发明内容

本发明旨在提供一种适用于多构型试验件的双轴拉伸力学能试验装置和测试方法，用于突破背景技术中存在的不足，以提高对于材料力学性能的认识，为进一步建立失效准则和失效判据，进而评估相对应结构件的失效情况或者服役寿命提供数据支撑。

本发明一种多构型试验件的双轴拉伸力学性能测试装置，包括与试验机相连且上下对应设置的上夹具和下夹具，所述上夹具包括正交十字构型的上夹具体，上夹具体的四个伸出臂为上支撑臂，四个上支撑臂的中心线位于同一平面内，且伸出长度相等，上夹具体中心处上固定设置有用于与试验机相连的上夹持部，所述上夹持部朝远离下夹具的方向伸出；

所述下夹具包括十字架构型的底座及连接件，底座的四个伸出臂为下支撑臂，四个下支撑臂的中心线位于同一平面内，且伸出长度相等，底座中心处上固定设置有用于与试验机相连的下夹持部，所述下夹持部朝远离上夹具的方向伸出；

连接件的四个伸出臂为连接臂，四个连接臂的中心线位于同一平面内，且伸出长度相等，下支撑臂的伸出长度大于上支撑臂的伸出长度和连接臂的伸出长度；

上夹具体的中心轴线、底座的中心轴线及连接件的中心轴线重合且位于同一竖直线上；

所述底座上的四个下支撑臂的伸出端通过连接装置与连接件上的四个连接臂对应相连，所述连接装置的两端上均转动连接有导向滑轮；

所述下支撑臂上均滑动连接有试验件固定装置，所述试验件固定装置相互远离的一侧上连接有拉紧绳，所述拉紧绳的另一端绕经对应连接装置上的两个导向滑轮后与对应上支撑臂固定相连。

优选地，连接装置包括支撑杆，所述支撑杆的两端分别与相对应的连接臂和下支撑臂固定相连。

优选地，支撑杆均包括相互平行的两个支撑板，位于同一支撑杆上的两个导向滑轮均设置在两个支撑板之间，且导向滑轮均通过销轴与支撑板相连；所述导向滑轮的中心轴线均与该导向滑轮连接的支撑板所在的平面垂直，且导向滑轮的中心轴均与水平面平行。

优选地，还包括角度调整结构，所述角度调整结构包括沿下支撑臂轴向设置在下支撑臂上的多个第一连接通孔、沿支撑杆轴向均布在支撑杆上的多个第二连接通孔及沿连接臂轴向设置在连接臂上的多个第三连接通孔；

所述第一连接通孔、第二连接通孔及第三连接通孔的中心轴线均与水平面平行；

所述支撑杆的一端通过贯穿第一连接通孔和第二连接通孔的连接轴固定相连，支撑杆的另一端通过贯穿另一个第二通孔和第三连接通孔的另一连接轴固定相连；

所述导向滑轮转动设置在支撑杆与连接臂连接处和支撑杆与下支撑臂连接处之间的支撑杆上；

调整支撑杆与连接臂和下支撑臂上的连接位置，改变支撑杆与底座之间的夹角。

优选地，试验件固定装置包括滑动设置在下支撑臂上的滑块，所述滑块朝向上夹具的一面上设置有连接片，所述连接片上压合设置有压片，所述压片通过穿过连接片的第四螺钉与滑块固定相连；

滑块相互远离的一面上均设置有第一固定孔，所述第一固定孔内设置有内螺纹，所述拉紧绳的一端设置在第一固定孔内，且通过与第一固定孔螺纹相连的第一螺钉与第一固定孔固定相连；

第一固定孔上连接的拉紧绳绕经的两个导向滑轮中靠近底座的导向滑轮所在圆的切线与该第一固定孔的中心轴线位于同一直线上；

所述连接片上设置卡合槽，卡合槽构型尺寸与试验件端部用于连接夹具的夹持臂相匹配，试验件的连接臂设置在卡合槽内，且卡合槽朝向底座中心一面的开口小于卡合槽远离底座中心一面的开口。

优选地，滑块上设置有滑动通孔，所述滑块通过滑动通孔套接在所连接的下支撑臂上。

优选地，上支撑臂的端部上均设置有拉紧绳预紧装置，所述拉紧绳预紧装置包括设置在上支撑臂端部上的预紧孔及设置在上支撑臂端面上的第二固定孔，所述预紧孔的中心轴线均与竖直线平行，第二固定孔的中心轴线均水平设置，所述预紧孔与第二固定孔相互垂直且相互连通；

还包括与上支撑臂端部可拆卸连接的两个支撑座，所述支撑座分别设置在预紧孔两侧，两个支撑座通过预紧杆相连，所述预紧杆与支撑座均转动相连，预紧杆的一端上设置有挡块，位于两个支撑座之间的预紧杆上设置有至少两个拉紧绳通孔；

所述第二固定孔内设置有内螺纹，拉紧绳的一端伸入第二固定孔，且通过与第二固定孔螺纹相连的第二螺钉与第二固定孔固定相连；

当拉紧绳的一端伸入第二固定孔，从预紧孔穿出并从下至上穿过一个拉紧绳通孔后从上至下穿过另外一个拉紧绳通孔，根据拉紧绳长度依次进行，然后转动预紧杆，拉紧绳预紧后转动第二螺钉，拉紧绳与第二固定孔固定相连。

优选地，支撑座与上支撑臂相连的一端上设置有连接插板，所述上支撑臂上对应位置设置有连接插孔，连接插板与连接插孔匹配相连，所述支撑座通过匹配相连的连接插板和连接插孔与上支撑臂可拆卸连接。

或者优选地，上夹持部包括上夹块，所述上夹块的一端上固定连接有限位板；

所述上夹具体中心处设置有夹块穿过孔，所述上夹具体朝向底座的一面的中心处设置有限位槽，所述夹块穿过孔与限位槽相连通；

所述上夹块穿过夹块穿过孔，限位板匹配设置在限位槽内，且限位板通过第三螺钉与上夹具体固定相连；

所述下夹持部为下夹块，下夹块与底座中心处固定相连，且下夹块朝远离上夹具的方向伸出；

所述上夹块与下夹块的中心轴均位于同一竖直线上。

一种多构型试验件的双轴拉伸力学性能测试方法，所述方法采用一种多构型试验件的双轴拉伸力学性能测试装置完成，

当测试试验件在宽温准静态双轴拉伸加载下力学性能时，所示方法包括以下步骤：步骤（1），在准静态单轴试验机上配备温度箱及温控装置，调试准静态单轴试验机所配备温度箱的位置，使得准静态单轴试验机的上夹持端和下夹持端的位置处于温度箱的中部区域；

步骤（2），将上夹具的上夹持部和下夹具的下夹持部分别与准静态单轴试验机的上夹持端和下夹持端相连，连接后，使得上夹具和下夹具在竖直方向上满足同轴度要求，并固定；

根据试验件的构型尺寸，调节支撑杆与连接臂和下支撑臂上的连接位置，使得支撑杆与底座所形成的夹角角度满足要求，调整后通过销轴将连接件、支撑杆以及底座固定相连；

步骤（3），启动准静态单轴试验机，准静态单轴试验机的下夹持端固定不动，上夹持端竖直向上空载运行至某一预设高度，查看加载过程中连接后的试验系统是否运行顺畅，避免存在卡滞现象；

步骤（4），当连接后的试验系统运行顺畅时，将准静态单轴试验机和一种多构型试验件的双轴拉伸力学性能测试装置均复位，并进行数据清零；

步骤（5），将试验件上的四个夹持臂分别与下支撑臂上滑动连接的四个试验件固定装置相连，然后将四条拉紧绳一端分别固定连接在四个试验件固定装置上的第一固定孔内并通过第一螺钉固定，拉紧绳另一端分别绕经对应支撑杆上的导向滑轮，然后分别依次从对应第二固定孔、预紧孔内穿出并从下至上穿过对应预紧杆的第一个拉紧绳通孔后从上至下穿过第二个拉紧绳通孔，根据拉紧绳长度依次进行，转动预紧杆，四根预紧杆的转动圈数相同，从而使得四条拉紧绳保持一致的预紧力并预紧，然后通过与第二固定孔尺寸和螺纹匹配的第二螺钉将预紧后的四条拉紧绳固定在第二固定孔内，完成整个预紧工作和拉紧绳固定连接工作；

预紧完成后，将支撑座及预紧杆拆除，并从拉紧绳远离第一固定孔的一端穿出，使其脱离上夹具体；

步骤（6），根据试验件的性能分析要求，设定温度箱内的温度以及准静态单轴试验机的加载速率；

步骤（7），开展预设温度条件以及加载速率条件的宽温准静态双轴拉伸力学性能测试，通过拉紧绳带动滑动装置对试验件进行拉伸，直至试验件完全断裂，记录试验件变形时的载荷和位移情况，换算为相应的应力-应变曲线；

当测试试验件在动态双轴拉伸加载下力学性能时，所述方法包括以下步骤：

步骤（1），将新型单轴高应变率液压伺服试验机的上夹持端和下夹持端与上夹具的上夹持部和下夹具的下夹持部相连，连接后，使得上夹具和下夹具在竖直方向上满足同轴度要求，并固定；

根据试验件的构型尺寸，调节支撑杆与连接臂和下支撑臂上的连接位置，使得支撑杆与底座所形成的夹角角度满足要求，调整后通过销轴将连接件、支撑杆以及底座固定相连；

步骤（3），启动新型单轴高应变率液压伺服试验机，新型单轴高应变率液压伺服试验机下夹持端固定不动，上夹持端沿上夹具的上夹持部竖直向上滑动，并在上夹持部长度范围内完成预加速至设定加载速率，然后夹紧上夹持部并以设定加载速率空载运行至某一预设高度，查看加载过程中连接后的试验系统是否运行顺畅，避免存在卡滞现象；

步骤（4），当连接后的试验系统运行顺畅时，将新型单轴高应变率液压伺服试验机和一种多构型试验件的双轴拉伸力学性能测试装置均复位，并进行数据清零；

步骤（5），将试验件上的四个夹持臂分别与下支撑臂上滑动连接的四个试验件固定装置相连，然后将四条拉紧绳一端分别固定连接在四个试验件固定装置上的第一固定孔内并通过第一螺钉固定，拉紧绳另一端分别绕经对应支撑杆上的导向滑轮，然后分别依次从对应第二固定孔、预紧孔内穿出并从下至上穿过对应预紧杆的第一个拉紧绳通孔后从上至下穿过第二个拉紧绳通孔，根据拉紧绳长度依次进行，转动预紧杆，四根预紧杆的转动圈数相同，从而使得四条拉紧绳保持一致的预紧力并预紧，然后通过与第二固定孔尺寸和螺纹匹配的第二螺钉将预紧后的四条拉紧绳固定在第二固定孔内，完成整个预紧工作和拉紧绳固定连接工作；

预紧完成后，将支撑座及预紧杆拆除，并从拉紧绳远离第一固定孔的一端穿出，使其脱离上夹具体；

步骤（6），根据试验件的性能分析要求，设定新型单轴高应变率液压伺服试验机的加载速率；

步骤（7），开展预设加载速率条件的动态双轴拉伸力学性能试验，通过拉紧绳带动滑动装置对测试试验件进行拉伸，直至所测试试验件完全断裂，记录试验件变形时的载荷和位移情况，换算为相应的应力-应变曲线。

本发明的有益效果如下所示：

1.本发明的装置通用性较强，减少了为适应不同构型试验件的双轴拉伸力学性能试验所需测试装置的数量，节省了费用，即通过调整支撑杆与底座所形成的夹角角度，就可满足不同构型尺寸试验件双轴拉伸力学性能试验的需求；仅调整测试装置的连接片上卡合槽等连接部位结构形式和压片形状、厚度，就可满足不同强度、模量材料所制成的不同厚度试验件的双轴拉伸力学性能测试的需求；仅调整试验装置的上夹持部的长度，就可与不同类型的材料试验机相适配。

2.本发明的装置与试验件的连接方式较为简单，与试验件相连时间也较短，试验后无需对装置的部件进行更换，可满足大批量重复性试验的需求；其次，本发明的装置不会对试验件造成预损伤，提高了试验结果的可靠性。

3.基于本发明的测试装置提出的方法，突破了当前材料双轴拉伸力学性能试验研究时存在的不足。所提方法既可满足宽温准静态双轴拉伸加载下材料力学性能试验研究的需求，进而分析温度和加载速率对材料力学性能的影响，并构建包含温度和加载速率影响的双轴失效准则和判据，可对更广泛温度使用条件下材料和结构的变形以及结构完整性进行有效评估；其次，又可满足冲击等动态双轴拉伸加载下材料力学性能试验研究的需求，进而分析动态双轴拉伸载荷对材料力学性能的影响，并构建考虑动态加载影响的双轴失效准则和判据，可对冲击等工况下材料和结构的变形以及结构完整性进行有效评估。

4.基于本发明的测试装置提出的方法，简单方便、可靠性高，很容易实现双轴力学性能测试时对试验件双轴加载的同时性、加载过程中速率的稳定性以及对试验件变形的观测，试验结果的可靠性较高。

5.本发明的装置与市场售卖大型准静态双轴试验机相比体积相对较小，质量相对较轻，便于搬运、搬运成本较低；其次，基于本发明的测试装置所搭建的测试系统，造价成本、维护成本均较低，经济效益较好。