具有液压结构的板材试样压缩防屈曲夹持装置及使用方法

本发明涉及板材拉伸压缩的辅助夹持，具体涉及一种具有液压结构的板材试样压缩防屈曲夹持装置及使用方法。

背景技术：

1、拉压试验是研究材料力学性能的重要基础试验，板料的拉压试样的结构具有长度和宽度方向尺寸较大而厚度方向较小的外形特点，板材类试样在拉伸试验阶段会自然伸长，但是在压缩阶段，厚度方向由于尺寸小极有可能发生弯曲而造成试验失败。

2、目前，在板料的拉压试验中，需要解决板料在受到来自边缘的压力时，可能造成屈曲的一种失稳状态。因此需要设计针对板料拉压试验的夹持装置，保证在实验过程中试样的平整，不发生屈曲。

3、现有技术中，中国专利申请cn111781060a采用两个夹板夹持试样，用四根弹簧提供夹持压力，利用聚四氟乙烯膜减少夹板与试样之间的摩擦力；中国专利申请cn112461643a介绍了一种利用滚柱减少摩擦的夹持设备，该设备用螺丝固定直接提供夹持压力；中国专利申请cn113945460a介绍了一种利用弹簧提供厚向夹持压力的装置，通过旋转部件将压力传递给夹持面；但是存在以下问题：不可控的夹持压力无法适应更多样的实验条件；对于较薄的板材，来自滚柱分布不均匀的夹持压力反而可能诱发局部失稳；弹簧提供的夹持压力受板材厚度变化会发生变化，且力不便直接计算获得，减磨材料聚四氟乙烯虽然被广泛应用但对于试验结果仍然会产生影响，客观上不能避免夹持压力造成的摩擦，也无法通过计算实现补偿或抵消。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供了一种具有液压结构的板材试样压缩防屈曲夹持装置及使用方法，本发明的夹持装置包括多个压板件，多个压板件沿试样单面面积较大的两侧安装，保证试样在试验机的拉伸和压缩两个阶段均保持外形稳定，设计两个液压油室分别通过对应的螺纹孔与外置的液压计组件和plc控制电路连接，获得两个液压油室的油压差，利用油压差控制活塞件产生大小合适、均匀且可控的夹持压力；同时，利用摩擦力系数测量件获得试样的摩擦系数，根据拉压试验机的拉压力以及试样的摩擦系数对夹持压力进行调整，实现对试样的摩擦力进行补偿，减小拉压试验中夹持装置与试样之间的摩擦力。本发明提供了一种具有液压结构的板材试样压缩防屈曲夹持装置，包括：液压组件、压板件一3、压板件组件9、立柱组件、和压板件二5；

2、所述液压组件、压板件一3、压板件组件9、立柱组件和压板件二5构成三梁四柱液压结构；

3、所述压板件一3分别连接所述液压组件和压板件组件；所述压板件组件还连接压板件二5；所述立柱组件分别连接所述液压组件和压板件二5；

4、优选的，所述压板件组件9包括塑料压板一9-1和塑料压板二9-2；

5、优选的，所述立柱组件包括多个立柱，用于对压板件一3、压板件组件和压板件二5产生均匀压力，从而传递到试样4上；

6、优选的，所述夹持装置还包括摩擦系数测量件14；在进行试样的摩擦系数测量时，所述摩擦系数测量件分别连接压板件一、压板件二和试样；所述摩擦系数测量件14用于辅助获取安装在所述夹持装置的试样4的摩擦力以及摩擦系数；

7、进一步的，所述摩擦系数测量件14包括连接件一14-1、连接件二14-2、固定件一14-3和固定件二14-4；

8、在进行试样的摩擦系数测量时，分别与和试样4连接；

9、所述连接件一14-1分别连接压板件一3和固定件一14-3；所述连接件二14-2分别连接压板件三5和固定件二14-4；所述固定件一14-3和固定件二14-4还连接试样4。

10、具体地，所述进行试样的摩擦系数测量的具体步骤包括：

11、所述连接件一14-1和连接件二14-2分别连接压板件一3和压板件三5；

12、将试样沿着单面面积较大方向的两侧分别与塑料压板一9-1和塑料压板二9-2连接；连接后，所述试样还分别连接固定件一14-3和固定件二14-4；

13、通过液压组件对试样施加预设夹持压力；将摩擦系数测量件连接外置试验机；

14、所述外置试验机通过固定件一14-3和固定件二14-4拉动试样，所述外置试验机的拉力即为试样的摩擦力；通过预设夹持压力和所述试样的摩擦力得到试样的摩擦系数。

15、可以理解的是，在进行拉压试验时，试样基于预设夹持压力被夹持装置夹持，根据拉压试验机的拉压力以及试样的摩擦系数，得到拉压力对应的试样摩擦力；基于所述拉压力对应的试样摩擦力对预设夹持压力进行调整，对试样摩擦力进行补偿，减小拉压试验中夹持装置与试样之间的摩擦力。

16、在拉压试验中，拉压试验机夹持试样，在试样和夹持装置之间反复摩擦，得到试样的摩擦系数后根据拉伸试验机的拉压力调整夹持压力，对夹持压力产生的摩擦力进行补偿，减小夹持装置和试样之间的摩擦力；一方面避免夹持装置和试样之间反复摩擦在试样上形成磨蚀点，引发疲劳源，使试样从磨蚀点处开始开裂；另一方面避免拉压试验中，由于摩擦产生的载荷沿夹持装置传递影响试验过程中试样受到的实际载荷。

17、示例性的，所述连接件一和连接件二分别通过螺丝与所述压板件一和压板件二连接。

18、进一步的，所述压板件一3一侧连接所述液压组件，另一侧通过多个螺丝连接所述塑料压板一9-1一侧；所述塑料压板二9-2一侧与所述压板件二5连接；所述塑料压板9-1另一侧与塑料压板9-2另一侧以及立柱组件之间形成夹持空间，用于放置试样4，进行夹持；

19、可以理解的是，所述塑料压板一9-1和塑料压板二9-2与试样4直接接触；

20、优选的，所述液压组件包括：油缸1、活塞件7和端盖8；

21、所述活塞件7的一侧贯穿油缸的一侧与所述压板件一3连接，另一侧设置在所述油缸1内部；所述油缸1用于为活塞件7提供液压力，活塞件7受到液压力作用在压板件一上向试样方向移动，实现夹持；

22、进一步的，所述活塞件7包括：活塞部件7-1、活塞杆7-2、定位面7-3和活塞螺纹孔7-4；

23、所述端盖8嵌套在活塞7-1上，靠近活塞杆7-2一侧；

24、所述活塞杆7-2一侧与所述活塞部件7-1连接，另一侧设置活塞螺纹孔7-4和定位面7-3，用于与所述压板件一3连接；

25、进一步的，所述油缸1包括液压油室一1-1、液压油室二1-2、螺纹孔一1-3和螺纹孔二1-4；

26、所述液压油室一1-1和液压油室二1-2分别与螺纹孔一1-3和螺纹孔二1-4连接；

27、更进一步，所述液压油室一1-1和液压油室二1-2分别通过螺纹孔一1-3和螺纹孔二1-4与液压计组件和plc控制电路16连接，获得液压油室一1-1和液压油室二1-2的油压差，进一步控制活塞件7产生夹持压力；

28、进一步的，所述液压计组件包括：液压计一15-1、液压计二15-2、液压油路一15-3和液压油路二15-4；

29、所述螺纹孔1-3和螺纹孔1-4分别与所述液压计一15-1和液压计二15-2连接；所述液压计一15-1和液压计二15-2分别用于监测和控制活塞件7上的夹持压力；

30、示例性的，所述活塞件7将油缸的油室分为面积不同的液压油室一1-1和液压油室二1-2；所述液压计一15-1和液压计二15-2分别通过液压油路一15-3和液压油路二15-4连接；所述液压油路一15-3和液压油路二15-4连接plc控制电路16，利用plc控制电路得pid算法控制活塞杆7-2上产生的压力，进一步控制夹持压力；

31、所述液压油室一1-1和液压油室二1-2输出的总压力等于液压油室一1-1和液压油室二1-2与活塞件7的压力之差，更有利于稳定实现较小的夹持压力。

32、更进一步，所述液压组件还包括多个密封圈2；

33、所述端盖8内部与所述活塞部件7-1之间设置多个密封圈2；

34、优选的，所述立柱组件设置在所述液压组件一侧的四角，用于固定液压组件与压板件二5；

35、所述立柱组件包括立柱一11、立柱二、立柱三12和立柱四；

36、所述立柱一11、立柱二、立柱三12和立柱四的一侧均与所述油缸1一侧连接，另一侧分别贯穿所述压板件二一侧；

37、进一步的，所述立柱组件还包括螺母组件和垫片组件；

38、所述螺母组件包括螺母一6和螺母二；

39、所述垫片组件包括垫片一10、垫片二、垫片三和垫片四；

40、进一步的，所述立柱一11和立柱二的一侧均与所述油缸1连接，另一侧分别贯穿所述压板件二5，所述立柱一11、立柱二贯穿压板件二5的一侧分别设置对应的多边形结构一11-1和多边形结构二；

41、所述立柱三12和立柱四的一侧均与所述油缸1一侧连接；另一侧分别贯穿所述压板件二，所述立柱三12和立柱四贯穿压板件二5的一侧分别设置对应的螺纹五12-1和螺纹六；所述螺纹五12-1和螺纹六分别连接所述螺母一6和螺母二。

42、示例性的，所述立柱一11、立柱二的一侧分别设置螺纹一和螺纹二，分别通过对应的螺纹一和螺纹二连接所述油缸1，另一侧分别贯穿所述压板件二5，所述立柱一11、立柱二贯穿压板件二5的一侧分别设置对应的多边形结构一11-1和多边形结构二，所述多边形结构一11和多边形结构二用来拧紧立柱一和立柱二；所述立柱一11和立柱二与所述压板件二之间设置垫片一10和垫片二；

43、所述立柱三12和立柱四的一侧设置螺纹三和螺纹四，分别通过对应的螺纹三和螺纹四连接所述油缸1，另一侧分别贯穿所述压板件二，所述立柱三12和立柱四贯穿压板件二5的一侧分别设置对应的螺纹五12-1和螺纹六；所述螺纹五12-1和螺纹六分别连接所述螺母一6和螺母二；

44、进一步的，所述螺母五12-1和螺母六通过垫片三和垫片四与压板件二5连接；

45、更进一步，所述立柱三12和立柱四靠近油缸1的一侧分别设置多边形结构三12-2和多边形结构四；在安装时，所述多边形结构三12-2和多边形结构四用来方便扳手拧紧拧紧立柱三12和立柱四；

46、示例性的，多边形结构一11-1和多边形结构二均为六角柱形或多角柱形；

47、所述边形结构一11-1和多边形结构二分别与所述立柱一和立柱二固定连接；

48、示例性的，所述多边形结构三12-2和多边形结构四均为六角柱形或多角柱形；

49、所述多边形结构三12-2和多边形结构四分别与所述立柱三12和立柱四活动连接；

50、示例性的，所述螺母一6和螺母二均为六角螺母；

51、本发明一个实施例中，在非维护情况下，所述立柱组件分别与液压组件和压板三5连接后，所述立柱三12和立柱四不再拆卸，立柱一11和立柱二可拆卸；

52、当试样4已经安装在夹持装置上时，通过拆下立柱一11和立柱二，实现试样的侧面装夹；当试样不方便从夹持装置钳口上卸下，可以取出立柱一11和立柱二，将试样放置在塑料压板一9-1、塑料压板二9-2中间后，再安装立柱一11和立柱二。

53、示例性的，所述压板件二5为金属板；

54、所述压板件一3为金属板；所述金属板为矩形，用于为塑料压板一提供支撑，使得塑料压板一在运行中不发生弯曲；

55、进一步的，所述压板件一3面向油缸的一面设置多个凹槽和肋板，用于减重；

56、优选的，所述塑料压板一9-1和塑料压板二9-2均为聚四氟乙烯材料；所述聚四氟乙烯材料具有较小的摩擦系数；有利于试验减小误差，正常进行。

57、所述塑料压板一、二为矩形，靠近试样的一侧设置凸起结构13，有助于固定试样；所述塑料压板一靠近压板件一和塑料压板二靠近哑巴建三的一侧设置与压板件一和压板件二对应的阶梯孔用来安置螺丝。

58、优选的，所述压板件一3和压板件二5靠近液压组件的一侧设置多个铣槽用于减重；

59、所述塑料压板一9-1、塑料压板二9-2靠近试样的一侧设置多个突起，防止试样溜出塑料压板区域。

60、本发明另一个目的在于提供了一种具有液压结构的板材试样压缩防屈曲夹持装置的使用方法，包括：

61、当夹持装置的立柱一11和立柱二为拆卸状态时，将试样置于塑料压板一9-1和塑料压板二9-2之间；将立柱一11和立柱二安装在液压组件和压板件二5上，并拧紧；

62、在油缸1的螺纹孔一1-3和螺纹孔二1-4中接入液压，得到液压力；所述液压力作用在活塞7上进行移动，通过活塞7-1的移动控制压板件一3夹紧试样4；

63、当夹持装置的立柱一11和立柱二为非拆卸状态是，将试样置于塑料压板一9-1和塑料压板二9-2之间；

64、在油缸1的螺纹孔一1-3和螺纹孔二1-4中接入液压，得到液压力；所述液压力作用在活塞7-1上进行移动，通过活塞7-1的移动控制压板件一3夹紧试样4；

65、在正式进行拉压试验之前，利用摩擦系数测量件14辅助测量试样与塑料压板一9-1和塑料压板二9-2之间的摩擦系数。

66、进一步的，所述在进行拉压试验之前，利用摩擦系数测量件14辅助测量试样与塑料压板一9-1和塑料压板二9-2之间的摩擦系数的具体步骤包括：

67、预设夹持压力，将摩擦系数测量件的连接板一14-1和连接板二14-2分别连接压板件一3和压板件二5；

68、所述液压组件按照预设夹持压力将试样安装在所述塑料压板一和塑料压板二之间，并固定在固定件一14-3和固定件二14-4之间；将外置试验机分别夹持试样、固定件一14-3和固定件二14-4后，试样从夹持装置中被拉出，得到试样在预设夹持压力下的摩擦力，进一步得到摩擦系数；在正式进行拉压试验前拆下摩擦系数测量件14；

69、在进行拉压试验时，基于试样的摩擦系数动态调整夹持压力，对拉压过程中试样的摩擦力进行补偿，减小夹持压力产生的摩擦力。

70、示例性的，所述夹持装置的夹持压力大于等于2吨；

71、所述夹持装置重量≥1kg；

72、所述液压组件为微型液压机；

73、本发明的夹持装置还包括：针对夹持压力需求较小的设备，将油缸，立柱组件，压板件二个部件合为一个，加工成“c”形结构，进一步降低结构的复杂性，降低设备重量。

74、与现有技术相比，本发明至少具有现如下有益效果：

75、(1)本发明采用微型液压机作为夹持压力的来源，利用液压组件的伺服和比例控制技术，实现夹持压力可控且不随试样被拉伸和压缩时厚度h的变化而变化，实现恒定的夹持压力；

76、(2)本发明利用计算夹持产生的摩擦力，将摩擦力用于试验中对试验机的拉伸和压缩力进行补偿；利用摩擦系数测量件先获得试样的摩擦系数，再基于恒定的夹持压力和摩擦系数进行拉伸试验，利用该摩擦系数对试验过程中产生的摩擦力进行补偿；

77、(3)本发明设计了金属压板与塑料压板的组合产生均匀压力，结构简单，维护和制造成本低；

78、(4)本发明的夹持装置中多个压板件沿试样单面面积较大的两侧安装，尤其适用于不同试样厚度h或者材料的板材试样，所需要的拉压试验的夹持压力利用液压油路进行控制，实现实时恒定压力控制；

79、(5)本发明设计了金属压板在金属压板上设置了多个铣槽，减轻了夹持装置的重量；

80、(6)本发明采用液压加载，加载压力大，且采用三梁四柱式结构，刚度好，重量轻，使用时操作轻便，安装简单，加工成本低。