高压氢环境材料试验机紧凑拉伸试样用夹具的制作方法
【专利摘要】本发明属于材料力学性能测试设备，旨在提供一种高压氢环境材料试验机紧凑拉伸试样用夹具。本发明包括上夹具和下夹具两部分，所述上夹具包括上支座、上主U形夹具、上次U形夹具和销钉，上支座两端(圆柱部分外周)分别开设有螺钉孔，通过螺钉与试验机的上端连接，上支座中间部位的两个相对矩形块构成夹持区间，其中，两个矩形块与上支座圆柱部分为加工一体结构，皆属于支座部分。本发明的有益效果是：该夹具可在紧凑拉伸试样试验过程中自动消除不对中的影响，保证紧凑拉伸试样只受到单向载荷作用，避免其受到额外的弯矩，从而提高试验数据的准确性，而且使用简便，特别适用于高压氢环境下材料的紧凑拉伸试验。
【专利说明】高压氢环境材料试验机紧凑拉伸试样用夹具
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料力学性能测试设备，特别涉及一种高压氢环境材料试验机紧凑拉 伸试样用夹具。
【背景技术】
[0002] 高压氢气环境下材料断裂韧性测试或者疲劳裂纹扩展速率测试试验设备主要将 已有的试验机主机与高压氢环境箱对接，将紧凑拉伸试样安装在高压氢环境箱里面，然后 通过试验机主机对试样进行加载，从而获得材料在氢气环境下的断裂韧性或疲劳裂纹扩展 速率等断裂力学性能。特殊的氢气试验环境对材料紧凑拉伸试样用夹具提出了更高的要 求，为减少氢气使用量，高压氢环境箱的设计空间较少，难以采用液压夹具夹持试样。如直 接采用螺纹连接的普通U形夹具，容易产生不对中的现象，且操作困难，导致试样所受附加 弯矩大，严重影响试验结果的真实度。
[0003] 目前鲜有文献报道相关消除紧凑拉伸试样试验过程中不对中影响的夹具结构。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种高压氢环境材料 试验机紧凑拉伸试样用夹具。
[0005] 为解决技术问题，本发明的解决方案是：
[0006] 提供一种高压氢环境材料试验机紧凑拉伸试样用夹具，包括上夹具和下夹具两部 分，所述上夹具包括上支座、上主U形夹具、上次U形夹具和销钉，上支座两端（圆柱部分外 周）分别开设有螺钉孔，通过螺钉与试验机的上端连接，上支座中间部位的两个相对矩形 块构成夹持区间，其中，两个矩形块与上支座圆柱部分为加工一体结构，皆属于支座部分； 所述两个相对矩形块上分别开设有同轴心的销钉孔，上主U形夹具矩形部分的对称轴处开 设有销钉孔，所述上支座和上主U形夹具之间通过销钉贯穿销钉孔相互动铰支连接，且在 上支座的两个销钉孔外侧配有由螺钉锁紧固定用于限制销钉位置的限位片；上主U形夹具 的两侧分别开设有两个对称的销钉孔，上次U形夹具的矩形部分对称轴上开设有销钉孔， 上主U形夹具和上次U形夹具之间通过销钉相互动铰支连接，并在上主U形夹具的两个销 钉孔外侧配有由螺钉固定用于限制销钉位置的限位片；所述紧凑拉伸试样通过上次U形夹 具两侧开设有的两个对称的销钉孔与上次U形夹具相连接，并在上次U形夹具的两个销钉 孔外侧配有由螺钉锁紧固定用于限制销钉位置的限位片；
[0007] 下夹具包括下支座、下主U形夹具、下次U形夹具和销钉，下支座两端（圆柱部 分外周）分别开设有螺钉孔，通过螺钉与试验机的下端连接，下支座中间部位的两个相对 矩形块构成夹持区间，其中，两个矩形块与下支座圆柱部分为加工一体结构，皆属于支座部 分；两个相对矩形块上分别开设有同轴心的销钉孔，下主U形夹具矩形部分的对称轴处开 设有销钉孔，所述下支座和下主U形夹具之间通过销钉贯穿销钉孔相互动铰支连接，并在 下支座的两个销钉孔外侧配有由螺钉锁紧固定用于限制销钉位置的限位片；下主U形夹具 的两侧分别开设有两个对称的销钉孔，下次U形夹具的矩形部分对称轴上开设有销钉孔， 下主U形夹具和下次U形夹具通过销钉相互动铰支连接，并在下主U形夹具的两个销钉孔 外侧配有由螺钉锁紧固定用于限制销钉位置的限位片；所述紧凑拉伸试样通过下次U形夹 具两侧开设有的两个对称的销钉孔与下次U形夹具相连接，并在下次U形夹具的两个销钉 孔外侧配有由螺钉锁紧固定用于限制销钉位置的限位片。
[0008] 本发明中，所述支座上的销钉孔和销钉之间的配合为间隙配合，从而保证销钉能 进入销钉孔；支座的夹持间距大于主U形夹具的厚度，从而保证主U形夹具可夹持在支座的 夹持区间中。
[0009] 本发明中，所述主U形夹具和次U形夹具的销钉孔与销钉之间的配合为间隙配合， 从而保证销钉能进入销钉孔；主U形夹具的夹持间距大于次U形夹具的厚度，从而保证次U 形夹具可夹持在主U形夹具中；次U形夹具的夹持间距大于紧凑拉伸试样的厚度，从而保证 紧凑拉伸试样可夹持在次U形夹具中。
[0010] 本发明中，所述连接支座和主U形夹具的销钉以及连接主U形夹具和次U形夹具 的销钉均为圆柱销钉，从而保证主U形夹具和次U形夹具分别在垂直于对应销钉的平面内 转动。
[0011] 本发明中，所述销钉的长度小于其对应销钉孔的长度，从而保证限位片能对销钉 起到限位作用。
[0012] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0013] 该夹具可在紧凑拉伸试样试验过程中自动消除不对中的影响，保证紧凑拉伸试样 只受到单向载荷作用，避免其受到额外的弯矩，从而提高试验数据的准确性，而且使用简 便，特别适用于高压氢环境下材料的紧凑拉伸试验。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明的总体结构示意图；
[0015] 图2为支座的结构示意图；
[0016] 图3为图2的俯视图；
[0017] 图4为U形夹具的结构示意图；
[0018] 图5为图4的左视图；
[0019] 图6为销钉的主视图；
[0020] 图7为销钉的左视图。
[0021] 图中各部分说明如下：螺钉1、上支座2、大销钉3、上主U形夹具4、小销钉5、小销 钉6、紧凑拉伸试样7、小销钉8、大销钉9、螺钉10、下支座11、下主U形夹具12、限位片13、 小销钉14、下次U形夹具15、上次U形夹具16、限位片17。
【具体实施方式】
[0022] 以下的实施例可以使本专业【技术领域】的技术人员更全面的了解本发明，但不以任 何方式限制本发明。
[0023] 如图1所示，提供一种高压氢环境材料试验机紧凑拉伸试样用夹具的具体实施 例，包括上夹具和下夹具两部分；所述上夹具包括上支座2、上主U形夹具4、上次U形夹具 16、大销钉3和两个小销钉（5、6)，其中：上支座2圆柱部分外周开有螺钉孔，通过螺钉1与 试验机的上端连接，其余部分由两个相对矩形块构成夹持区间，分别在矩形块上对称开有 大销钉孔，上主U形夹具4矩形部分的对称轴上也开有大销钉孔，通过大销钉3,上支座2和 上主U形夹具4之间构成了可动铰支连接，并在上支座2的两个销钉孔外侧配有由螺钉锁 紧固定用于限制大销钉3位置的限位片；上主U形夹具4的两侧对称开有小销钉孔，上次U 形夹具16矩形部分的对称轴上也开有小销钉孔，通过小销钉5,上主U形夹具4和上次U形 夹具16之间构成了可动铰支连接，并在上主U形夹具4的两个销钉孔外侧配有由螺钉锁紧 固定用于限制销钉位置的限位片17 ;上次U形夹具16的两侧对称开有小销钉孔，紧凑拉伸 试样7通过小销钉6和上次U形夹具16连接，并在上次U形夹具16的两个销钉孔外侧配 有由螺钉锁紧固定用于限制销钉位置的限位片。
[0024] 下夹具包括下支座11、下主U形夹具12、下次U形夹具15、大销钉9和两个小销钉 14、8,其中：下支座11圆柱部分外周开有螺钉孔，通过螺钉10与试验机的下端连接，其余部 分由两个相对矩形块构成夹持区间，分别在矩形块上对称开有大销钉孔，下主U形夹具12 矩形部分的对称轴上也开有大销钉孔，通过大销钉9,下支座11和下主U形夹具12之间构 成可动铰支连接，并在下支座11的两个销钉孔外侧配有由螺钉锁紧固定用于限制大销钉9 位置的限位片；下主U形夹具12的两侧对称开有小销钉孔，下次U形夹具15矩形部分的对 称轴上也开有小销钉孔，通过小销钉14,下主U形夹具12和下次U形夹具15之间构成可动 铰支连接，同时在下主U形夹具12的两个销钉孔外侧配有由螺钉锁紧固定用于限制销钉位 置的限位片13 ;下次U形夹具15的两侧对称开有小销钉孔，紧凑拉伸试样7通过小销钉8 和下次U形夹具15连接，并在下次U形夹具15的两个销钉孔外侧配有由螺钉锁紧固定用 于限制销钉位置的限位片。
[0025] 所述上支座2和下支座11结构相同，如图2、图3所示，支座（2、11)上的大销钉 孔与大销钉（3、9)之间的配合属于间隙配合，从而保证销钉能进入销钉孔；支座（2、11)的 夹持间距分别大于主U形夹具（4、12)的厚度，从而保证主U形夹具（4、12)可夹持在支座 (2、11)的夹持区间中。
[0026] 所述U形夹具（4、16、12、15)结构相同，如图4、图5所示，其中，U形夹具（4、16、 12、15)上的销钉孔与销钉（3、5、6、9、14、8)之间的配合是间隙配合，从而保证销钉能进入 销钉孔；主U形夹具（4、12)的夹持间距大于次U形夹具（16、15)的厚度，从而保证次U形 夹具（16、15)可夹持在主U形夹具（4、12)中；次U形夹具（16、15)的夹持间距大于紧凑拉 伸试样7的厚度，从而保证紧凑拉伸试样7可夹持在次U形夹具（16、15)中。
[0027] 所述销钉（3、5、9、14)均为圆柱销钉，从而保证主U形夹具和次U形夹具分别可在 垂直于大销钉（3、9)和小销钉（5、14)的平面内转动。
[0028] 所述销钉（3、5、6、9、14、8)的长度略微小于其对应销钉孔的长度，从而保证限位 片能对它们起到限位作用。
[0029] 本发明的具体应用步骤如下：
[0030] 所述上支座2和下支座11通过螺钉1和螺钉10分别与试验机的上下端连接。将 上主U形夹具4置于上支座2的夹持区间，沿大销钉孔插入大销钉3,锁紧两端限位片，限制 大销钉3的位置，使上支座2和上主U形夹具4之间构成可动铰支连接；同理，使用大销钉 9使下支座11和下主U形夹具12之间构成可动铰支连接；接着将上次U形夹具16置于上 主U形夹具4的夹持区间，沿小销钉孔插入小销钉5,锁紧两端限位片17,限制小销钉5的 位置，使上主U形夹具4和上次U形夹具16之间构成可动铰支连接；同样，使用小销钉14 使下主U形夹具12和下次U形夹具15之间构成可动铰支连接；最后将紧凑拉伸试样7置 于上次U形夹具16的夹持区间，沿小销钉孔插入小销钉6,锁紧两端限位片，限制小销钉6 的位置，然后调整试验机下夹具的轴向位置，使下次U形夹具15的销钉孔与紧凑拉伸试样7 的另外一个小销钉孔重合，插入小销钉8,锁紧两端限位片，限制小销钉8的位置，从而完成 紧凑拉伸试样7的安装。主U形夹具（4、12)和支座（2、11)以及和次U形夹具（16、15)之 间构成的可动铰支连接，使得紧凑拉伸试样7可在垂直于轴向的平面内的任意角度调整， 随着试验机施加的拉力传递到紧凑拉伸试样7上，试样7将在拉力作用下自动实现对中，最 终趋于仅受到轴向的拉力，从而避免受到额外的弯矩，提高了试验数据的准确性。
[0031] 另外，夹具首次安装后，上支座2、下支座11、上主U形夹具4、下主U形夹具12、上 次U形夹具16和下次U形夹具15皆不用拆卸，试样安装时只需调整下夹具的位置即可，而 且下次U形夹具15自由度高，试样安装过程十分简单方便。
[0032] 以上所述，仅是本发明的一个实施案例而已，并非对本发明作任何形式上的限制， 虽然本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技 术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的结构及技术内容做出某些 更动或修改而成为等同变化的等效实施案例。
[0033] 例如，本发明并不限定只用于氢环境下的材料试验机，普通试验机也可采用。
[0034] 但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所作 的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案范围内。
【权利要求】
1. 一种高压氢环境材料试验机紧凑拉伸试样用夹具，包括上夹具和下夹具；其特征在 于，所述上夹具包括上支座、上主U形夹具、上次U形夹具和销钉，上支座两端分别开设有螺 钉孔，上支座中间部位的两个相对矩形块构成夹持区间，两个相对矩形块上分别开设有同 轴心的销钉孔，上主U形夹具的对称轴处开设有销钉孔，所述上支座和上主U形夹具之间通 过销钉贯穿销钉孔相互动铰支连接，且在上支座的两个销钉孔外侧配有由螺钉锁紧固定用 于限制销钉位置的限位片； 所述上主U形夹具的两侧分别开设有两个对称的销钉孔，上次U形夹具的矩形部分对 称轴上开设有销钉孔，上主U形夹具和上次U形夹具之间通过销钉相互动铰支连接，且在上 主U形夹具的两个销钉孔外侧配有由螺钉固定用于限制销钉位置的限位片；所述紧凑拉伸 试样通过上次U形夹具两侧开设有的两个对称销钉孔与上次U形夹具相连接，且在上次U 形夹具的两个销钉孔外侧配有由螺钉锁紧固定用于限制销钉位置的限位片； 所述下夹具包括下支座、下主U形夹具、下次U形夹具和销钉，下支座两端分别开设有 螺钉孔，下支座中间部位的两个相对矩形块构成夹持区间，两个相对矩形块上分别开设有 同轴心的销钉孔，下主U形夹具的对称轴处开设有销钉孔，所述下支座和下主U形夹具之间 通过销钉贯穿销钉孔相互动铰支连接，且在下支座的两个销钉孔外侧配有由螺钉锁紧固定 用于限制销钉位置的限位片；下主U形夹具的两侧分别开设有两个对称的销钉孔，下次U形 夹具的矩形部分对称轴上开设有销钉孔，下主U形夹具和下次U形夹具通过销钉相互动铰 支连接，且在下主U形夹具的两个销钉孔外侧配有由螺钉锁紧固定用于限制销钉位置的限 位片；所述紧凑拉伸试样通过下次U形夹具两侧开设有的两个对称销钉孔与下次U形夹具 相连接，且在下次U形夹具的两个销钉孔外侧配有由螺钉锁紧固定用于限制销钉位置的限 位片。
2. 根据权利要求1所述的高压氢环境材料试验机紧凑拉伸试样用夹具，其特征在于， 所述上支座、下支座的销钉孔和销钉之间的配合均为间隙配合，上支座、下支座的夹持间距 均大于主U形夹具的厚度。
3. 根据权利要求1所述的高压氢环境材料试验机紧凑拉伸试样用夹具，其特征在于， 所述主U形夹具、次U形夹具的销钉孔与销钉之间的配合均为间隙配合，主U形夹具的夹持 间距大于次U形夹具的厚度，次U形夹具的夹持间距大于紧凑拉伸试样的厚度。
4. 根据权利要求1所述的高压氢环境材料试验机紧凑拉伸试样用夹具，其特征在于， 所述连接上支座与上主U形夹具、下支座与下主U形夹具的销钉以及连接上主U形夹具与 上次U形夹具、下主U形夹具与下次U形夹具的销钉均为圆柱销钉。
5. 根据权利要求1?4中任一项中所述的高压氢环境材料试验机紧凑拉伸试样用夹 具，其特征在于，所述销钉长度小于其对应销钉孔长度。
【文档编号】G01N3/04GK104142266SQ201410370742
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】郑津洋, 蒙波, 周池楼, 赵永志, 徐平, 顾超华, 张鑫, 张俊峰 申请人:浙江大学