[实用新型]适用于平面应变断裂韧性试验的夹具装置及疲劳试验机

说明书

本实用新型涉及一种适用于平面应变断裂韧性试验的夹具装置及疲劳试验机。夹具装置包括试验夹具、中间夹持机构、连接构件。其中，试验夹具被构造成能够夹持试样并使得试样能够绕第一轴线转动。中间夹持机构被构造成能够将试验夹具保持在其中并能够绕与第一轴线垂直的第二轴线转动。连接构件的一端与中间夹持机构连接，另一端与夹具接合，从而承受来自疲劳试验机的作用力，并将作用力传递到试样。

技术领域

本实用新型涉及夹持设备领域，尤其涉及一种适用于平面应变断裂韧性试验的夹具装置及疲劳试验机。

背景技术

飞机结构设计主要经历静强度设计、安全寿命设计和损伤容限分析几个阶段。损伤容限分析主要涉及含裂纹体结构的裂纹扩展和剩余强度分析，具体而言，其需要分析的核心问题是含裂纹体结构与材料的力学行为，包括裂纹的扩展行为和断裂行为。

平面应变断裂韧性是指在裂纹前缘近似处于平面应变状态，且裂纹尖端满足小范围屈服的条件下，脆性材料发生失稳扩展时应力强度因子K的临界值。该强度因子在低频疲劳试验机上进行预制疲劳裂纹和断裂试验。

参见图1，其示出了进行上述强度因子K的临界值的试样。进行试验时，疲劳试验机分别事先夹持试样的上、下两端并对试样施加一定频率的拉力而在试样的厚度方向制造预制裂纹。一般地，在预制裂纹形成的缝隙宽度(以下记为裂纹尺寸)达到5mm时停止拉伸试样。根据试验要求，该预制裂纹在厚度方向的不同位置上的裂纹尺寸不能有较大的变化。例如，在图1的厚度方向的两个端面处，裂纹尺寸分别记为A₁、A₅，试样在不同厚度位置处的预制裂纹尺寸A₂、A₃、A₄应满足下式：

|A₄-A₅|≤|A₁+A₂+A₃|÷3×10％。

由于试样加工、试验机同轴度及试样装夹等因素的影响，预制疲劳裂纹阶段，试验机较难精准地夹持试样，并在试样上形成满足上述要求的预制裂纹，这会导致试验失败。

实用新型内容

针对根据现有技术的夹具装置的上述现状，本实用新型的目的之一在于提供一种适用于平面应变断裂韧性试验的夹具装置，其无需提高试验机的同轴度要求等即可制造所需的预制裂纹。

该目的通过本实用新型以下形式的夹具装置来实现。适用于平面应变断裂韧性试验的夹具装置能够安装在疲劳试验机的夹具上。所述夹具装置包括试验夹具、中间夹持机构、连接构件。其中，所述试验夹具被构造成能够夹持试样并使得试样能够绕第一轴线转动。所述中间夹持机构被构造成能够将所述试验夹具保持在其中并能够绕与所述第一轴线垂直的第二轴线转动。所述连接构件的一端与所述中间夹持机构连接，另一端与所述夹具接合，从而承受来自所述疲劳试验机的作用力，并将作用力传递到试样。

由于试样可绕试验夹具上的第一轴线转动、试验夹具能够绕与第一轴线的第二轴线转动，在疲劳试验机利用上述夹具装置夹持试样并施加拉力时，即使疲劳试验机上、下两个夹具同轴度不达标或者试验装配不准，施加在试样上的拉力的方向也会自动地调整成垂直于试样的厚度方向。

根据本实用新型的一种优选实施方式，所述试验夹具包括：

彼此分离且相互面对的第一夹持件和第二夹持件，所述第一夹持件和第二夹持件分别具有朝向彼此延伸的一对腿部，使得所述试样能够被容纳在所述腿部之间；以及

转动销，所述转动销能够沿着与所述腿部的延伸方向垂直的方向横向穿过开设在所述第一夹持件和所述第二夹持件的一对所述腿部上的通孔，从而将所述试样固定在所述腿部之间，其中所述转动销的轴线与所述第一轴线重合。

根据本实用新型的一种优选实施方式，所述中间夹持机构包括：