的夾具組件，包括兩個(gè)用于夾持試樣的夾具；所述夾具結(jié)構(gòu)相同，均包括：用于夾持試樣的夾持滑塊、用于傳動(dòng)豎直位移的從動(dòng)滑塊、用于傳動(dòng)水平位移的過(guò)渡滑塊、用于產(chǎn)生制動(dòng)力的制動(dòng)螺栓，以及用于強(qiáng)制夾緊試樣的強(qiáng)制夾緊螺栓；其中，

夾具的一端開設(shè)用于連接試驗(yàn)機(jī)的螺桿沉孔，另一端設(shè)置開口狀的u型通孔；u型通孔的兩側(cè)內(nèi)壁相對(duì)傾斜形成夾角，使開口端距離小于底部橫向尺寸，且兩側(cè)內(nèi)壁上分別開設(shè)導(dǎo)向槽；在u型通孔的內(nèi)部空間設(shè)置兩個(gè)楔形的夾持滑塊和一個(gè)t形的從動(dòng)滑塊；夾持滑塊一側(cè)的垂直面上設(shè)齒牙，另一側(cè)的斜面上設(shè)凸塊；兩個(gè)夾持滑塊的齒牙面相對(duì)布置，其凸塊分別嵌于u型通孔的導(dǎo)向槽中，使斜面與u型通孔內(nèi)壁相接；夾具的兩側(cè)分別開設(shè)螺紋通孔，強(qiáng)制夾緊螺栓通過(guò)螺紋通孔伸至u型通孔內(nèi)壁的導(dǎo)向槽，并與夾持滑塊相接；

所述t形的從動(dòng)滑塊位于夾持滑塊與u型通孔底部之間，具有頂端為光滑斜面的凸起部位，凸起部位伸入至u型通孔底部的沉孔中；在該沉孔中還有一個(gè)過(guò)渡滑塊，過(guò)渡滑塊具有與從動(dòng)滑塊匹配的光滑斜面以形成摩擦副；制動(dòng)螺栓通過(guò)夾具上的螺紋通孔與過(guò)渡滑塊相接。

本發(fā)明中，從動(dòng)滑塊與沉孔相對(duì)的底端由三個(gè)面組成，中間為水平面，兩側(cè)為斜面，斜面的傾斜角與u型通孔內(nèi)壁傾斜角之和為90°；在從動(dòng)滑塊的斜面上開設(shè)導(dǎo)向槽，夾持滑塊的頂端設(shè)凸塊，凸塊嵌入至從動(dòng)滑塊的導(dǎo)向槽中。

本發(fā)明中，所述夾持滑塊的垂直面與斜面之間的夾角為12°；垂直面上齒牙的上傾角為45°，向下傾角為0°。

本發(fā)明中，所述沉孔的底面等分為兩半，與過(guò)渡滑塊接觸的一半比與從動(dòng)滑塊接觸的一半深1-3mm；沉孔的結(jié)構(gòu)只允許過(guò)渡滑塊作水平移動(dòng)，從動(dòng)滑塊作豎直移動(dòng)。

本發(fā)明中，從動(dòng)滑塊與沉孔的底面之間有3mm的間隙，過(guò)渡滑塊與矩形孔的側(cè)面有3mm的間隙。

本發(fā)明中，所述強(qiáng)制夾緊螺栓共有四個(gè)，在夾具兩側(cè)各布置兩個(gè)。

本發(fā)明中，所述沉孔為方沉孔。

本發(fā)明中，所述u型通孔的傾斜角，即內(nèi)壁與水平面之間的夾角為78°。

本發(fā)明中，所述從動(dòng)滑塊和過(guò)渡滑塊接觸的斜面與水平面之間的夾角為30°～60°。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、適用于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料試樣的低溫拉伸和拉拉疲勞力學(xué)測(cè)試；

2、能夠保證復(fù)合材料在低溫下受拉不打滑，試樣夾持段不受破壞；

3、在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，隨著試驗(yàn)拉力的增大，夾具齒牙上的阻力越大，夾緊力越大，進(jìn)一步保證了夾緊的效果。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中上夾具的側(cè)向剖視圖；

圖3為夾持滑塊的主視圖；

圖4為圖3中夾持滑塊的左視圖。

圖中的附圖標(biāo)記為：上夾具1、制動(dòng)螺栓2、過(guò)渡滑塊3、從動(dòng)滑塊4、夾持滑塊5、強(qiáng)制夾緊螺栓6、復(fù)合材料試樣7、下夾具8、強(qiáng)制夾緊螺栓9、從動(dòng)滑塊10、過(guò)渡滑塊11、制動(dòng)螺栓12、夾持滑塊13。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式加以闡述。

用于復(fù)合材料低溫性能測(cè)試的夾具組件，包括兩個(gè)用于夾持試樣的上夾具1和下夾具8，兩個(gè)夾具的材料均使用inconel718合金，或者使用與inconel718力學(xué)性質(zhì)參數(shù)類似的材料。上夾具1和下夾具2的結(jié)構(gòu)、材料、尺寸完全一致，均包括：用于夾持試樣的夾持滑塊5、13，用于傳動(dòng)豎直位移的從動(dòng)滑塊4、10，用于傳動(dòng)水平位移的過(guò)渡滑塊3、11，用于產(chǎn)生制動(dòng)力的制動(dòng)螺栓2、12，以及用于強(qiáng)制夾緊試樣的強(qiáng)制夾緊螺栓6、9。

下面以上夾具1為例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

上夾具1的一端開設(shè)用于連接試驗(yàn)機(jī)的螺桿沉孔，另一端設(shè)置開口狀的u型通孔；u型通孔的兩側(cè)內(nèi)壁相對(duì)傾斜(內(nèi)壁與水平面之間的夾角為78°)形成夾角，使開口端距離小于底部橫向尺寸，且兩側(cè)內(nèi)壁上分別開設(shè)導(dǎo)向槽；在u型通孔的內(nèi)部空間設(shè)置兩個(gè)楔形的夾持滑塊5和一個(gè)t形的從動(dòng)滑塊4；夾持滑塊5一側(cè)的垂直面上設(shè)齒牙，另一側(cè)的斜面上設(shè)凸塊。夾持滑塊5的垂直面與斜面之間的夾角為12°；垂直面上齒牙的上傾角為45°，向下傾角為0°。兩個(gè)夾持滑塊5的齒牙面相對(duì)布置，其凸塊分別嵌于u型通孔的導(dǎo)向槽中，使斜面與u型通孔內(nèi)壁相接，凸塊能夠沿著導(dǎo)向槽滑動(dòng)。上夾具1的兩側(cè)分別開設(shè)螺紋通孔，每側(cè)各兩個(gè)強(qiáng)制夾緊螺栓6分別通過(guò)螺紋通孔伸至u型通孔內(nèi)壁的導(dǎo)向槽，并與夾持滑塊5相接，通過(guò)扭動(dòng)強(qiáng)制夾緊螺栓6可實(shí)現(xiàn)夾持滑塊的橫向移動(dòng)。圖1中，齒牙頂端和試樣7接觸，齒牙底部?jī)蓚€(gè)齒牙面間設(shè)置倒角，以降低應(yīng)力集中。

t形的從動(dòng)滑塊4位于夾持滑塊5與u型通孔底部之間，具有頂端為光滑斜面的凸起部位，凸起部位伸入至u型通孔底部的沉孔(本實(shí)施例為方沉孔)中；在該沉孔中還有一個(gè)過(guò)渡滑塊3，過(guò)渡滑塊3具有與從動(dòng)滑塊4匹配的光滑斜面以形成摩擦副，接觸面保證光滑、摩擦系數(shù)小。從動(dòng)滑塊4和過(guò)渡滑塊3接觸的斜面與水平面之間的夾角為30°～60°。沉孔的底面等分為兩半，與過(guò)渡滑塊3接觸的一半比與從動(dòng)滑塊4接觸的一半深1-3mm；沉孔的結(jié)構(gòu)只允許過(guò)渡滑塊3作水平移動(dòng)，從動(dòng)滑塊4作豎直移動(dòng)。從動(dòng)滑塊4與沉孔的底面之間有3mm的間隙，過(guò)渡滑塊3與矩形孔的側(cè)面有3mm的間隙。

制動(dòng)螺栓2通過(guò)上夾具1上的螺紋通孔與過(guò)渡滑塊3相接。從動(dòng)滑塊4與沉孔相對(duì)的底端(即與夾持滑塊5接觸的一側(cè))由三個(gè)面組成，中間為水平面，兩側(cè)為斜面，斜面的傾斜角與u型通孔內(nèi)壁傾斜角之和為90°；在從動(dòng)滑塊4的斜面上開設(shè)導(dǎo)向槽，夾持滑塊5的頂端設(shè)凸塊，凸塊嵌入至從動(dòng)滑塊4的導(dǎo)向槽中。

如圖2所示，從動(dòng)滑塊4和過(guò)渡滑塊3通過(guò)斜面的摩擦副連接，斜面設(shè)置可使得過(guò)渡滑塊3的水平移動(dòng)轉(zhuǎn)化為從動(dòng)滑塊的向下移動(dòng)。過(guò)渡滑塊3和制動(dòng)螺栓2連接，通過(guò)制動(dòng)螺栓2可控制過(guò)渡滑塊的水平移動(dòng)。夾具中導(dǎo)向槽和凸塊的配合均為間隙配合，保證凸塊能在導(dǎo)向槽內(nèi)自由滑動(dòng)。

本發(fā)明的組裝及使用如下：

上夾具1的組裝：將過(guò)渡滑塊3放入u型通孔頂部的沉孔內(nèi)，將從動(dòng)滑塊4的斜面與過(guò)渡滑塊3的斜面相貼合，將兩個(gè)夾持滑塊5的上凸塊和側(cè)凸塊分別放入從動(dòng)滑塊4底面和u型通孔側(cè)壁的導(dǎo)向槽內(nèi)，擰入制動(dòng)螺栓2，保持螺紋端面和過(guò)渡滑塊3接觸面間4-5mm距離，再分別擰入四個(gè)強(qiáng)制夾緊螺栓6，保持螺紋端面和夾持滑塊的接觸面間4-5mm距離。下夾具8的組裝和上夾具1的組裝方案完全一致。

利用螺桿將上夾具1和下夾具2與低溫拉伸或疲勞試驗(yàn)機(jī)相連接。下面以上夾具1為例說(shuō)明其使用方法：先手動(dòng)抬升從動(dòng)滑塊4，從動(dòng)滑塊4和過(guò)渡滑塊3在接觸面上發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，從動(dòng)滑塊4的向上移動(dòng)轉(zhuǎn)化成過(guò)渡滑塊3的水平移動(dòng)。同時(shí)，使兩個(gè)夾持滑塊5沿著從動(dòng)滑塊4和u型通孔側(cè)面上的導(dǎo)向槽分離至標(biāo)定位置，將復(fù)合材料試樣7的夾持段伸入兩個(gè)夾持滑塊5的齒面中間，調(diào)節(jié)兩個(gè)夾持滑塊5的高度，使之處于同一高度。調(diào)節(jié)制動(dòng)螺栓2，使得過(guò)渡滑塊3水平移動(dòng)，過(guò)渡滑塊3和從動(dòng)滑塊4之間的斜面將力傳播至從動(dòng)滑塊4上，從動(dòng)滑塊4向下運(yùn)動(dòng)，由于夾持滑塊5的頂部和側(cè)面都是斜向的導(dǎo)向槽，力的傳播使得夾持滑塊5沿著斜下方運(yùn)動(dòng)，復(fù)合材料試樣7與齒面接觸，繼續(xù)調(diào)節(jié)制動(dòng)螺栓2，直至無(wú)法再擰動(dòng)。此時(shí)，調(diào)節(jié)四個(gè)強(qiáng)制夾緊螺栓6，使得試樣繼續(xù)被夾緊，試樣的夾持完成。在此過(guò)程中要注意觀察，確保復(fù)合材料試樣7的夾持段不被破壞。