一种压缩与拉伸实验快速转换装置及其使用方法

1.本发明属于钢铁冶金领域，特别涉及一种压缩与拉伸实验快速转换装置及其使用方法。


背景技术：

2.现有的电阻型热模拟试验机/万能试验机等实验装置在材料性能检测中广泛使用，但是设备在切换拉伸与压缩实验时，需要更换特定夹具才能进行实验，其过程不仅工序复杂，而且浪费大量时间。除此之外，夹具自身笨重，更换过程对实验操作人员身体素质有很高要求，其次整个过程也存在一定的安全隐患。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种压缩与拉伸实验快速转换装置及其使用方法，本发明能够在现有实验设备基础上，实现压缩与拉伸试验之间快速转换，不仅能够减轻实验操作人员身体负担，更重要的是能够节省压缩与拉伸实验切换所消耗的大量时间。
4.为解决上述问题，本发明专利提供以下技术方案：
5.一种压缩与拉伸实验快速转换装置，包括第一夹持端、第二夹持端、第一承压端、第二承压端、第一传动杆、第二传动杆、第三传动杆和第四传动杆；第一夹持端和第二夹持端上开设有能够与待拉伸的试件端部连接的试件安装孔，第一夹持端和第二夹持端上的试件安装孔正对，第一承压端和第二承压端对称设置在第一夹持端和第二夹持端上的试件安装孔轴线的两侧，第一传动杆的两端分别与第一夹持端和第一承压端轴连接，第二传动杆的两端分别与第一夹持端和第二承压端轴连接，第三传动杆两端分别与第二夹持端和第二承压端轴连接，第四传动杆两端分别与第一夹持端和第二承压端轴连接；
6.第一传动杆、第二传动杆、第三传动杆和第四传动杆长度相同且共面。
7.优选的，第一夹持端和第二夹持端上的试件安装孔采用螺纹孔，第一夹持端上的试件安装孔和第二夹持端上的试件安装孔旋向相反；
8.试件的两端开设有与所述试件安装孔适配的外螺纹。
9.优选的，试件两端的螺纹段的长度l0与试件安装孔内螺纹长度l1满足如下关系：2/3l0≤l1≤l0。
10.优选的，试件端部直径为6～10mm。
11.优选的，试件长度l2与第一传动杆、第二传动杆、第三传动杆和第四传动杆的长度l3满足如下关系：l3《l2《2l3。
12.优选的，第一传动杆的两端分别与第一夹持端和第一承压端通过轴承轴连接，第二传动杆的两端分别与第一夹持端和第二承压端通过轴承轴连接，第三传动杆两端分别与第二夹持端和第二承压端通过轴承轴连接，第四传动杆两端分别与第一夹持端和第二承压端通过轴承轴连接。
13.本发明如上所述的压缩与拉伸实验快速转换装置的使用方法，包括如下步骤：
14.步骤(1)，将试件两端分别与第一夹持端和第二夹持端上的试件安装孔连接；
15.步骤(2)，随后将第一承压端和第二承压端放置于实验装置的施压端，保证第一承压端、第二承压端与施压端几何中心重合；
16.步骤(3)，对第一承压端和第二承压端加压、使试件进行拉伸，通过第一承压端和第二承压端的压应变以及应变计算得到试件应变及所受应力，得到应力-应变数据。
17.优选的，第一承压端和第二承压端所受的压应力f与试件所受拉应力f1与之间满足如下关系：
[0018][0019]
式中，l为初始试样距承压端垂直距离，l2为试件的长度，l3为第一传动杆、第二传动杆、第三传动杆和第四传动杆的长度，δ为第一承压端和第二承压端的压应变，第一承压端和第二承压端的压应变为第一承压端和第二承压端相向移动的应变。
[0020]
优选的，试件拉应变δ1与第一承压端和第二承压端的压应变δ满足如下关系：
[0021][0022]
式中，l2为试件的长度，l3为第一传动杆、第二传动杆、第三传动杆和第四传动杆的长度，l为初始试样距承压端垂直距离。
[0023]
与现有技术相比，本发明专利具有如下有益效果：
[0024]
本发明压缩与拉伸实验快速转换装置通过装置机械结构设计，可以快速完成压缩实验向拉伸实验的转化，具体的，在使用时，将试件与第一夹持端和第二夹持端连接好后，直接将整个装置放在试验机上，通过试验机的压头直接对第一承压端和第二承压端施加压力，通过第一传动杆、第二传动杆、第三传动杆和第四传动杆的传力作用，使得第一夹持端和第二夹持端相互远离，从而实现对试件的拉伸。因此通过本发明的转换装置极大减少了实验切换所需时间，节约更换专用夹具所需大量时间成本，除此之外，减轻实验人员体力负担。
附图说明
[0025]
图1本发明压缩与拉伸实验转换装置示意图。
[0026]
图中，1-夹持端；2-传动杆；3-承压端；4实验试件。
具体实施方式
[0027]
下面结合附图和具体实施例对本发明专利进一步说明。
[0028]
参见图1，本发明压缩与拉伸实验快速转换装置包括两个夹持端1、四个传动杆2和两个承压端3，两个夹持端1结构相同，夹持端1主体呈长方体，分别记为第一夹持端(图1中上部的夹持端)和第二夹持端(图1中下部的夹持端)，第一夹持端和第二夹持端上下正对；四个传动杆2结构相同，从图1左上角的传动杆按顺时针编号，四个传动杆2依次记为第一传
动杆、第二传动杆、第三传动杆和第四传动杆，两个承压端3结构相同，承压端3主体为实心长方体结构，从左至右的两个承压端3分别记为第一承压端和第二承压端；
[0029]
第一夹持端和第二夹持端上开设有能够与待拉伸的试件4端部连接的试件安装孔，试件4的两端开设有与所述试件安装孔适配的外螺纹，试件安装孔采用螺纹孔，第一夹持端上的试件安装孔和第二夹持端上的试件安装孔旋向相反，这样能够保证试件4向同一方向旋转时，同时拧入第一夹持端和第二夹持端上的试件安装孔中或同时拧出第一夹持端和第二夹持端上的试件安装孔；第一夹持端和第二夹持端上的试件安装孔正对且轴线同轴，第一承压端和第二承压端对称设置在第一夹持端和第二夹持端上的试件安装孔轴线的左右两侧，第一传动杆的两端分别与第一夹持端和第一承压端轴连接，第二传动杆的两端分别与第一夹持端和第二承压端轴连接，第三传动杆两端分别与第二夹持端和第二承压端轴连接，第四传动杆两端分别与第一夹持端和第二承压端轴连接；第一传动杆、第二传动杆、第三传动杆和第四传动杆长度相同且共面。本发明的压缩与拉伸实验快速转换装置整体为菱形传动结构。
[0030]
参见图1，本发明压缩与拉伸实验快速转换装置在左右方向上关于试件4的轴线为对称结构，在上下方向上关于承压端3的对称轴p为对称结构，对称轴p为承压端3在上下方向上的对称轴。
[0031]
本发明中，试件4两端的螺纹段的长度l0与试件安装孔内螺纹长度l1满足如下关系：2/3l0≤l1≤l0。为了便于装配，试件4端部直径为6～10mm。为了保证整个转换装置能够对试件4正常施加拉力，试件4长度l2与第一传动杆、第二传动杆、第三传动杆和第四传动杆的长度l3需满足如下关系：l3《l2《2l3。
[0032]
本发明上述压缩与拉伸实验快速转换装置的转换原理如下：以图1所示方位为例，对整个转换装置施加压应力时(即同时对第一承压端左侧面施加从左往右的压力、对第而承压端右侧面施加从右往左的压力)，这样通过四个传动杆2二力杆的作用，使得第一夹持端受到向上的推力、第二夹持端受到向下的推力，由于作用反作用力，试件4的上端受到向上的力、试件4的下端受到向下的力，从而实现了对试件4的拉伸，可以看出，本发明的压缩与拉伸实验快速转换装置能够将左右方向的压缩力转换为上下方向的拉伸力。为了防止轴承座与夹持端1以及与承压端3之间发生应力集中，在轴承座与夹持端1以及与承压端3的连接部位采用圆弧面过渡连接。本发明能够在不升级现有实验设备基础上，完成压缩与拉伸试验之间快速转换。
[0033]
为了进一步提高实验结果数据采集的准确性，通过降低各轴连接部位的摩擦力可以实现，为此，本发明中，第一传动杆的两端分别与第一夹持端和第一承压端通过轴承轴连接，第二传动杆的两端分别与第一夹持端和第二承压端通过轴承轴连接，第三传动杆两端分别与第二夹持端和第二承压端通过轴承轴连接，第四传动杆两端分别与第一夹持端和第二承压端通过轴承轴连接。通过轴承，能够大大降低各传动杆转动时的摩擦力，提高应力、应变数据采集的准确性。
[0034]
通过轴承轴连接的方式，以第一传力杆为例进行说明，即在第一夹持端的左右两侧对称设置有轴承座，第一承压端的上下两侧对称设置有轴承座，轴承座内安装有滚动轴承，滚动轴承的外圈安装在轴承座上，第一传力杆的两端分别垂直连接有转轴，转轴与轴承的内圈配合连接，从而实现了第一传动杆与第一夹持端以及与第一承压端之间的轴连接，
此外，对于本领域技术人员来说，上述的轴连接方式只是其中一种实现方式而已，本发明中第一传动杆的两端分别与第一夹持端和第一承压端通过轴承轴连接的方式不限于上述举例。
[0035]
本发明上述压缩与拉伸实验快速转换装置中，试件4的拉应变δ1与承压端3压应变δ(指的是在图1的左右方向上，两个承压端3相向移动的位移)满足以下关系：
[0036][0037]
试件4所受拉应力f1与承压端3所受压应力f满足以下关系：
[0038][0039]
式中，l为初始试样距承压端垂直距离。
[0040]
本发明如上所述的压缩与拉伸实验快速转换装置的使用方法，包括如下步骤：
[0041]
(1)将拉伸试件4通过螺纹与压缩与拉伸实验转换装置夹持端1连接；
[0042]
(2)随后将承压端3放置于实验装置的施压端，保证承压端3与施压端几何中心重合；
[0043]
(3)在承压端3加压开始实验；
[0044]
(4)按照公式(1)和公式(2)计算得到试件4应变及所受应力，得到应力-应变数据。
[0045]
从上述本发明压缩与拉伸实验快速转换装置的结构可以看出，其结构相对简单、轻巧，能够实现压缩与拉伸实验的快速切换，能够替代原有笨重的夹具更换过程，不仅减轻了实验操作人员身体负担，更重要的是节省压了缩与拉伸实验切换所消耗的大量时间。
[0046]
本发明专利还可以有其他多种实施方式，在不脱离本发明专利精神及其实质之情况下，本领域技术人员当可根据本发明专利做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明专利所附的权利要求的保护范围。本说明书中若有未作详细描述的内容，应为本领域的专业技术人员公知或应知的技术，此处不再赘述。