权利要求
1.一种用于柱状拉伸试样的测试夹具，其特征在于，包括上连杆组件和下连杆组件;
上连杆组件包括上连杆、上套筒、第一上夹块和第二上夹块;上套筒包括圆筒形腔室，以及与该圆筒形腔室连通的上端圆孔、下端圆孔和两个侧面窗口;上套筒通过上端圆孔与上连杆的下端可拆卸连接，下端圆孔用于通入试样的上端，侧面窗口用于通过第一上夹块和第二上夹块;第一上夹块和第二上夹块均包括半圆孔，第一上夹块和第二上夹块放置于上套筒的圆筒形腔室内，通过相互拼接使半圆孔成为整圆孔并卡在试样的上端下方轴肩处;
下连杆组件包括下连杆、下套筒、第一下夹块和第二下夹块;下套筒包括圆筒形腔室，以及与该圆筒形腔室连通的上端圆孔、下端圆孔和侧面窗口;下套筒通过下端圆孔与下连杆的上端可拆卸连接，上端圆孔用于通入试样的下端，侧面窗口用于通过第一下夹块和第二下夹块;第一下夹块和第二下夹块均包括半圆孔，第一下夹块和第二下夹块放置于下套筒的圆筒形腔室内，通过相互拼接使半圆孔成为整圆孔并卡在试样的下端上方轴肩处。
2.如权利要求1所述的用于柱状拉伸试样的测试夹具，其特征在于，上连杆的上端为球铰面，用于连接带有凹球面的试验机底座;下连杆的下端为球铰面，用于连接带有凹球面的试验机底座。
3.如权利要求1所述的用于柱状拉伸试样的测试夹具，其特征在于，上连杆的下端为设有外螺纹的螺纹端，上套筒的上端圆孔设有内螺纹，上连杆的螺纹端与上套筒的上端圆孔采用螺纹连接方式;下连杆的上端为设有外螺纹的螺纹端，下套筒的下端圆孔设有内螺纹，下连杆的螺纹端与下套筒的下端圆孔采用螺纹连接方式。
4.如权利要求1所述的用于柱状拉伸试样的测试夹具，其特征在于，第一上夹块和第二上夹块的半圆孔所在侧的背面为平直面，半圆孔所在侧与平直面的两个连接面为圆弧面;第一下夹块和第二下夹块的半圆孔所在侧的背面为平直面，半圆孔所在侧与平直面的两个连接面为圆弧面。
5.如权利要求4所述的用于柱状拉伸试样的测试夹具，其特征在于，上套筒的圆筒形腔室的侧壁上含有关于上套筒中心对称的两个凹弧面，该两个凹弧面的所在方向与两个侧面窗口的所在方向垂直，该两个凹弧面用于容置第一上夹块和第二上夹块拼接后的两侧圆弧面;下套筒的圆筒形腔室的侧壁上含有关于中心线对称的两个凹弧面，该两个凹弧面的所在方向与两个侧面窗口的所在方向垂直，该两个凹弧面用于容置第一下夹块和第二下夹块拼接后的两侧圆弧面。
6.如权利要求1所述的用于柱状拉伸试样的测试夹具，其特征在于，上连杆组件和下连杆组件采用高温合金材料、难熔金属材料、高强石墨材料或C/C
复合材料。
7.一种权利要求1-6任一项所述用于柱状拉伸试样的测试夹具的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将上连杆和下连杆的球铰面连接试验机底座，将上连杆和下连杆的螺纹端分别连接上套筒的上端圆孔和下端圆孔;
2)将试样的上端伸入上套筒的下端圆孔中，将第一上夹块和第二上夹块插入上套筒中并通过两个半圆孔卡住试样上端轴肩;
3)将第一上夹块和第二上夹块拼接一起，两个半圆孔成为整圆孔并完全卡住试样上端轴肩;
4)将拼接好的第一上夹块和第二上夹块绕上套筒中心旋转90°，夹紧试样上端;
5)将上连杆组件向下移动，使试样的下端伸入下套筒的上端圆孔中，将第一下夹块和第二下夹块插入下套筒中并通过两个半圆孔卡住试样下端轴肩;
6)将第一下夹块和第二下夹块拼接一起，两个半圆孔成为整圆孔并完全卡住试样下端轴肩;
7)将拼接好的第一下夹块和第二下夹块绕下套筒中心旋转90°，夹紧试样下端，完成对试样的夹持安装。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于高温材料力学性能测试技术领域，具体涉及一种用于柱状拉伸试样的测试夹具及其使用方法。
背景技术
[0002]石墨、碳-碳、陶瓷(CMC)等复合材料，在高温环境下的应用具有独特的优越性，其力学性能直接影响到构件的使用寿命和安全性。同时由于该类材料受组成成分、工艺的影响，出现缺陷的概率较大。因此必需对该类材料的力学性能进行测试与表征，为材料的研制生产和构件的设计提供关键数据支撑。当前针对柱状型石墨拉伸试样，标准JB/T 8133.9中给出了一种用套环+两个半圆环组合的方式对试样进行轴向拉伸加载，但在实际操作中这种夹持方式不太方便。
[0003]对于柱状型拉伸的金属试样，一般可以采用机械、液压夹具，利用试样圆柱状端头与夹紧面之间的摩擦力和咬合力夹持试样。但对于脆性较大的石墨材料、碳-碳复合材料等，这种夹持方式是不可取的。同时对于500℃以上的测试环境，机械、液压夹具受高温对自身材料的辐射作用，也使这种夹持方式在高温测试下有很大的局限性。
发明内容
[0004]本发明目的在于提供一种用于柱状拉伸试样的测试夹具及其用方法，以解决现有夹具操作复杂、脆性试样无法依靠摩擦或咬合力夹持、高温环境下夹具材料受限等问题，实现可靠、便捷的试样夹持和轴向拉伸测试。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0006]一种用于柱状拉伸试样的测试夹具，包括上连杆组件和下连杆组件;
[0007]上连杆组件包括上连杆、上套筒、第一上夹块和第二上夹块;上套筒包括圆筒形腔室，以及与该圆筒形腔室连通的上端圆孔、下端圆孔和两个侧面窗口;上套筒通过上端圆孔与上连杆的下端可拆卸连接，下端圆孔用于通入试样的上端，侧面窗口用于通过第一上夹块和第二上夹块;第一上夹块和第二上夹块均包括半圆孔，第一上夹块和第二上夹块放置于上套筒的圆筒形腔室内，通过相互拼接使半圆孔成为整圆孔并卡在试样的上端下方轴肩处;
[0008]下连杆组件包括下连杆、下套筒、第一下夹块和第二下夹块;下套筒包括圆筒形腔室，以及与该圆筒形腔室连通的上端圆孔、下端圆孔和侧面窗口;下套筒通过下端圆孔与下连杆的上端可拆卸连接，上端圆孔用于通入试样的下端，侧面窗口用于通过第一下夹块和第二下夹块;第一下夹块和第二下夹块均包括半圆孔，第一下夹块和第二下夹块放置于下套筒的圆筒形腔室内，通过相互拼接使半圆孔成为整圆孔并卡在试样的下端上方轴肩处。
[0009]进一步地，上连杆的上端为球铰面，用于连接带有凹球面的试验机底座;下连杆的下端为球铰面，用于连接带有凹球面的试验机底座。
[0010]进一步地，上连杆的下端为设有外螺纹的螺纹端，上套筒的上端圆孔设有内螺纹，上连杆的螺纹端与上套筒的上端圆孔采用螺纹连接方式;下连杆的上端为设有外螺纹的螺纹端，下套筒的下端圆孔设有内螺纹，下连杆的螺纹端与下套筒的下端圆孔采用螺纹连接方式。
[0011]进一步地，第一上夹块和第二上夹块的半圆孔所在侧的背面为平直面，半圆孔所在侧与平直面的两个连接面为圆弧面;第一下夹块和第二下夹块的半圆孔所在侧的背面为平直面，半圆孔所在侧与平直面的两个连接面为圆弧面。
[0012]进一步地，上套筒的圆筒形腔室的侧壁上含有关于上套筒中心对称的两个凹弧面，该两个凹弧面的所在方向与两个侧面窗口的所在方向垂直，该两个凹弧面用于容置第一上夹块和第二上夹块拼接后的两侧圆弧面;下套筒的圆筒形腔室的侧壁上含有关于中心线对称的两个凹弧面，该两个凹弧面的所在方向与两个侧面窗口的所在方向垂直，该两个凹弧面用于容置第一下夹块和第二下夹块拼接后的两侧圆弧面。
[0013]进一步地，上连杆组件和下连杆组件采用高温合金材料、难熔金属材料、高强石墨材料或C/C复合材料。
[0014]一种用于柱状拉伸试样的测试夹具的使用方法，包括以下步骤：
[0015]1)将上连杆和下连杆的球铰面连接试验机底座，将上连杆和下连杆的螺纹端分别连接上套筒的上端圆孔和下端圆孔;
[0016]2)将试样的上端伸入上套筒的下端圆孔中，将第一上夹块和第二上夹块插入上套筒中并通过两个半圆孔卡住试样上端轴肩;
[0017]3)将第一上夹块和第二上夹块拼接一起，两个半圆孔成为整圆孔并完全卡住试样上端轴肩;
[0018]4)将拼接好的第一上夹块和第二上夹块绕上套筒中心旋转90°，夹紧试样上端;
[0019]5)将上连杆组件向下移动，使试样的下端伸入下套筒的上端圆孔中，将第一下夹块和第二下夹块插入下套筒中并通过两个半圆孔卡住试样下端轴肩;
[0020]6)将第一下夹块和第二下夹块拼接一起，两个半圆孔成为整圆孔并完全卡住试样下端轴肩;
[0021]7)将拼接好的第一下夹块和第二下夹块绕下套筒中心旋转90°，夹紧试样下端，完成对试样的夹持安装。
[0022]本发明取得的有益效果如下：
[0023]1.本发明采用“套筒+两个夹块”的结构设计，通过两个夹块在套筒内拼接并旋转90°的方式，实现对试样的稳固夹持，操作简便、安装快捷，提高了测试效率。
[0024]2.本发明通过夹块的半圆孔卡住试样轴肩，避免依赖摩擦力或咬合力进行夹持，适用于脆性较大的石墨材料、碳-碳复合材料等，提高了测试的适用性和稳定性。
[0025]3.本发明采用可拆卸连接结构，上连杆与上套筒、下连杆与下套筒之间采用螺纹连接，便于夹具的安装、更换和维护，提高了使用的便捷性和耐用性。
[0026]4.本发明的夹块与套筒之间设置配合凹弧面，确保夹块旋转后能被可靠限位，防止试样受力偏移，提高了试验的精度和稳定性。
[0027]5.本发明的连杆组件端部采用球铰面设计，能够与试验机底座的凹球面连接，减少夹持误差，优化轴向对中性，提高测试的准确性。
[0028]6.本发明可根据测试需求选用高温合金、难熔金属、高强石墨或C/C复合材料作为夹具材料，能够在室温至2500℃范围内稳定使用，满足高温环境下的拉伸测试要求。
附图说明
[0029]图1是本发明实施例中的测试夹具组装示意图。
[0030]图2是本发明实施例中的测试夹具分解示意图。
[0031]图3是本发明实施例中的上夹块的结构图。
[0032]图4是本发明实施例中的上套筒的结构图。
[0033]图5是本发明实施例中的试样伸入套筒的示意图。
[0034]图6是本发明实施例中的第一上夹块插入套筒的示意图。
[0035]图7是本发明实施例中的第二上夹块插入套筒的示意图。
[0036]图8是本发明实施例中的两个上夹块拼接的示意图。
[0037]图9是本发明实施例中的两个上夹块旋转90°的示意图。
[0038]附图标记说明：
[0039]110：上连杆; 111：球铰面;
[0040]112：螺纹端; 120：上套筒;
[0041]121：侧面窗口; 122：上端圆孔;
[0042]123：下端圆孔; 124：凹弧面;
[0043]130：第一上夹块; 131：半圆孔;
[0044]132：平直面; 133：圆弧面;
[0045]140：第二上夹块; 210：下连杆;
[0046]211：球铰面; 212：螺纹端;
[0047]220：下套筒; 230：第一下夹块;
[0048]240：第二下夹块。
具体实施方式
[0049]为使本发明的上述技术方案中各项技术特征和各项优点或技术效果能更明显易懂，下文通过实施例进行详细说明。
[0050]本发明实施例具体公开一种用于柱状拉伸试样的测试夹具，如图1-2所示，包括上连杆组件和下连杆组件，其中上连杆组件包括上连杆110、上套筒120、第一上夹块130和第二上夹块140;下连杆组件包括下连杆210、下套筒220、第一下夹块230和第二下夹块240，上连杆组件和下连杆组件的组成结构完全相同，只是上下对称设置。上连杆110的上端为球铰面111，用于连接带有凹球面的试验机底座;下端为设有外螺纹的螺纹端112，用于螺纹连接上套筒120。同样，下连杆210的下端为球铰面211，用于连接带有凹球面的试验机底座;上端为设有外螺纹的螺纹端212，用于螺纹连接下套筒220。
[0051]第一上夹块130、第二上夹块140、第一下夹块230和第二下夹块240这四个夹块的结构完全相同，因此，为避免赘述，现以第一上夹块130为例进行结构说明，以第一上夹块130和第二上夹块140为例进行二者的连接关系说明。如图3所示，以第一上夹块130为例，其包括一个半圆孔131，该半圆孔131所在侧的背面为平直面132，半圆孔131所在侧与平直面132的两个连接面为圆弧面133。第一上夹块130和第二上夹块140放置于上套筒120的圆筒形腔室内，通过相互拼接使半圆孔成为整圆孔并卡在试样的上端下方轴肩处。
[0052]上套筒120和下套筒220的结构完全相同，只是在使用时上下对称，因此，为避免赘述，现以上套筒120为例进行说明。如图4所示，上套筒120包括圆筒形腔室，以及与该圆筒形腔室连通的上端圆孔122、下端圆孔123和两个侧面窗口121。上套筒120通过上端圆孔122与上连杆110的下端可拆卸连接，下端圆孔123用于通入试样的上端，侧面窗口121用于通过第一上夹块130和第二上夹块140。上套筒120的上端圆孔122设有内螺纹，上连杆110的螺纹端与上套筒120的上端圆孔122采用螺纹连接方式。上套筒120的圆筒形腔室的侧壁上含有关于上套筒120中心对称的两个凹弧面124，该两个凹弧面124的所在方向与两个侧面窗口121的所在方向垂直，该两个凹弧面124用于容置第一上夹块130和第二上夹块140拼接后的两侧圆弧面133。
[0053]本测试夹具可以采用高温合金材料，配合高温大气炉，最高可以实现1100℃的测试需求。本测试夹具还可以采用难熔金属材料(如纯钨及其合金、纯钼及其合金)，配合高温真空炉，最高可以实现1600℃的测试需求。本测试夹具还可以采用高强石墨或C/C复合材料，配合高温真空炉，最高可以实现2500℃的测试需求。
[0054]本发明实施例还提供一种用于柱状拉伸试样的测试夹具的使用方法，包括以下步骤：
[0055]1)上连杆110上端的球铰面111、下连杆210下端的球铰面211均与带有凹球面的试验机底座相连，球铰面的直径大小与载荷有关。
[0056]2)采用螺纹连接的方式，将上连杆110的下端拧入上套筒120的上端圆孔122(即内螺纹孔)中，下连杆210进行同样的操作。
[0057]3)安装试样，将试样的上端从上套筒120的下端圆孔123伸入圆筒形腔室中，如图5所示。
[0058]4)将第一上夹块130插入上套筒120的侧面窗口121中，如图6所示。再将第二上夹块140插入上套筒120的侧面窗口121中，使两个半圆孔卡在试样的上端轴肩处，如图7所示。再将第一上夹块130和第二上夹块140拼接到一起形成整圆孔，卡住试样的上端，拼接后的第一上夹块130和第二上夹块140能够限制试样上端的轴向移动，如图8所示。
[0059]5)拼接后的第一上夹块130和第二上夹块140随后绕上套筒120中心旋转90°，使其进入上套筒120侧壁的凹弧面124中，从而在水平方向上被完全限位，如图9所示。
[0060]6)将上连杆组件缓慢向下移动，使试样的下端伸入下套筒220的上端圆孔中。然后对下连杆组件重复与步骤4)～5)的同样操作，即将第一下夹块230和第二下夹块240插入下套筒220，卡住试样下端轴肩并拼接成整圆孔，随后绕下套筒220中心旋转90°，完成最终对试样的夹持安装。
[0061]虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的适当修改或者等同替换，均应涵盖于本发明的保护范围内，本发明的保护范围以权利要求所限定者为准。
说明书附图(9)
声明：
“用于柱状拉伸试样的测试夹具及其使用方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：北方有色网
来源：航天特种材料及工艺技术研究所
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