一種脆性材料拉伸試驗夾具的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種脆性材料拉伸試驗夾具，屬于材料力學性能測試技術領域。本實用新型包含上連接件和下連接件，上萬向節和下萬向節，上C型槽和下C型槽以及上夾持端和下夾持端。上連接件和下連接件分別與試驗機連接。上連接件依次連接上萬向節、上C型槽；下連接件依次連接下萬向節、下C型槽。上夾持端可嵌入上C型槽，下夾持端可嵌入下C型槽。上夾持端的上圓錐面與下夾持端中下圓錐面的錐面角度為15°，并滿足ASME BPV VIII?1附錄37中的要求。應用本實用新型，試驗過程中試樣可自動對中，自動消除加載過程中的彎矩；夾具系統內無不連續的相對滑動，保證載荷曲線的連續性；試樣快速裝卡，方便快捷；可進行室溫至600℃不同溫度環境下的拉伸試驗。
【專利說明】
一種脆性材料拉伸試驗夾具
技術領域
[0001]本實用新型涉及材料力學性能測試技術領域。具體是指一種脆性材料拉伸試驗夾具。
【背景技術】
[0002]力學性能測試是評估材料承載能力的一系列指標，其中抗拉強度是系列指標中最為重要的一個。拉伸試樣一般是形狀為兩端粗中部細的棒狀狗骨試樣，在拉伸加載過程中，試樣斷裂位置處于中部較細的區域時方可認為試驗結果有效。韌性較好的材料對表面缺陷和小彎矩不敏感，一般都能滿足斷裂位置的有效性，但脆性材料對表面缺陷和小彎矩非常敏感，因此在加載過程中應盡最大可能降低引入試樣的彎矩以保證試樣所承受的載荷全部為單軸拉伸。不透性石墨材料是一種典型的脆性材料，而且其脆性特征基本不隨溫度的升高而發生明顯的變化。美國機械工程師協會的鍋爐壓力容器相關標準第八卷(ASME BPVVII1-1)的附錄37針對這一類脆性材料的拉伸試樣規格做出了強制性的要求，但目前針對此標準的拉伸夾具往往是依據ASTM(美國材料與試驗協會)的脆性材料夾具標準設計或改造的，其典型結構之一為鏈式對中結構，該結構具有結構簡單成本低廉的特點，但其在加載過程中，鏈環之間會發生明顯的相對錯動，從而導致試驗曲線出現明顯的下降拐點，不能真實反映材料性能;夾具典型結構之二為楔形夾持端機構，這種結構具有結構簡單便于試樣安裝的特點，但缺點是楔形結構與試樣兩端表面為線接觸，試樣安裝過程難以保證試樣對中，從而引入彎矩。
【發明內容】
[0003]本實用新型涉及一種脆性材料拉伸試驗夾具，可滿足ASMEBPV VII1-1中的強制性附錄37的要求。本實用新型解決了試樣自動定位對中和夾具系統內相對滑動的問題，同時可進行室溫至600 0C的拉伸試驗。該夾具具有可快速裝卡、適應多種規格試樣的特點。
[0004]本實用新型所述脆性材料拉伸試驗夾具包含上連接件和下連接件，上萬向節和下萬向節，上C型槽和下C型槽以及上夾持端和下夾持端。
[0005]上連接件和下連接件分別與試驗機通過銷釘連接。上連接件通過外螺紋與上萬向節的上端內螺紋相連接并緊固，上萬向節的下端通過內螺紋與上C型槽的頂部的外螺紋相連接并緊固；下連接件通過外螺紋與下萬向節的下端內螺紋相連接并緊固，下萬向節的上端通過內螺紋與下C型槽的底部的外螺紋相連接并緊固。
[0006]上夾持端可嵌入上C型槽，下夾持端可嵌入下C型槽。
[0007]上夾持端由半環形柱狀結構A和半環形柱狀結構B組成，并通過凸臺與凹槽限位扣合，上夾持端內表面為上粗下細的上圓錐面。
[0008]下夾持端由半環形柱狀結構C和半環形柱狀結構D組成，并通過凸臺與凹槽限位扣合，環形結構內表面為下粗上細的下圓錐面。
[0009]上夾持端的上圓錐面與下夾持端中下圓錐面的錐面角度為15°，并滿足ASMEBPVVII1-1附錄37中的要求。
[0010]本實用新型具有以下優點:
[0011 ] 1.試樣可自動對中，自動消除加載過程中的彎矩。
[0012]2.夾具系統內無不連續的相對滑動，保證載荷曲線的連續性。
[0013]3.試樣快速裝卡，方便快捷。
[0014]4.可進行室溫至600°C不同溫度環境下的拉伸試驗。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型的脆性材料拉伸試樣夾具結構示意圖。
[0016]圖2是本實用新型中所述試樣夾具的上夾持端的結構示意圖。
[0017]圖3是本實用新型中所述試樣夾具的下夾持端的結構示意圖。
[0018]圖中:
[0019]1.上連接件;2.上萬向節;3.上C型槽;4.上夾持端;5.下夾持端;6.下C型槽；
[0020]7.下萬向節;8.下連接件;401.半環形柱狀結構A; 402.半環形柱狀結構B;
[0021 ]501.半環形結構C; 502.半環形柱狀結構D。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細說明。
[0023]如圖1所示，本實用新型提供一種脆性材料拉伸試驗夾具，該試驗夾具包括與試驗機連接的上連接件I和下連接件8，還包括上萬向節2和下萬向節7，上C型槽3和下C型槽6以及上夾持端4和下夾持端5。上夾持端4用于夾持拉伸試樣的上端，下夾持端5用于夾持拉伸試樣的下端。所述的上連接件I 一端與試驗機連接固定，另一端與上萬向節2的頂端之間螺紋連接，所述的上萬向節2的底端與上C型槽3的頂端螺紋連接，所述上C型槽3的開口向下。所述下連接件8的一端連接在試驗機上，另一端與下萬向節7的底端螺紋連接，所述下萬向節7的頂端螺紋連接下C型槽6的底端，所述下C型槽6的開口向上。所述的上夾持端4嵌入上C型槽3的開口內，所述的下夾持端5嵌入下C型槽6的開口內。
[0024]如圖2為上夾持端4的結構示意圖，上夾持端4為一個可對開的環型機構，由可相互扣合的半環形柱狀結構A401和半環形柱狀結構B402構成，所述的半環形柱狀結構A401和半環形柱狀結構B402相互扣合后，內表面為圓錐面，外表面為矩形結構，剛好可以嵌入上C型槽3內，并且嵌入后與上C型槽3內壁的間隙不高于0.5mm，嵌入后依靠摩擦力限制位移。半環形柱狀結構A401和半環形柱狀結構B402的環形內表面均為錐面角度15°的半圓錐面。半環形柱狀結構A401的半圓錐面兩側設有凸臺，半環形柱狀結構B402的半圓錐面兩側設有凹槽，所述凸臺與凹槽起到限位的作用，可保證半環形柱狀結構A401與半環形柱狀結構B402扣合后兩部分的半圓錐表面的平滑連接，從而構成一個完整的上圓錐面。
[0025]如圖3為下夾持端5的結構示意圖，下夾持端5為一個可對開的環形機構，由可相互扣合的半環形結構C501和半環形柱狀結構D502構成。半環形柱狀結構C501和半環形柱狀結構D502扣合后形成的環形內表面為錐面角度15°的半圓錐面，外表面為矩形結構，剛好可以嵌入下C型槽6內，并且嵌入后與下C型槽6內壁的間隙不高于0.5_，嵌入后依靠摩擦力限制位移。半環形柱狀結構C501的半圓錐面兩側設有凸臺結構，半環形柱狀結構D502的半圓錐面兩側設有凹槽結構，所述的凸臺與凹槽結構起到限位的作用，可保證半環形柱狀結構C501與半環形柱狀結構D502扣合后半圓錐表面的平滑連接，從而構成一個完整的下圓錐面。
[0026]依據ASMEBPV VII1-1附錄37規定，脆性材料拉伸試樣的上下夾持端均為角度為15°的圓錐體，分別可與本實用新型的上夾持端4和下夾持端5的上圓錐面和下圓錐面相貼入口 ο
[0027]本實用新型的工作原理如下:
[0028]首先將上連接件I的外螺紋旋入上萬向節2上端的內螺紋并緊固，再將上C型槽3頂端的外螺紋旋入上萬向節2下端的內螺紋并緊固。然后將下連接件8的外螺紋旋入下萬向節7下端的內螺紋并緊固，再將下C型槽6底端的外螺紋旋入下萬向節7上端的內螺紋并緊固。把上連接件I通過銷釘與試驗機的上固定端連接，把下連接件8通過銷釘與試驗機的下固定端連接。打開上夾持端4的半環形柱狀結構A401和半環形柱狀結構B402，將拉伸試樣的上端圓錐體嵌入上圓錐面，然后扣合半環形柱狀結構A401和半環形柱狀結構B402;打開下夾持端5的半環形柱狀結構C501和半環形柱狀結構D502，將拉伸試樣的下端圓錐體嵌入下圓錐面，然后扣合半環形柱狀結構C501和半環形柱狀結構D502。將上夾持端4嵌入上C型槽3中，將下夾持端5嵌入下C型槽6。開啟試驗機，調整夾具系統的張緊程度，使載荷剛好處于零牛頓左右之后，即可正式開始拉伸試驗。
[0029]上述的半環形柱狀結構(包括半環形柱狀結構A401和半環形柱狀結構B402、半環形柱狀結構C501和半環形柱狀結構D502)扣合形成的上圓錐面和下圓錐面可與拉伸試樣夾持端的圓錐表面緊密貼合，保證穩定的軸對稱夾持加載，隨拉伸加載，萬向節2和萬向節7在拉伸過程中可自動調整試樣軸與拉伸軸的同軸度，從而不引入彎矩，避免脆性試樣的早期斷裂。本實用新型提供的一種脆性材料拉伸試驗夾具，尤其適用于不透性石墨材料等脆性材料的拉伸試驗。
【主權項】
1.一種脆性材料拉伸試驗夾具，其特征在于:包含上連接件和下連接件，上萬向節和下萬向節，上C型槽和下C型槽以及上夾持端和下夾持端； 上連接件和下連接件分別與試驗機通過銷釘連接;上連接件通過外螺紋與上萬向節的上端內螺紋相連接并緊固，上萬向節的下端通過內螺紋與上C型槽的頂部的外螺紋相連接并緊固；下連接件通過外螺紋與下萬向節的下端內螺紋相連接并緊固，下萬向節的上端通過內螺紋與下C型槽的底部的外螺紋相連接并緊固； 上夾持端嵌入上C型槽，下夾持端嵌入下C型槽。2.根據權利要求1所述的一種脆性材料拉伸試驗夾具，其特征在于:上夾持端由半環形柱狀結構A和半環形柱狀結構B組成，并通過凸臺與凹槽限位扣合，上夾持端內表面為上粗下細的上圓錐面； 下夾持端由半環形柱狀結構C和半環形柱狀結構D組成，并通過凸臺與凹槽限位扣合，環形結構內表面為下粗上細的下圓錐面。3.根據權利要求1所述的一種脆性材料拉伸試驗夾具，其特征在于:上夾持端的上圓錐面與下夾持端中下圓錐面的錐面角度均為15°，并滿足ASME BPV VII1-1附錄37中的要求。4.根據權利要求1所述的一種脆性材料拉伸試驗夾具，其特征在于:上夾持端嵌入上C型槽內，與上C型槽內壁的間隙不高于0.5_;下夾持端嵌入下C型槽內，與下C型槽內壁的間隙不高于0.5mm。5.根據權利要求1所述的一種脆性材料拉伸試驗夾具，其特征在于:所述的脆性材料拉伸試驗夾具適用于不透性石墨材料的拉伸試驗。
【文檔編號】G01N3/04GK205426665SQ201620271471
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月1日
【發明人】宋明, 徐彤, 孫超, 張雪濤, 壽比南
【申請人】中國特種設備檢測研究院