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一种剪切实验夹具及其应力应变计算方法

阅读：999发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种剪切实验夹具及其应力应变计算方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种剪切实验夹具，其特征在于：第一夹具包括L型第一底板与L型第一底板螺栓连接的矩形第一顶板，第二夹具包括L型第二底板及与L型第二底板螺栓连接的矩形第二顶板，L型第一底板、矩形第一顶板、L型第二底板及矩形第二顶板上均对应设置有六角螺栓安装孔。本发明还涉及一种剪切实验夹具及其应力应变计算方法，包括以下步骤：1)根据试验要求，确定剪切试验件的厚度、槽口宽度及六角螺栓安装孔直径；2)通过计算分析试验件剪切处所受的应力；3)通过计算分析试验件剪切处所受的应变及剪切模量。本发明结构设计科学合理，结构简单，安装方便且有效防止剪切试样在实验过程中出现滑移。，下面是一种剪切实验夹具及其应力应变计算方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种剪切实验夹具，其特征在于：包括第一夹具、第二夹具及安装在第一夹具与第二夹具之间的剪切试验件，所述第一夹具包括L型第一底板与L型第一底板螺栓连接的矩形第一顶板，所述第二夹具包括L型第二底板及与L型第二底板螺栓连接的矩形第二顶板，所述L型第一底板、矩形第一顶板、L型第二底板及矩形第二顶板上均对应设置有六角螺栓安装孔，所述剪切试验件放置在所述第一夹具与第二夹具之间并通过穿装在六角螺栓安装孔内的六角螺栓固定。
2.根据权利要求1所述的剪切实验夹具，其特征在于：所述L型第一底板、矩形第一顶板、L型第二底板及矩形第二顶板上螺栓穿装孔的个数为2～4个。
3.根据权利要求1所述的剪切实验夹具，其特征在于：所述L型第一底板、矩形第一顶板、L型第二底板及矩形第二顶板的内表面均设置有滚刀网纹。
4.一种如权利要求1至3任意一项所述的剪切实验应力应变计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)根据试验要求，确定剪切试验件的厚度H、槽口宽度L及六角螺栓安装孔直径D；
2)通过计算分析试验件剪切处所受的应力：以剪切面n-n为基准，将剪切试验件分成两部分，取其中一部分为研究对象，n-n截面上的内力FS与n-n截面相切，称为剪力。由平衡方程容易求得：FS＝F，假设在剪切面上的应力是均匀分布的，则相应的切应力τ＝FS/HL；
3)通过计算分析试验件剪切处所受的应变及剪切模量：在剪切试验件上贴应变片，并将应变仪连接制剪切试验件，根据应变仪数据计算剪切试验件的应变γ及剪切模量G：
γ＝|εl|+|ε2|
G＝Δτ/Δγ
其中：F为载荷，单位为牛顿(N)；
Fs为剪力，单位为牛顿(N)；
H为试验件厚度，单位为毫米(mm)；
L为试验件槽口处宽度，单位为毫米(mm)；
D为六角螺栓孔直径，单位为毫米(mm)；
ε1，ε2分别为+45°、-45°方向的应变值；
G为剪切模量，单位为吉帕(GPa)；
Δτ为剪切应力增量，单位兆帕(MPa)；
Δτ为与剪切应力增量对应的剪切应变增量。

说明书全文

一种剪切实验夹具及其应力应变计算方法

技术领域

[0001] 本发明属于材料属性实验测试技术领域，涉及应力应变剪切夹具，特别涉及一种剪切实验夹具及其应力应变计算方法。

背景技术

[0002] 剪切强度与剪切模量是衡量复合材料强度的重要因素，目前对于复合材料纵向和横向的力学性能测试比较简单，试样容易制备，试验结果重复性良好，但进行面内剪切实验是困难的。其难点主要存在以下3个方面：(1)纯剪切应力场的产生非常困难。(2)一般复合材料面内剪切力学响应都存在严重非线性。(3)可能出现的剪切失稳增加了剪切强度测试的难度。

[0003] 通过对公开专利文献的检索，发现两篇与本专利申请相似的中国公开专利文献：

[0004] (1)名称为一种剪切夹具，公告号为CN108267364A。该公开专利文献包括下夹板、上夹板、定位件、第一固定板和第二固定板。本公开专利的上夹板与下夹板之间设置了容纳槽，约束了试验件的尺寸，适用范围有限。

[0005] (2)名称为一种剪切实验夹具，公告号为CN107179238A。该公开专利文献包括用于固定在试验机上的固定连接平台，固定连接平台通过夹具位置调整螺栓连接夹具底座。本公开专利的结构复杂，更换试验件操作繁琐，同时对不同型号的试验机适配性差且加工成本高。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单，安装方便且有效防止剪切试样在实验过程中出现滑移的剪切实验夹具及其应力应变计算方法。

[0007] 本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

[0008] 一种剪切实验夹具，其特征在于：包括第一夹具、第二夹具及安装在第一夹具与第二夹具之间的剪切试验件，所述第一夹具包括L型第一底板与L型第一底板螺栓连接的矩形第一顶板，所述第二夹具包括L型第二底板及与L型第二底板螺栓连接的矩形第二顶板，所述L型第一底板、矩形第一顶板、L型第二底板及矩形第二顶板上均对应设置有六角螺栓安装孔，所述剪切试验件放置在所述第一夹具与第二夹具之间并通过穿装在六角螺栓安装孔内的六角螺栓固定。

[0009] 而且，所述L型第一底板、矩形第一顶板、L型第二底板及矩形第二顶板上螺栓穿装孔的个数为2～4个。

[0010] 而且，所述L型第一底板、矩形第一顶板、L型第二底板及矩形第二顶板的内表面均设置有滚刀网纹。

[0011] 一种剪切实验应力应变计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

[0012] 1)根据试验要求，确定剪切试验件的厚度H、槽口宽度L及六角螺栓安装孔直径D；

[0013] 2)通过计算分析试验件剪切处所受的应力：以剪切面n-n为基准，将剪切试验件分成两部分，取其中一部分为研究对象，n-n截面上的内力FS与n-n截面相切，称为剪力。由平衡方程容易求得：FS＝F，假设在剪切面上的应力是均匀分布的，则相应的切应力τ＝FS/HL；

[0014] 3)通过计算分析试验件剪切处所受的应变及剪切模量：在剪切试验件上贴应变片，并将应变仪连接制剪切试验件，根据应变仪数据计算剪切试验件的应变γ及剪切模量G：

[0015] γ＝|ε1|+|ε2|

[0016] G＝Δτ/Δγ

[0017] 其中：F为载荷，单位为牛顿(N)；

[0018] Fs为剪力，单位为牛顿(N)；

[0019] H为试验件厚度，单位为毫米(mm)；

[0020] L为试验件槽口处宽度，单位为毫米(mm)；

[0021] D为六角螺栓孔直径，单位为毫米(mm)；

[0022] ε1，ε2分别为+45°、-45°方向的应变值；

[0023] G为剪切模量，单位为吉帕(GPa)；

[0024] Δτ为剪切应力增量，单位兆帕(MPa)；

[0025] Δγ为与剪切应力增量对应的剪切应变增量。

[0026] 本发明的优点和有益效果为：

[0027] 1、本发明的剪切实验夹具，包括第一夹具、第二夹具及安装在第一夹具与第二夹具之间的剪切试验件，第一夹具包括L型第一底板与L型第一底板螺栓连接的矩形第一顶板，第二夹具包括L型第二底板及与L型第二底板螺栓连接的矩形第二顶板，L型第一底板、矩形第一顶板、L型第二底板及矩形第二顶板上均对应设置有六角螺栓安装孔，剪切试验件放置在第一夹具与第二夹具之间并通过穿装在六角螺栓安装孔内的六角螺栓固定，结构简单，安装方便，能够提高装夹对中性，保证夹具的卡装牢固性。

[0028] 2、本发明的剪切实验夹具，L型第一底板、矩形第一顶板、L型第二底板及矩形第二顶板上螺栓穿装孔的个数为2～4个，可根据剪切试验件的尺寸调整安装位置，适用范围广泛。

[0029] 3、本发明的剪切实验夹具，L型第一底板、矩形第一顶板、L型第二底板及矩形第二顶板的内表面均设置有滚刀网纹，增大夹具与剪切试验件之间的摩擦力，有效防止剪切试验件与夹具产生相对滑移，保证试验件的稳定性及实验精度。

[0030] 4、本发明的剪切实验应力应变计算方法，设计思路合理，能够适用于不同类型的试验机及不同尺寸试验件的剪切实验，适用范围广泛。

[0031] 5、本发明结构设计科学合理，结构简单，安装方便且有效防止剪切试样在实验过程中出现滑移，提高试验精度。附图说明

[0032] 图1为本发明第一夹具的主视图；

[0033] 图2为图1的结构示意图；

[0034] 图3为本发明第二夹具的主视图；

[0035] 图4为图1的结构示意图；

[0036] 图5为剪切试验件的结构示意图；

[0037] 图6为本发明的结构示意图；

[0038] 图7为矩形第一顶板的结构示意图。

[0039] 附图标记说明

[0040] 1-L型第一底板、2-矩形第一顶板、3-六角螺栓、4-六角螺栓安装孔、5-矩形第二顶板、6-L型第二底板、7-第一夹具、8-应变片、9-剪切试验件、10-第二夹具、11-滚刀花纹。

具体实施方式

[0041] 下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

[0042] 一种剪切实验夹具，其创新之处在于：包括第一夹具7、第二夹具10及安装在第一夹具与第二夹具之间的剪切试验件9，第一夹具包括L型第一底板1与L型第一底板螺栓连接的矩形第一顶板2，第二夹具包括L型第二底板6及与L型第二底板螺栓连接的矩形第二顶板5，L型第一底板、矩形第一顶板、L型第二底板及矩形第二顶板上均对应设置有六角螺栓安装孔4，剪切试验件放置在第一夹具与第二夹具之间并通过穿装在六角螺栓安装孔内的六角螺栓3固定，实验时，将本剪切试验夹具安装在试验机上，结构简单，安装方便，能够提高装夹对中性，保证夹具的卡装牢固性。

[0043] L型第一底板、矩形第一顶板、L型第二底板及矩形第二顶板上螺栓穿装孔的个数为2～4个，可根据剪切试验件的尺寸调整安装位置，适用范围广泛。

[0044] L型第一底板、矩形第一顶板、L型第二底板及矩形第二顶板的内表面均设置有滚刀网纹11，增大夹具与剪切试验件之间的摩擦力，有效防止剪切试验件与夹具产生相对滑移，保证试验件的稳定性及实验精度。

[0045] 一种剪切实验应力应变计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

[0046] 1)根据试验要求，确定剪切试验件的厚度H、槽口宽度L及六角螺栓安装孔直径D；

[0047] 2)通过计算分析试验件剪切处所受的应力：以剪切面n-n为基准，将剪切试验件分成两部分，取其中一部分为研究对象，n-n截面上的内力FS与n-n截面相切，称为剪力。由平衡方程容易求得：FS＝F，假设在剪切面上的应力是均匀分布的，则相应的切应力τ＝FS/HL；

[0048] 3)通过计算分析试验件剪切处所受的应变及剪切模量：在剪切试验件上贴应变片8，并将应变仪连接制剪切试验件，根据应变仪数据计算剪切试验件的应变γ及剪切模量G：

[0049] γ＝|ε1|+|ε2|

[0050] G＝Δτ/Δγ

[0051] 其中：F为载荷，单位为牛顿(N)；

[0052] Fs为剪力，单位为牛顿(N)；

[0053] H为试验件厚度，单位为毫米(mm)；

[0054] L为试验件槽口处宽度，单位为毫米(mm)；

[0055] D为六角螺栓孔直径，单位为毫米(mm)；

[0056] ε1，ε2分别为+450°、-45°方向的应变值；

[0057] G为剪切模量，单位为吉帕(GPa)；

[0058] Δτ为剪切应力增量，单位兆帕(MPa)；

[0059] Δγ为与剪切应力增量对应的剪切应变增量。

[0060] 尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

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