用于材料双轴压缩试验的加载装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于材料双轴压缩试验的加载装置及方法，属复合材料复杂载荷测试领域。它由上下两个Y型压缩装置构成，两个Y型压缩装置开口对开口对称交错放置；上Y型压缩装置（1）包括第一加载臂（1-1）、第二加载臂（1-2）和顶部夹持端（1-3），下Y型压缩装置（2）包括第三加载臂（2-1）、第四加载臂（2-2）和底部夹持端（2-3）；其中第一加载臂（1-1）和第二加载臂（1-2）之间、第三加载臂（2-1）和第四加载臂（2-2）之间均成直角，顶部夹持端（1-3）和底部夹持端（2-3）分别位于该直角的平分线上。与现有技术相比，本发明构造简单，便于维护，能方便的配合万能试验机实现双轴压缩加载试验，降低试验成本。
【专利说明】用于材料双轴压缩试验的加载装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于材料双轴压缩试验的加载装置及方法，属于复合材料复杂载 荷测试领域。
【背景技术】
[0002] 复合材料在承力结构中的应用比重越来越大，使得材料承受的应力状态也越来越 复杂。因此，对复合材料的强度特性，特别是双轴应力或多轴应力状态下的破坏特性的研究 也越发必要，以保证材料结构在使用中的安全。
[0003] 目前复合材料单轴性能测试技术较为成熟，一般只需通过某一个加载方向 进行加载，即可获得材料的单轴力学性能，常见的复合材料单轴测试标准可参见GB/T 1447-2005 (静态拉伸性能测试）及GB/T 16779-2008 (拉-拉疲劳性能测试）等。而复合 材料双轴性能测试方法则无任何标准可以遵循。
[0004] 目前，双轴加载设备一般分为两大类：（1)利用单轴加载系统构成的双轴加载 设备；（2)利用两个或多个加载系统构成的双轴加载设备。第一类装置主要利用一定的 机械结构实现双轴加载，如发明专利"一种用于材料双向加载试验的试验装置"（授权号 CN102353578B)，但该装置只能实现双轴拉伸加载，且各类连接结构较多，实际实现较为复 杂。第二类装置由两个或多个加载系统独立实现（参见文献"蔡登安，周光明，王新峰， 等.纤维增强复合材料双轴强度研究进展.宇航材料工艺，2014,（4) : 11-18. ")，这种试验 装置较容易实现任意比例双轴拉伸或压缩试验，但由于试验设备构造复杂，成本较高，而且 对控制系统的要求较高，因而该方法的应用在一定程度上受到了限制。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种用于材料双轴压 缩试验的加载装置及方法。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007] -种用于材料双轴压缩试验的加载装置，其特征在于：该装置由上Y型压缩装置 和下Y型压缩装置构成。其中上Y型压缩装置由第一加载臂、第二加载臂和顶部夹持端组 成，其中第一加载臂、第二加载臂之间成直角，顶部夹持端位于该直角的平分线上；上述第 一加载臂由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第一加载臂分成若干加载臂分 支；上述第二加载臂由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第二加载臂分成若 干加载臂分支；其中下Y型压缩装置由第三加载臂、第四加载臂和底部夹持端组成，其中第 三加载臂、第四加载臂之间成直角，底部夹持端位于该直角的平分线上；上述第三加载臂由 前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第三加载臂分成若干加载臂分支；上述第 四加载臂由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第四加载臂分成若干加载臂分 支；上述上Y型压缩装置的第一加载臂和下Y型压缩装置的第三加载臂通过导向槽、加载臂 分支彼此交错配合；上述上Y型压缩装置的第二加载臂和下Y型压缩装置的第四加载臂通 过导向槽、加载臂分支彼此交错配合。
[0008] 用于材料双轴压缩试验的加载装置的双轴加载方法，其特征在于包括以下过程： 步骤1、通过顶部夹持端和底部夹持端安装在万能试验机上，调节好对心位置；步骤2、将切 割好的正方形板样试件放入上Y型压缩装置和下Y型压缩装置之间；步骤3、操作试验机调 节上Y型压缩装置和下Y型压缩装置间隙，使正方形板样试件处于微压缩状态；利用等角度 载荷分配原理，装置上下载荷为F，通过直角等腰三角形的压头结构，则正方形试样各边实 际分配的压缩载荷为F/万，该装置可实现加载比例为1:1的等轴双向压缩加载试验，载荷 分配均匀；步骤4、根据不同试样材料设置加载速率，进行双轴压缩测试，通过应变片及应 变仪或光学测量系统测量应变或变形。
[0009] 上述导向槽的根部具有半圆角过渡结构。该过渡结构加工方便，同时可减小加载 时装置本身的应力集中。
[0010] 上述第一加载臂、第二加载臂、第三加载臂、第四加载臂的最前侧和最后侧加载臂 分支的高度高于内侧加载臂分支高度，即形成凸起挡板结构。该凸起挡板结构起到防止试 样滑落或试样破坏时碎屑脱落的作用。
[0011] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0012] 1、装置构造简单，便于加工及维护，能够方便的完成试验任务；
[0013] 2、试样形状加工容易，不需要特殊的加工形状；
[0014] 3、能够在万能试验机上实现双轴压缩加载试验，试验成本较低；
[0015] 4、载荷分配均匀，具有足够的等双轴压缩加载精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的结构示意图；
[0017] 图2为本发明的正视图和侧视图；
[0018] 图3为本发明上压头的结构示意图；
[0019] 图4为本发明下压头的结构示意图；
[0020] 图5为本发明工作时试样的载荷分配示意图；
[0021] 图中各标号名称：1、上Y型压缩装置，1-1、第一加载臂，1-2、第二加载臂，1-3、顶 部夹持端，2、下Y型压缩装置，2-1、第三加载臂，2-2、第四加载臂，2-3、底部夹持端。具体实 施方式
[0022] 下面结合附图，通过实施例的方式，对本发明进行详细说明： 实施例
[0023] -种用于材料双轴压缩试验的加载装置，其结构如图1、图2所示，该装置由上Y型 压缩装置1和下Y型压缩装置2构成。
[0024] 如图3所示，上Y型压缩装置1由第一加载臂1-1、第二加载臂1-2和顶部夹持端 1-3组成，其中第一加载臂1-1、第二加载臂1-2之间成直角，顶部夹持端1-3位于该直角的 平分线上；上述第一加载臂1-1由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第一加 载臂1-1分成若干加载臂分支；上述第二加载臂1-2由前到后开有若干相互平行的导向槽， 该导向槽将第二加载臂1-2分成若干加载臂分支；
[0025] 如图4所示，下Y型压缩装置2由第三加载臂2-1、第四加载臂2-2和底部夹持端 2-3组成，其中第三加载臂2-1、第四加载臂2-2之间成直角，底部夹持端2-3位于该直角的 平分线上；上述第三加载臂2-1由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第三加 载臂2-1分成若干加载臂分支；上述第四加载臂2-2由前到后开有若干相互平行的导向槽， 该导向槽将第四加载臂2-2分成若干加载臂分支；
[0026] 上述上Y型压缩装置的第一加载臂1-1和下Y型压缩装置的第三加载臂2-1通过 导向槽、加载臂分支彼此交错配合；
[0027] 上述上Y型压缩装置的第二加载臂1-2和下Y型压缩装置的第四加载臂2-2通过 导向槽、加载臂分支彼此交错配合。
[0028] 上述导向槽的根部具有半圆角过渡结构。该过渡结构加工方便，同时可减小加载 时装置本身的应力集中。
[0029] 上述第一加载臂1-1、第二加载臂1-2、第三加载臂2-1、第四加载臂2-2的最前侧 和最后侧加载臂分支的高度高于内侧加载臂分支高度，即形成凸起挡板结构。该凸起挡板 结构起到防止试样滑落或试样破坏时碎屑脱落的作用。
[0030] 用于材料双轴压缩试验的加载装置的双轴加载方法，其特征在于包括以下过程：
[0031] 步骤1、通过顶部夹持端1-3和底部夹持端2-3安装在万能试验机上，调节好对心 位置；
[0032] 步骤2、将切割好的正方形板样试件放入上Y型压缩装置1和下Y型压缩装置2之 间；
[0033] 步骤3、操作试验机调节上Y型压缩装置1和下Y型压缩装置2间隙，使正方形板 样试件处于微压缩状态；利用等角度载荷分配原理，装置上下载荷为F，通过直角等腰三角 形的压头结构，则正方形试样各边实际分配的压缩载荷为F/忑，该装置可实现加载比例为 1:1的等轴双向压缩加载试验，载荷分配均匀，如图5所示；
[0034] 步骤4、根据不同试样材料设置加载速率，进行双轴压缩测试，通过应变片及应变 仪或光学测量系统测量应变或变形。
【权利要求】
1. 一种用于材料双轴压缩试验的加载装置，其特征在于：该装置由上Y型压缩装置（I) 和下Y型压缩装置（2)构成， 其中上Y型压缩装置（1)由第一加载臂（1-1)、第二加载臂（1-2)和顶部夹持端（1-3) 组成，其中第一加载臂（1-1)、第二加载臂（1-2)之间成直角，顶部夹持端（1-3)位于该直角 的平分线上；上述第一加载臂（1-1)由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第 一加载臂（1-1)分成若干加载臂分支；上述第二加载臂（1-2)由前到后开有若干相互平行 的导向槽，该导向槽将第二加载臂（1-2)分成若干加载臂分支； 其中下Y型压缩装置（2)由第三加载臂（2-1)、第四加载臂（2-2)和底部夹持端（2-3) 组成，其中第三加载臂（2-1)、第四加载臂（2-2)之间成直角，底部夹持端（2-3)位于该直角 的平分线上；上述第三加载臂（2-1)由前到后开有若干相互平行的导向槽，该导向槽将第 三加载臂（2-1)分成若干加载臂分支；上述第四加载臂（2-2)由前到后开有若干相互平行 的导向槽，该导向槽将第四加载臂（2-2)分成若干加载臂分支； 上述上Y型压缩装置的第一加载臂（1-1)和下Y型压缩装置的第三加载臂（2-1)通过 导向槽、加载臂分支彼此交错配合； 上述上Y型压缩装置的第二加载臂（1-2)和下Y型压缩装置的第四加载臂（2-2)通过 导向槽、加载臂分支彼此交错配合。
2. 根据权利要求1所述的用于材料双轴压缩试验的加载装置，其特征在于：上述导向 槽的根部具有半圆角过渡结构。
3. 根据权利要求1所述的用于材料双轴压缩试验的加载装置，其特征在于：上述第一 加载臂（1-1)、第二加载臂（1-2)、第三加载臂（2-1)、第四加载臂（2-2)的最前侧和最后侧 加载臂分支的高度高于内侧加载臂分支高度，即形成凸起挡板结构。
4. 根据权利要求1所述的用于材料双轴压缩试验的加载装置的双轴加载方法，其特征 在于包括以下过程： 步骤1、通过顶部夹持端（1-3)和底部夹持端（2-3)安装在万能试验机上，调节好对心 位置； 步骤2、将切割好的正方形板样试件放入上Y型压缩装置（1)和下Y型压缩装置（2)之 间； 步骤3、操作试验机调节上Y型压缩装置（1)和下Y型压缩装置（2)间隙，使正方形板 样试件处于微压缩状态；利用等角度载荷分配原理，装置上下载荷为F，通过直角等腰三角 形的压头结构，则正方形试样各边实际分配的压缩载荷为F/忑，该装置可实现加载比例为 1:1的等轴双向压缩加载试验； 步骤4、根据不同试样材料设置加载速率，进行双轴压缩测试，通过应变片及应变仪或 光学测量系统测量应变或变形。
【文档编号】G01N3/02GK104316394SQ201410536931
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】蔡登安, 周光明 申请人:南京航空航天大学