[发明专利]多功能材料疲劳试验引伸夹具

说明书

技术领域

本发明涉及材料试验设备，尤其是金属材料单、多轴疲劳试验夹具的制造领域。 

背景技术

金属材料的疲劳试验对于金属构件的疲劳强度设计起着重要的指导作用。为了考查金属构件的疲劳性能，通常将金属材料加工成实心棒状试样来进行室温和高温环境下的疲劳试验。有关棒状试样的疲劳试验技术已经相当成熟，国际、国内也推出了一系列相应的疲劳试验标准。但是随着反应堆工程、化工压力容器工程等的迅速发展，金属管件得以在工程实际中广泛应用。因存在特殊夹持困难，使得金属等壁厚管件的高温疲劳试验难以开展。在高温环境下，由于受高温炉的限制，所需管试样较长，而过长的管试样在疲劳试验过程中又极易产生疲劳循环失稳。为了避免产生变形失稳，常常采用二次夹具螺纹连接的方式来减少所需管试样的长度，同时达到节省试样材料的目的。然而对于管件，无法采用螺纹连接方式延长试样。为避免实验过程中的疲劳失稳，对于厚壁管试样，有时在工作管段加工出一弧形槽，使得工作段直径减小，以弧形槽根部的径向应变控制疲劳试验的进行，然后将径向应变换算成轴向应变。该技术方案中管试样工作段为漏斗形状而非等直状，需要进行径向应变同轴向应变之间的换算，其中存在一定的换算误差；该技术方案所限定的特殊试验所需管试样依然较长，试样耗材较大。中国专利ZL2009200799625公开了一种金属薄壁等壁厚管材高温疲劳试验夹具，采用多瓣式对称外锥体结构实现等壁厚管材试件的高温夹持。该专利所公开的夹具仅能实现薄壁等壁厚管材的高温疲劳试验，所能提供的抱紧力有限，对于实现厚壁管材室温和高温环境下的疲劳试验有较大困难，更无法实现实心光滑夹持棒材的室温和高温疲劳试验。目前尚无任何可同时实现等壁厚薄壁、厚壁管材以及两端光滑夹持的实心棒材在高温环境下的单、多轴疲劳试验的有效技术方案。 

发明内容

本发明的目的是提供一种金属等壁厚管材以及实心光滑夹持棒材的多功能疲劳试验引伸夹具，使之克服现有技术的以上所述缺点，不仅可实现常、高温环境下金属等壁厚管件和实心光滑夹持棒材的单、多轴疲劳试验，而且还达到节省试样材料的目的。 

本发明的目的是通过如下的手段实现的。 

多功能材料疲劳试验引伸夹具，用于在常、高温疲劳试验中对金属等壁厚管材和实心光滑夹持棒材进行夹持。有一主轴1，所述主轴具有顶杆12、限位凸台11、中部螺纹段8和夹持段13；主轴1与套筒3通过锁紧螺帽2连接，锁紧螺帽2旋接在主轴1的中部螺纹段8上；过渡顶杆5和夹持垫套4以及主轴1上的顶杆12部分置于套筒3内，套筒3内部靠近试样安装端为锥形内孔设计，套筒3中部开设对称气孔9，用于释放高温试验环境下产生的高温气体；夹持垫套4与定位簧片6配合而形成可改变径向尺度的弹性机构。 

在实际实验时，首先将夹持垫套、过渡顶杆置于套筒内，套筒与主轴连接并由主轴上的限位凸台进行周向限位，锁紧螺帽从套筒的一端套入并同主轴的中部螺纹段初步配合，然后将已塞入金属堵头的管试样或实心光滑夹持棒状试样的一端插入置于套筒内的夹持垫套内部，通过锁紧螺帽传递到主轴顶杆的顶力而使夹持垫套对管试样或实心光滑棒状试样产生机械挤压力，实现夹具对试样的抱紧。试样的另一端作对称的夹持设置。对于高温疲劳试验情形，将试样及夹具套筒的部分置于高温环境中，根据热膨胀原理，设计主轴、过渡顶杆以及夹持垫套所用材料的热膨胀系数大于套筒和锁紧螺帽，升温后夹具主轴、过渡顶杆和夹持垫套与套筒、锁紧螺帽及试样之间因热膨胀差异而产生不同的热应变，实现夹具对试样的再次抱紧。同时，对于管试样，金属堵头也采用热膨胀系数较高的材料，以防止管试样在受夹具夹持时产生内凹变形，从而增强夹具对管试样的综合抱紧力。本发明夹具的夹持垫套和过渡顶杆可通过改变尺寸适应多种规格的试样，主轴夹持段也可改变尺寸以适应多种规格的试验机夹头。 

采用本发明的设计方案，可满足多种规格等壁厚管件和实心光滑夹持棒材的常、高温单、多轴疲劳试验，结构简单，试样尺寸适应范围大，夹持功能突出，节省试样材料。 

附图说明

图1为本发明实施例夹持试样后的三维视图。 

图2为本发明实施例夹持试样后的剖视图。 

图3为本发明实施例主轴的三维视图。 

图4为本发明实施例锁紧螺帽的三维视图。 

图5为本发明实施例套筒的三维视图。 

图6为本发明实施例套筒的剖视图。 

图7为本发明实施例夹持垫套的三维视图。 

图8为本发明实施例定位簧片的平面视图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。