CN106813981B - 一种拉伸疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及疲劳试验装置技术领域，尤其涉及一种拉伸疲劳试验机，包括支架、激振器、下夹持头、上夹持头和力传感器；激振器和力传感器均设置在支架上，下夹持头与激振器的顶杆连接，且能够随所述顶杆同步移动；上夹持头与力传感器连接，用于将受力情况传导至力传感器；下夹持头和上夹持头沿顶杆的轴向上间隔设置。本发明解决了现有技术没有针对单纤维丝的拉伸疲劳试验装置这一问题，该试验机体积小、灵活性好，各部分配件均可根据需要替换，可搭配性强且适用范围广，拥有很好的稳定性和重复使用性。

Description

一种拉伸疲劳试验机

技术领域

本发明涉及疲劳试验装置技术领域，尤其涉及一种拉伸疲劳试验机。

背景技术

在外界交变应力作用下，零部件经过一段时间后，就会产生疲劳损坏。因此研究材料疲劳，进行疲劳试验具有重要意义。可通过对零部件或材料进行多次试验测试，分析其疲劳试验结果的数据，继而获得其最接近真实的疲劳寿命值。目前，国内外存在多种检测零部件使用疲劳寿命的疲劳试验机。疲劳试验机已经成为科研单位和学者研究和检测材料疲劳性能的重要工具。

纤维复合材料是一种性能良好的材料，其结构在疲劳载荷下，内部产生的初始损伤会渐进演化扩展以及相互耦合，使得材料力学性能强度、刚度及使用寿命急剧下降，严重影响结构的可靠性和安全性。

目前，针对复合材料疲劳试验的相关研究都是对成型后的材料进行试验，很少有对单根纤维丝的疲劳研究。采用纯纤维的拉伸疲劳试验也是用纤维束代替，这样就无法排除纤维之间的磨损对疲劳损伤的影响。现有技术中也并没有针对单纤维丝的强度及大小而设计的拉伸疲劳试验机，这对研究纤维复合材料的可靠性和安全性造成了不便。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有技术中没有针对微小试验件特别是单根纤维丝的疲劳试验装置的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种拉伸疲劳试验机，包括支架、激振器、下夹持头、上夹持头和力传感器；所述激振器和所述力传感器均设置在所述支架上，所述下夹持头与所述激振器的顶杆连接，且能够随所述顶杆移动；所述上夹持头与所述力传感器连接，用于将受力情况传导至所述力传感器；所述下夹持头和所述上夹持头沿所述顶杆的轴向上间隔设置。

优选地，还包括传感器架和调节件，所述传感器架与所述支架连接，且能够相对所述支架滑动，所述力传感器通过所述传感器架固定在所述支架上，所述调节件的一端与所述支架连接，另一端与所述传感器架连接，用于调节所述上夹持头与所述下夹持头的间隔距离。

优选地，所述上夹持头和所述下夹持头均包括固定部和夹持部，所述夹持部包括两个夹片，所述夹持部一端与所述固定部连接，另一端用于夹持；其中，所述上夹持头的固定部与所述力传感器连接，所述下夹持头的固定部与所述顶杆连接；所述上夹持头的夹持部与所述下夹持头的夹持部相对设置。

优选地，至少有一个所述夹片能够相对所述固定部移动，用于调整两个所述夹片之间的间隔距离。

优选地，在能够移动的夹片外侧设有紧固装置，所述紧固装置能够推动该夹片移动，并固定两个所述夹片的相对位置。

优选地，所述紧固装置包括基座和至少一个第一调节螺栓，所述基座固定在所述固定部上，所述第一调节螺栓的一端穿过所述基座，且能够相对所述基座移动，用于推动能够移动的夹片移动。

优选地，所述紧固装置包括基座和弹簧，所述基座设置在能够移动的夹片外侧，固定在所述固定部上，所述弹簧设置在所述基座与能够移动的夹片之间。

优选地，至少在其中一个所述夹片的内侧设置横向凸起，在相对的另一个所述夹片上设置与所述横向凸起相配合的防滑槽。

优选地，所述支架包括底座和至少一根支架立柱；所述支架立柱的一端与所述底座垂直连接，另一端上设置有支架横梁；所述激振器固定在所述底座上；所述传感器架可移动的安装于所述支架立柱上；所述调节件为第二调节螺栓，其一端与所述传感器架连接，另一端与所述支架横梁连接，调节所述第二调节螺栓时，所述传感器架沿所述支架立柱移动。

优选地，还包括控制器，所述控制器分别与所述力传感器和所述激振器电连接，用于调节所述激振器的振动频率和振幅，采集所述力传感器的数据。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种拉伸疲劳试验机，包括支架、激振器、下夹持头、上夹持头和力传感器；所述激振器和所述力传感器均设置在所述支架上，所述下夹持头与所述激振器的顶杆连接，且能够随所述顶杆移动；所述上夹持头与所述力传感器连接，用于将受力情况传导至所述力传感器；所述下夹持头和所述上夹持头沿所述顶杆的轴向上间隔设置，用于夹持试验件。该拉伸疲劳试验机可适配单根纤维丝以及其他微小试验件的拉伸疲劳试验。

附图说明

图1是本发明实施例一中的拉伸疲劳试验机结构示意图；

图2是本发明实施例一中的支架横梁结构示意图；

图3是本发明实施例一中的传感器架结构示意图；

图4是本发明实施例一中的下夹持头结构示意图；

图5是本发明实施例二中的下夹持头结构示意图。

图中：1：支架；11：底座；12：支架立柱；13：支架横梁；

2：激振器；3：下夹持头；4：上夹持头；

5：力传感器；51：传感器架；52：调节件；

6：固定部；7：夹片；8：基座；9：第一调节螺栓；10：弹簧。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”、“底”、“顶”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等指示序列的词仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的安装顺序或者重要性差异，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

实施例一

本发明实施例提供的拉伸疲劳试验机，包括支架1、激振器2、下夹持头3、上夹持头4和力传感器5。如图1所示，所述支架1包括底座11和支架立柱12，支架立柱12安装在底座11上，顶端设有支架横梁13。激振器2和力传感器5均设置在支架上1，激振器2固定在底座11上，力传感器5设置在支架立柱12上。下夹持头3与激振器2的顶杆连接，且能够随顶杆同步移动；上夹持头4与力传感器5连接，固定在力传感器5的下方，用于将受力情况传导至力传感器5；下夹持头3和上夹持头4沿顶杆的轴向上间隔设置。

优选地，该拉伸疲劳试验机还包括传感器51和调节件52，力传感器5固定在传感器架51上，调节件52一端连接在支架横梁13上，一端连接在传感器架51上，传感器架51通过调节件52固定在支架立柱12上，调节传感器架51在支架立柱12上的相对位置，可以改变下夹持头3和上夹持头4之间的间隔距离。

支架1包括底座11和至少一根支架立柱12，起到支撑其他部件的作用。具体到本例之中，为使得试验机结构更为稳定，采用了两根平行设置的支架立柱12。如图1所示，底座11设有凸起的、侧面为弧形的挡块，用于限制激振器2的安装位置。激振器2为拉伸疲劳试验的主动力源，固定在底座11上。本例中采用的是20N的电动激振器。

如图1所示，本例中采用的两根支架立柱12，穿过方形底座11一侧的支架立柱过孔，支架立柱12的底端垂直安装在底座11上，顶端设置有支架横梁13，安装支架横梁13，一是为了保证两根支架立柱12的平行度，二是为了穿设调节件52，本实施例中调节件52为第二调节螺栓。支架横梁13的结构如图2所示，支架横梁13上设有两个开口朝下的支架立柱孔和一个用于穿设调节件52的过孔，两个支架立柱孔套在两根竖直的支架立柱12的顶端；第二调节螺栓穿过过孔，一端与传感器架51连接，另一端与支架横梁13连接。

传感器架51的结构如图3所示，设有两个支架立柱过孔和一个调节件过孔，两根支架立柱12穿过传感器架51上支架立柱过孔，传感器架51和力传感器5只能沿支架立柱12上下移动。第二调节螺栓竖直穿过传感器架51上的调节件过孔，将传感器架51和力传感器5悬挂于支架横梁13下。

具体到本实施例中，第二调节螺栓安装时，第二调节螺栓自下而上穿过传感器架51上的调节件过孔，再穿过支架横梁13上的过孔，套入配套的螺母之中，螺栓的头部卡在传感器架51底部，螺母卡在支架横梁13上部，将传感器架51悬挂于支架横梁13下方，调节螺母在第二调节螺栓上的位置，即可改变传感器架51悬挂高度。

力传感器5通过螺栓固定在传感器架51下方。调节第二调节螺栓时，传感器架51沿支架立柱12移动，力传感器5和连接在力传感器5下方的上夹持头4随之移动，可调节下夹持头3与上夹持头4之间的距离。力传感器5的量程决定了疲劳试验的载荷范围。本实施例中使用的是300g量程的平行横梁式称重测力传感器，也可以根据不同材料的要求更换其他量程的传感器，实现不同载荷的拉伸疲劳试验。

上夹持头4和下夹持头3结构相同，均包括固定部6和夹持部，固定部6设有用于固定的通孔，上夹持头4的固定部6通过螺丝与力传感器5连接，下夹持头3的固定部6通过螺丝与激振器2的顶杆连接。夹持部的一端与固定部6连接，另一端用于夹持。上夹持头4的夹持部与下夹持头3的夹持部相对设置，用于夹持纤维丝的上下两端。

如图3所示，下夹持头3的夹持部包括两个夹片7，将纤维丝放置在两个夹片7之间夹紧固定，具体地，两个夹片7可以通过外物夹紧固定，例如，通过夹持件将两个夹片7夹紧固定；也可以通过两个夹片7自身的夹持力夹紧，例如，两个夹片7之间具有小于纤维丝的间隙，且两个夹片7具有弹性，增加两个夹片7之间的间隙，将纤维丝放到两个夹片之间，撤去外力后，两个夹片7回弹夹紧纤维丝。

为了方便安放纤维丝，优选地，两个夹片7中，至少有一个夹片7能够移动，通过该夹片7的移动能够调整两个夹片7之间的缝隙，其中，能够移动的夹片7内侧设有防滑用的横向凸起，另一个夹片7上设有与能够移动的夹片7相配合横向防滑槽。

优选地，能够移动的夹片7外侧设有紧固装置，该紧固装置能够推动可移动的夹片7移动，并固定两个夹片7的相对位置。本实施例中，紧固装置包括基座8和至少一个第一调节螺栓9，所述基座8固定在固定部6上，第一调节螺栓9的一端穿过基座8，且能够相对基座8移动，用于推动能够移动的夹片7移动，如图4所示，本实施例中，基座8为单个凸起的挡片，挡片与固定的夹片7之间形成凹槽，凹槽的宽度不小于可移动夹片7的厚度。第一调节螺栓9穿过挡片，与挡片螺纹连接。使用夹片7固定单根纤维丝时，调节第一调节螺栓9，减少螺栓的伸出长度，使两个夹片7分离，将单纤维丝竖直插入两个夹片7之间，插好后纤维丝后，调节第一调节螺栓9，增加螺栓的伸出长度，螺栓末端推动能够移动的夹片7向另一夹片移动，两个夹片7之间的距离减小，夹紧单纤维丝。

该拉伸疲劳试验机还包括控制器，所述控制器分别与力传感器5和激振器2电连接，用于调节激振器2的振动频率和振幅，采集力传感器5的数据。依靠激振器2激振方式改变拉伸加载模式，通过改变激振大小和力传感器5读取数值调整载荷大小，并且可以根据试件载荷范围更换力传感器5，试验的精度取决于力传感器5的精度，可以达到微小载荷的要求。

试验开始前，应将各部分组件按照图1进行组装，将激振器2和力传感器5与控制器相连，通电后，使用标准砝码标定控制器采集到的力传感器5的初始值。标定完成后，将待测的试验件一端夹持在上夹持头4下，调整调节件52改变第二调节螺栓的悬挂长度，带动上夹持头4相对于下夹持头3移动，使下夹持头3可以夹持住待测的试验件的另一端。在试验过程中，通过控制器可以调节激振器3的频率和振幅，改变试验件受力大小和振动频率，其中，频率和位移的数据可以直接通过激振器3的显示屏或者与控制器连接的外置显示屏上读出。控制器处理数字采集的信息，可以得出力-时间的曲线，对纤维丝受力情况实时监测。调节激振器2的振幅，逐步增加试验件载荷，达到试验所需水平，即可进行微小件的拉伸疲劳试验。

上述组件可以根据试验载荷以及位移量程的要求更换部件。该试验机简单且拆装方便，便于携带和下一次使用，试验数据直观简洁，对机器本身操作没有很高要求。唯一需要注意的是力传感器5的量程，当激振器2开始工作后，要逐渐增加振动强度，不能超过力传感器5的载荷量程。

实施例二

本实例二与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：

本实施例中传感器架51的调节件过孔内壁设有螺纹，当第二调节螺栓安装时，第二调节螺栓自上而下穿过支架横梁13上的过孔，再与传感器架51的调节件过孔螺纹配合，螺栓的头部卡在支架横梁13上部，下端与传感器架51螺纹连接，将传感器架51悬挂于支架横梁13下方，调节时转动第二调节螺栓，改变传感器架51在螺栓上的位置，即可改变传感器架51悬挂高度。

如图4所示，下夹持头3的夹持部包括两个能够相对固定部6移动的夹片7，两个夹片7均可以拆卸，其中，一个夹片7内侧设有防滑用的横向凸起和防滑槽，另一个夹片7设有与之相配合的横向防滑槽和凸起。

两个夹片7外侧设有紧固装置。本实施例中，所述紧固装置包括基座8和弹簧10，基座8设置在夹片7外侧，固定在固定部6上，如图5所示，基座8包括两个平行相对设置的挡片，挡片之间的凹槽的宽度不小于两个夹片7的厚度之和，弹簧10设置在一侧挡片的内部，位于挡片与夹片7之间，处于压缩状态。两个夹片7贴合后插入凹槽中，弹簧10的作用力推动夹片7移动，使得两个夹片7紧密贴合在一起。使用夹片7固定单根纤维丝时，先将两个夹片7抽出凹槽，使两个夹片7分离，将单纤维丝竖直插入两个夹片7之间，然后将夹片7贴合后插入凹槽中，弹簧10从挡片一侧施力，两个夹片7紧贴在一起，贴在另一侧的挡片上，并固定在固定部6上。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种拉伸疲劳试验机，其特征在于：包括支架(1)、激振器(2)、下夹持头(3)、上夹持头(4)和力传感器(5)；

所述激振器(2)和所述力传感器(5)均设置在所述支架(1)上，所述支架(1)包括底座(11)和两根支架立柱(12)；所述支架立柱(12)的一端与所述底座(11)垂直连接，另一端上设置有支架横梁(13)；所述激振器(2)固定在所述底座(11)上；所述下夹持头(3)与所述激振器(2)的顶杆连接，且能够随所述顶杆移动；所述上夹持头(4)与所述力传感器(5)连接，用于将受力情况传导至所述力传感器(5)；所述下夹持头(3)和所述上夹持头(4)沿所述顶杆的轴向上间隔设置；

还包括传感器架(51)和调节件(52)，所述传感器架(51)与所述支架(1)连接，且能够相对所述支架(1)滑动；所述支架横梁(13)上设有两个开口朝下的支架立柱孔和一个用于穿设所述调节件(52)的过孔，两个所述支架立柱孔套在两根竖直的支架立柱(12)的顶端；所述传感器架(51)设有两个支架立柱过孔和一个调节件过孔，两根所述支架立柱(12)穿过所述传感器架(51)上的支架立柱过孔；

所述力传感器(5)通过所述传感器架(51)固定在所述支架(1)上，所述调节件(52)为第二调节螺栓，所述第二调节螺栓自下而上穿过所述传感器架(51)上的调节件过孔，再穿过所述支架横梁(13)上的过孔，套入配套的螺母之中，所述螺母卡在所述支架横梁(13)上部，将所述传感器架(51)和所述力传感器(5)悬挂于所述支架横梁(13)下方，用于调节所述上夹持头(4)与所述下夹持头(3)的间隔距离。

2.根据权利要求1所述的拉伸疲劳试验机，其特征在于：所述上夹持头(4)和所述下夹持头(3)均包括固定部(6)和夹持部，所述夹持部包括两个夹片(7)，所述夹持部一端与所述固定部(6)连接，另一端用于夹持；

其中，所述上夹持头(4)的固定部(6)与所述力传感器(5)连接，所述下夹持头(3)的固定部(6)与所述顶杆连接；

所述上夹持头(4)的夹持部与所述下夹持头(3)的夹持部相对设置。

3.根据权利要求2所述的拉伸疲劳试验机，其特征在于：至少有一个所述夹片(7)能够相对所述固定部(6)移动，用于调整两个所述夹片(7)之间的间隔距离。

4.根据权利要求3所述的拉伸疲劳试验机，其特征在于：在能够移动的夹片(7)外侧设有紧固装置，所述紧固装置能够推动该夹片(7)移动，并固定两个所述夹片(7)的相对位置。

5.根据权利要求4所述的拉伸疲劳试验机，其特征在于：所述紧固装置包括基座(8)和至少一个第一调节螺栓(9)，所述基座(8)固定在所述固定部(6)上，所述第一调节螺栓(9)的一端穿过所述基座(8)，且能够相对所述基座(8)移动，用于推动能够移动的夹片(7)移动。

6.根据权利要求4所述的拉伸疲劳试验机，其特征在于：所述紧固装置包括基座(8)和弹簧(10)，所述基座(8)设置在能够移动的夹片(7)外侧，固定在所述固定部(6)上，所述弹簧(10)设置在所述基座(8)与能够移动的夹片(7)之间。

7.根据权利要求2-6任一项所述的拉伸疲劳试验机，其特征在于：至少在其中一个所述夹片(7)的内侧设置横向凸起，在相对的另一个所述夹片(7)上设置与所述横向凸起相配合的防滑槽。

8.根据权利要求1所述的拉伸疲劳试验机，其特征在于：还包括控制器，所述控制器分别与所述力传感器(5)和所述激振器(2)电连接，用于调节所述激振器(2)的振动频率和振幅，采集所述力传感器(5)的数据。