CN107860650A - 一种片状材料缠绕式高温拉伸试验夹具 - Google Patents

Abstract

一种片状材料缠绕式高温拉伸试验夹具，它涉及一种拉伸试验夹具。本发明为了解决现有的建筑结构材料高温力学性能的试验存在无法测出拉伸过程中真实长度变化及常温拉伸试验夹具无法正常使用的问题。本发明包括上夹具体、下夹具体和试件，上夹具体的上端和下夹具体的下端均与拉伸试验机连接，上夹具体的下端和下夹具体的上端之间通过试件连接。本发明针对建筑膜材这类片状材料的高温拉伸试验时设计出了一种尺寸合理，简易、可靠，能有效完成高温拉伸试验的夹具。主要解决了片状材料在夹持端的有效夹持和夹具尺寸匹配问题。本发明用于片状材料拉伸试验。

Description

一种片状材料缠绕式高温拉伸试验夹具

技术领域

本发明涉及一种拉伸试验夹具，具体涉及一种片状材料缠绕式高温拉伸试验夹具,属于片状材料力学测试技术领域。

背景技术

建筑结构材料高温力学性能的试验研究与评估在建筑防火领域有着极其重要的意义。目前钢材、混凝土等传统建筑材料高温材性试验的研究方法比较成熟，相关研究成果也已应用于建筑防火研究。膜材作为新兴的第五类建筑材料的，虽然以其质量轻盈、透光率高，防污自洁性好等特性广泛应用于大跨度结构中，但对于膜材的高温力学性能的研究却几乎没有。

在一种建筑材料投入使用前，必须对其进行大量相关的性能测试，而对膜材高温材料特性目前研究极少。一方面是由于膜材薄膜厚度方向尺寸较小(一般在1毫米左右)，使用传统的机械夹紧法在拉伸时，一是试件在夹持端可能与夹具发生相对滑移，无法测出拉伸过程中真实长度变化；二是可能拉伸时试件在夹持端附近断裂，无法有效完成拉伸试验。另一方面是由于高温试验需要环境箱或高温炉提供稳定的高温环境，常温拉伸试验的夹具尺寸较大而环境箱或高温炉的内部空间较小，故常温拉伸试验夹具无法正常使用。

综上所述,现有的建筑结构材料高温力学性能的试验存在无法测出拉伸过程中真实长度变化及常温拉伸试验夹具无法正常使用的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的建筑结构材料高温力学性能的试验存在无法测出拉伸过程中真实长度变化及常温拉伸试验夹具无法正常使用的问题。进而提供一种片状材料缠绕式高温拉伸试验夹具。

本发明的技术方案是：一种片状材料缠绕式高温拉伸试验夹具，它包括上夹具体、下夹具体和试件，上夹具体的上端和下夹具体的下端均与拉伸试验机连接，上夹具体的下端和下夹具体的上端之间通过试件连接；上夹具体包括上夹具A连接杆、上夹具长度调节阀、上夹具B连接杆、上夹具夹持端和上夹具缠绕端，上夹具A连接杆和上夹具B连接杆之间通过上夹具长度调节阀连接，上夹具夹持端与上夹具B连接杆的下端通过上夹具销钉孔连接，上夹具缠绕端安装在上夹具夹持端内，试件的一端缠绕在上夹具缠绕端上；下夹具体包括下夹具A连接杆、下夹具长度调节阀、下夹具B连接杆、下夹具夹持端和下夹具缠绕端，下夹具A连接杆和下夹具B连接杆之间通过下夹具长度调节阀连接，下夹具夹持端与下夹具B连接杆通过下夹具销钉孔连接，下夹具缠绕端安装在下夹具夹持端上，试件的一端缠绕在下夹具缠绕端上。

进一步地，上夹具长度调节阀和下夹具长度调节阀结构相同，上夹具长度调节阀包括筒体和两个手柄，两个手柄固定安装在筒体的外侧壁上，筒体内开设有旋向相反的内螺纹。

进一步地，上夹具夹持端包括两个上夹持件，两个上夹持件相对设置，每个上夹持件均包括上夹持块和上夹持杆，上夹持杆安装在上夹持块的上端并与上夹持块制成一体，上夹持块的中部开设有三个扇形上通孔；下夹具夹持端包括两个下夹持件，两个下夹持件相对设置，每个下夹持件均包括下夹持块和下夹持杆，下夹持杆安装在下夹持块的上端并与下夹持块制成一体，下夹持块的中部开设有三个扇形下通孔。

进一步地，三个扇形上通孔和三个扇形下通孔均呈环形阵列的方式的排布。

更进一步地，每个夹持件还包括销钉，上夹持杆与上夹具B连接杆或下夹持杆与下夹具B连接杆之间均通过销钉连接。

进一步地，上夹具缠绕端与下夹具缠绕端结构相同，上夹具缠绕端包括三个上扇形块,所述三个上扇形块分别为第一扇形块、第二扇形块和第三扇形块，每个扇形块插装在一个扇形上通孔内；下夹具缠绕端包括三个下扇形块,所述三个下扇形块分别为第四扇形块、第五扇形块和第六扇形块，每个扇形块插装在一个扇形下通孔内。

进一步地，首先将三个扇形块插入上夹具夹持端左侧，然后将试件弯折成C形，并使C形试件的上凹槽嵌入第一扇形块，将C形试件上凹槽的两边穿过第一扇形块正对的缝隙，并将这三个扇形块插入上夹具夹持端右侧，完成上夹具试件夹持的初步组装；调整第一扇形块两侧C形试件的长度使得短边贴合并刚好包裹住第二扇形块的外缘，然后将上夹具缠绕端顺时针旋转一周与上夹具B连接杆通过上夹具销钉孔连接，完成上夹具部分试件安装工作；将三个扇形块插入下夹具夹持端左侧，然后将C形试件的下凹槽嵌入第四扇形块，将C形试件下凹槽的两边穿过第四扇形块正对的缝隙，并将这三个扇形块插入下夹具夹持端右侧，完成下夹具试件夹持的初步组装；调整第四扇形块两侧C形试件的长度使得短边贴合并刚好包裹住第五扇形块的外缘，将下夹具缠绕端逆时针旋转一周与下夹具B连接杆通过下夹具销钉孔连接，完成下夹具部分试件安装工作。

进一步地，试件在上夹具缠绕端或下夹具缠绕端上缠绕接触处涂有耐高温的润滑油。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明能够根据片状材料(指试件)不同的厚度，在相同缠绕方式下可改变缠绕端扇形块和夹持端扇形通孔的大小，在小幅改动的情况下可以使该套夹具适配不同厚度片状材料的高温拉伸试验。

2、本发明由于试件表面粗糙程度不同，为防止在拉伸时试样缠绕后相互接触部分间最大静摩擦力对拉伸试验结果产生影响，故在缠绕后试件相互接触处涂抹耐高温的润滑油使得试样间光滑接触，能够连续平滑的拉伸，以此消除实验误差。

3、本发明解决了拉伸试验试件在夹具夹持端打滑而无法测出拉伸过程中真实长度变化的问题。由于片状材料厚度小，表面一般较光滑，在采用传统机械夹持方式时易出现在夹持端发生相对滑移。本发明采用缠绕式夹持，在拉伸时拉力越大，缠绕的试件内层则受到越大的压力，进而获得足够防止试样在夹持端打滑的摩擦力，很好的解决了传统拉伸试验夹具在处理片状材料时的缺点。

4、本发明解决了夹具和高温炉尺寸匹配问题。在进行常温片状材料拉伸试验时虽然有利用缠绕式夹持方法紧固膜材的夹具，但夹具本身的尺寸较大、需要试样的长度较长，并且在固定试样过程中步骤繁多。而本发明根据高温炉的尺寸，全新设计了缠绕式夹持方法的核心部件，使得该夹具能在空间狭小有限的高温炉内能够有效的紧固试件，有效的完成拉伸试验，达到了将高温试验夹具与高温炉匹配的目的。

5、本发明解决了不同初始长度试样的高温拉伸问题。在夹具两连接杆间设置的长度调节阀以满足不同初始长度的试样进行高温拉伸试验的要求，该长度调节阀置于高温炉外部，不受限于高温炉内部狭小的空间限制，使得夹具的使用更加灵活。

6、本发明针对建筑膜材这类片状材料的高温拉伸试验时设计出了一种尺寸合理，简易、可靠，能有效完成高温拉伸试验的夹具。主要解决了片状材料在夹持端的有效夹持和夹具尺寸匹配问题。不仅适用于现有多种建筑膜材的高温拉伸试验研究，对于其余片状材料的高温拉伸试验以及常温拉伸试验都可有效进行。

附图说明

图1是本发明上夹具的结构示意图；图2是本发明下夹具的结构示意图；图3是上夹具A连接杆的正视图；图4是图3的俯视图；图5是上夹具长度调节阀的正视图；图6是图5的俯视图；图7是上夹具B连接杆的正视图；图8是图7是俯视图；图9是上夹具夹持端的示意图；图10是上夹具缠绕端的正视图；图11是上夹具缠绕端的缠绕方式示意图；图12是本发明的整体结构示意图；图13是本发明的下夹具缠绕端的缠绕方式示意图；图14是下夹具夹持端的示意图；图15是本发明缠绕过程示意图；图16是本发明缠绕后的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式的一种片状材料缠绕式高温拉伸试验夹具，它包括上夹具体、下夹具体和试件7，上夹具体的上端和下夹具体的下端均与拉伸试验机连接，上夹具体的下端和下夹具体的上端之间通过试件7连接；

上夹具体包括上夹具A连接杆1、上夹具长度调节阀2、上夹具B连接杆3、上夹具夹持端5和上夹具缠绕端6，上夹具A连接杆1和上夹具B连接杆3之间通过上夹具长度调节阀2连接，上夹具夹持端5与上夹具B连接杆3的通过上夹具销钉孔4连接，上夹具缠绕端6安装在上夹具夹持端5内，试件7的一端缠绕在上夹具缠绕端6上；

下夹具体包括下夹具A连接杆8、下夹具长度调节阀9、下夹具B连接杆10、下夹具夹持端12和下夹具缠绕端13，下夹具A连接杆8和下夹具B连接杆10之间通过下夹具长度调节阀9连接，下夹具夹持端12与下夹具B连接杆10通过下夹具销钉孔11连接，下夹具缠绕端13安装在下夹具夹持端12上，试件7的一端缠绕在下夹具缠绕端13上。

本发明的A连接杆负责与拉伸试验机相连，起固定夹具作用；长度调节阀负责调整夹具长度，在拉伸试验机的初始状态时可在上下夹具间设置不同的初始间距，故该套夹具适用于不同标距的片状材料拉伸试验；B连接杆与夹持端上均开有销钉孔，两部分通过销钉连接成为协同作用的整体；缠绕端为三个底面为扇形的柱体，根据缠绕端的几何形状在夹持端下部侧面开设扇形通孔5-3，缠绕端穿过孔洞直接连接在夹持端上。至此，夹具各部分连接成为一个整体，并与拉伸试验机稳固连接形成一套尺寸合理，简易可靠，能对片状材料进行有效高温拉伸试验的夹具。

本发明所应用的高温拉伸试验中的高温是指温度为400℃以下的工况。

具体实施方式二：结合图12说明本实施方式，本实施方式的上夹具长度调节阀2和下夹具长度调节阀9结构相同，上夹具长度调节阀2包括筒体2-1和两个手柄2-2，两个手柄2-2固定安装在筒体2-1的外侧壁上，筒体2-1内开设有旋向相反的内螺纹2-3；上夹具A连接杆1和上夹具B连接杆3上均设有与内螺纹2-3相配合的外螺纹。如此设置，便于在实际使用时，通过扳动两个手柄2-2来调整上夹具A连接杆1和上夹具B连接杆3在竖直方向的长度，使用更加灵活，操作更加准确。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图12说明本实施方式，本实施方式的上夹具夹持端5包括两个上夹持件，两个上夹持件相对设置，每个上夹持件均包括上夹持块5-1和上夹持杆5-2，上夹持杆5-2安装在上夹持块5-1的上端并与上夹持块5-1制成一体，上夹持块5-1的中部开设有三个扇形上通孔5-3；下夹具夹持端12包括两个下夹持件，两个下夹持件相对设置，每个下夹持件均包括下夹持块12-1和下夹持杆12-2，下夹持杆12-2安装在下夹持块12-1的上端并与下夹持块12-1制成一体，下夹持块12-1的中部开设有三个扇形下通孔12-3。如此设置，便于将上夹具缠绕端6或下夹具缠绕端13牢固的缠绕，提供一个夹紧和支撑。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图9说明本实施方式，本实施方式的：三个扇形上通孔5-3和三个扇形下通孔12-3均呈环形阵列的方式的排布。如此设置，便于夹紧试件。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图9说明本实施方式，本实施方式的每个夹持件还包括销钉20，上夹持杆5-2与上夹具B连接杆3或下夹持杆12-2与下夹具B连接杆10之间均通过销钉20连接。如此设置，连接方式简单、可靠，便于拆卸。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图11说明本实施方式，本实施方式的上夹具缠绕端6与下夹具缠绕端13结构相同，上夹具缠绕端6包括三个上扇形块,所述三个上扇形块分别为第一扇形块6-1、第二扇形块6-2和第三扇形块6-3，每个扇形块插装在一个扇形上通孔5-3内；下夹具缠绕端13包括三个下扇形块,所述三个下扇形块分别为第四扇形块13-1、第五扇形块13-2和第六扇形块13-3，每个扇形块插装在一个扇形下通孔12-3内。如此设置，便于试件缠绕。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：结合图11、图13、图15和图16说明本实施方式，本实施方式首先将三个扇形块插入上夹具夹持端5左侧，然后将试件7弯折成C形，并使C形试件7的上凹槽嵌入第一扇形块6-1，将C形试件7上凹槽的两边穿过第一扇形块6-1正对的缝隙，并将这三个扇形块插入上夹具夹持端5右侧，完成上夹具试件夹持的初步组装；调整第一扇形块6-1两侧C形试件7的长度使得短边贴合并刚好包裹住第二扇形块6-2的外缘，然后将上夹具缠绕端6顺时针旋转一周与上夹具B连接杆3通过上夹具销钉孔4连接，完成上夹具部分试件安装工作；将三个扇形块插入下夹具夹持端12左侧，然后将C形试件7的下凹槽嵌入第四扇形块13-1，将C形试件7下凹槽的两边穿过第四扇形块13-1正对的缝隙，并将这三个扇形块插入下夹具夹持端12右侧，完成下夹具试件夹持的初步组装；调整第四扇形块13-1两侧C形试件7的长度使得短边贴合并刚好包裹住第五扇形块13-2的外缘，将下夹具缠绕端13逆时针旋转一周与下夹具B连接杆10通过下夹具销钉孔11连接，完成下夹具部分试件安装工作。如此设置，缠绕牢固。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式八：结合图11和图12说明本实施方式，本实施方式的试件7在上夹具缠绕端6或下夹具缠绕端13上缠绕的试件接触处涂有耐高温的润滑油，耐高温的润滑油为进口轴承米黄色润滑脂，可耐700℃高温。在试件相互接触的部分涂抹润滑油，防止拉伸过程中试件不均匀滑动；在试件与缠绕端接触处(内层的试件与缠绕端接触的表面)不涂抹，防止试件在缠绕的端部发生相对滑移。如此设置，试样间光滑接触，能够连续平滑的拉伸，以此消除实验误差。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。

本发明实际使用时，

1、若进行拉伸试验的片状材料厚度较厚，则可调整缠绕端和夹持端间预留间隙，即图5中三个零件间的宽度，以使片状材料厚度与缠绕端预留空隙匹配，使该套夹具的可对不同厚度的材料进行拉伸试验。

2、若进行常温片状材料的拉伸试验，则夹具夹持端尺寸不受高温炉内部空间限制，故可根据试样的宽度对缠绕端的长度以及B连接杆下部的长度进行调整，在保证不改变核心缠绕式夹持方式的基础上使得该套夹具的能对不同宽度的片状材料进行拉伸试验。

3、本专利夹具缠绕端采用的缠绕式夹持方式经实验验证简单可靠，能有效在缠绕端固定膜材，故该缠绕方式可拓展应用到膜结构建筑中张拉膜材的边界部位，即在边界部位以缠绕式夹持方式取代传统的机械夹持方式，以消除机械夹持方式在夹持端夹易发生相对滑移和膜材易损伤等问题。可预见该缠绕式夹持方式具有良好的应用前景。

Claims (8)

1.一种片状材料缠绕式高温拉伸试验夹具，其特征在于：它包括上夹具体、下夹具体和试件(7)，上夹具体的上端和下夹具体的下端均与拉伸试验机连接，上夹具体的下端和下夹具体的上端之间通过试件(7)连接；

上夹具体包括上夹具A连接杆(1)、上夹具长度调节阀(2)、上夹具B连接杆(3)、上夹具夹持端(5)和上夹具缠绕端(6)，上夹具A连接杆(1)和上夹具B连接杆(3)之间通过上夹具长度调节阀(2)连接，上夹具夹持端(5)与上夹具B连接杆(3)通过上夹具销钉孔(4)连接，上夹具缠绕端(6)安装在上夹具夹持端(5)内，试件(7)的一端缠绕在上夹具缠绕端(6)上；

下夹具体包括下夹具A连接杆(8)、下夹具长度调节阀(9)、下夹具B连接杆(10)、下夹具夹持端(12)和下夹具缠绕端(13)，下夹具A连接杆(8)和下夹具B连接杆(10)之间通过下夹具长度调节阀(9)连接，下夹具夹持端(12)与下夹具B连接杆(10)通过下夹具销钉孔(11)连接，下夹具缠绕端(13)安装在下夹具夹持端(12)上，试件(7)的一端缠绕在下夹具缠绕端(13)上。

2.根据权利要求1所述的一种片状材料缠绕式高温拉伸试验夹具，其特征在于：上夹具长度调节阀(2)和下夹具长度调节阀(9)结构相同，上夹具长度调节阀(2)包括筒体(2-1)和两个手柄(2-2)，两个手柄(2-2)固定安装在筒体(2-1)的外侧壁上，筒体(2-1)内开设有旋向相反的内螺纹(2-3)。

3.根据权利要求2所述的一种片状材料缠绕式高温拉伸试验夹具，其特征在于：上夹具夹持端(5)包括两个上夹持件，两个上夹持件相对设置，每个上夹持件均包括上夹持块(5-1)和上夹持杆(5-2)，上夹持杆(5-2)安装在上夹持块(5-1)的上端并与上夹持块(5-1)制成一体，上夹持块(5-1)的中部开设有三个扇形上通孔(5-3)；下夹具夹持端(12)包括两个下夹持件，两个下夹持件相对设置，每个下夹持件均包括下夹持块(12-1)和下夹持杆(12-2)，下夹持杆(12-2)安装在下夹持块(12-1)的上端并与下夹持块(12-1)制成一体，下夹持块(12-1)的中部开设有三个扇形下通孔(12-3)。

4.根据权利要求3所述的一种片状材料缠绕式高温拉伸试验夹具，其特征在于：三个扇形上通孔(5-3)和三个扇形下通孔(12-3)均呈环形阵列的方式的排布。

5.根据权利要求4所述的一种片状材料缠绕式高温拉伸试验夹具，其特征在于：每个夹持件还包括销钉(20)，上夹持杆(5-2)与上夹具B连接杆(3)或下夹持杆(12-2)与下夹具B连接杆(10)之间均通过销钉(20)连接。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种片状材料缠绕式高温拉伸试验夹具，其特征在于：上夹具缠绕端(6)与下夹具缠绕端(13)结构相同，上夹具缠绕端(6)包括三个上扇形块,所述三个上扇形块分别为第一扇形块(6-1)、第二扇形块(6-2)和第三扇形块(6-3)，每个扇形块插装在一个扇形上通孔(5-3)内；下夹具缠绕端(13)包括三个下扇形块,所述三个下扇形块分别为第四扇形块(13-1)、第五扇形块(13-2)和第六扇形块(13-3)，每个扇形块插装在一个扇形下通孔(12-3)内。

7.根据权利要求6所述的一种片状材料缠绕式高温拉伸试验夹具，其特征在于：首先将三个扇形块插入上夹具夹持端(5)左侧，然后将试件(7)弯折成C形，并使C形试件(7)的上凹槽嵌入第一扇形块(6-1)，将C形试件(7)上凹槽的两边穿过第一扇形块(6-1)正对的缝隙，并将这三个扇形块插入上夹具夹持端(5)右侧，完成上夹具试件夹持的初步组装；调整第一扇形块(6-1)两侧C形试件(7)的长度使得短边贴合并刚好包裹住第二扇形块(6-2)的外缘，然后将上夹具缠绕端(6)顺时针旋转一周与上夹具B连接杆(3)通过上夹具销钉孔(4)连接，完成上夹具部分试件安装工作；将三个扇形块插入下夹具夹持端(12)左侧，然后将C形试件(7)的下凹槽嵌入第四扇形块(13-1)，将C形试件(7)下凹槽的两边穿过第四扇形块(13-1)正对的缝隙，并将这三个扇形块插入下夹具夹持端(12)右侧，完成下夹具试件夹持的初步组装；调整第四扇形块(13-1)两侧C形试件(7)的长度使得短边贴合并刚好包裹住第五扇形块(13-2)的外缘，将下夹具缠绕端(13)逆时针旋转一周与下夹具B连接杆(10)通过下夹具销钉孔(11)连接，完成下夹具部分试件安装工作。

8.根据权利要求7所述的一种片状材料缠绕式高温拉伸试验夹具，其特征在于：试件(7)在上夹具缠绕端(6)或下夹具缠绕端(13)上缠绕接触处涂有耐高温的润滑油。