一种准确控制高速拉伸试验速度的方法及装置

摘要

一种准确控制高速拉伸试验速度的方法，该方法是通过控制拉杆工作区长度L来准确控制拉伸试验初始速度的：先测算出作动器从开始启动至加速至拉伸试验初始速度时刻，作动器的位移，然后加工出工作区长度L等于作动器位移的拉杆，同样加工出第二引导区长度等于L的拉伸试样，将试样置于预夹持区；作动器带动夹具本体从拉杆工作区下端开始启动，运行至拉杆工作区上端时，支撑夹持机构的楔块被击落，夹持机构同时动作将试样夹持住并开始拉伸动作，此时的拉伸速度即为设定的拉伸试验的初始速度。本发明能够准确测算并控制触发、预加载时刻及位置，使得不同规格的高速拉伸试样在不同速度范围内都能准确达到预先设定的初始目标速度。

权利要求

1.一种准确控制高速拉伸试验速度的方法，其特征在于，该方法是通过控制拉杆工作区长度L来准确控制拉伸试验初始速度的，具体如下：先测算出作动器从开始启动时刻至加速至设定的拉伸试验初始速度时刻，作动器运行的位移，然后加工出工作区长度L等于所测算的作动器运行位移的拉杆，同样加工出第二引导区长度等于L的拉伸试样，将试样置于拉伸试验装置的预夹持区；作动器带动夹具本体从拉杆工作区下端开始启动，运行至拉杆工作区上端时，支撑试样夹持机构的楔块被击落，试样夹持机构同时动作将试样夹持住并开始试样的拉伸动作，此时作动器对试样的拉伸速度即为设定的拉伸试验的初始速度；

L值的测算方法是：预先进行一次不带试样的高速拉伸试验，获得作动器从开始启动时刻至加速至设定的拉伸试验初始速度时刻时的速度-时间曲线，再通过专业的数据分析或图像处理软件测算出速度-时间曲线在上述时间段围成的面积，该面积值即为L值；

拉伸试验时的具体控制步骤如下：

1)通过拉伸试验装置下部的夹持装置夹紧试样的第一夹持区，使试样上端的第二夹持区置于夹具本体内部、两个动夹块之间的预夹持区；

2)固定试样的第一夹持区时，调整试样的高度使试样的第二引导区的上端分界线与拉杆非工作区底面处于同一水平面，此时，试样的第二引导区的下端分界线与挡销的上表面也处于同一水平面；

3)调整楔块与夹紧块的相对位置，使得动夹块与试样保持适当的间隙；锁紧预加载螺栓两端的螺母，使楔块与夹具本体之间相对固定；

4)移动夹具本体以及与夹具本体固定连接的楔块、夹紧块、预加载机构和动夹块至试样的拉伸区与第二引导区的分界线处，即挡销的上沿；

5)调整预加载机构，通过旋拧螺母向夹具本体和动夹块施加预加载力；

6)启动作动器，使夹具本体加速直至达到试样的第二引导区与第二夹持区的分界线处，即拉杆工作区的上极限位置；

7)触发机构、预加载机构和动夹块在刚好运动到试样的第二引导区和第二夹持区的分界线处时依次发生连锁动作：拉杆的非工作区将楔块击落，动夹块在预加载力的作用下瞬间夹紧试样的第二夹持区，此时作动器对试样的拉伸速度即为预先设定的拉伸试验的初始速度，继而完成后续的拉伸试验动作。

2.一种如权利要求1所述的准确控制高速拉伸试验速度的方法采用的装置，包括夹具本体、作动器，其特征在于，还包括拉杆、楔块、夹紧块、预加载螺栓、动夹块，所述拉杆在夹具本体的前后对称设置，上端与作动器固定横梁固定连接；楔块套接于拉杆下部的工作区，夹紧块对称设置在拉杆的两侧，其外侧与夹具本体固定连接，内侧结构与楔块相配合；动夹块对称固定于夹具本体的内部，两个动夹块之间为预夹持区；所述预加载螺栓横向穿过夹具本体，两端露出在夹具本体的外部，与夹具本体之间为间隙配合，在露出在夹具本体外部的预加载螺栓的两端旋拧有螺母。

3.根据权利要求2所述的一种准确控制高速拉伸试验速度的装置，其特征在于，所述拉杆包括工作区、非工作区、挡销，所述非工作区设置在工作区的上端，非工作区的外径大于工作区的外径，挡销通过螺栓固定于拉杆的下端。

说明书

一种准确控制高速拉伸试验速度的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及材料测试技术领域，尤其涉及一种高速拉伸试验初始条件的准确控制方法及装置。

背景技术

[0002] 在目前的高速拉伸测试实践中，高速拉伸试验的速度控制主要是结合现有的触发机构、预加载机构等实施的粗略经验控制。当夹具本体运动到触发时刻和位置时，触发机构动作，使预加载机构随后产生连锁动作并将预紧力传递给动态夹面，试样随后被夹紧并拉断。

[0003] 现有技术中的实际试验速度与设定的目标速度之间经常存在偏差，严重影响试验结果的准确性和可靠性。由于缺乏准确控制试验速度等初始条件的有效手段，不同来源的数据，控制水平不一，无法顺利进行比对，严重阻碍相关产品的认证和应用。另外，当选用有利于减小试验曲线震荡的短试样，利用现有装置进行试验时，要么无法夹持，要么在触发、预加载时刻和位置的实际试验速度小于预先设定的目标速度，总之，无法得到理想的试验结果。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种准确控制高速拉伸试验速度的方法及装置，能够准确测算并控制触发和预加载条件，从而准确控制高速拉伸试验的初始速度。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

[0006] 一种准确控制高速拉伸试验速度的方法，该方法是通过控制拉杆工作区长度L来准确控制拉伸试验初始速度的，具体如下：先测算出作动器从开始启动时刻至加速至设定的拉伸试验初始速度时刻，作动器运行的位移，然后加工出工作区长度L等于所测算的作动器运行位移的拉杆，同样加工出第二引导区长度等于L的拉伸试样，将试样置于拉伸试验装置的预夹持区；作动器带动夹具本体从拉杆工作区下端开始启动，运行至拉杆工作区上端时，支撑试样夹持机构的楔块被击落，试样夹持机构同时动作将试样夹持住并开始试样的拉伸动作，此时作动器对试样的拉伸速度即为设定的拉伸试验的初始速度；

[0007] L值的测算方法是：预先进行一次不带试样的高速拉伸试验，获得作动器从开始启动时刻至加速至设定的拉伸试验初始速度时刻时的速度-时间曲线，再通过专业的数据分析或图像处理软件测算出速度-时间曲线在上述时间段围成的面积，该面积值即为L值；

[0008] 拉伸试验时的具体控制步骤如下：

[0009] 1)通过拉伸试验装置下部的夹持装置夹紧试样的第一夹持区，使试样上端的第二夹持区置于夹具本体内部、两个动夹块之间的预夹持区；

[0010] 2)固定试样的第一夹持区时，调整试样的高度使试样的第二引导区的上端分界线与拉杆非工作区底面处于同一水平面，此时，试样的第二引导区的下端分界线与挡销的上表面也处于同一水平面；

[0011] 3)调整楔块与夹紧块的相对位置，使得动夹块与试样保持适当的间隙；锁紧预加载螺栓两端的螺母，使楔块与夹具本体之间相对固定；

[0012] 4)移动夹具本体以及与夹具本体固定连接的楔块、夹紧块、预加载机构和动夹块至试样的拉伸区与第二引导区的分界线处，即挡销的上沿；

[0013] 5)调整预加载机构，通过旋拧螺母向夹具本体和动夹块施加预加载力；

[0014] 6)启动作动器，使夹具本体加速直至达到试样的第二引导区与第二夹持区的分界线处，即拉杆工作区的上极限位置；

[0015] 7)触发机构、预加载机构和动夹块在刚好运动到试样的第二引导区和第二夹持区的分界线处时依次发生连锁动作：拉杆的非工作区将楔块击落，动夹块在预加载力的作用下瞬间夹紧试样的第二夹持区，此时作动器对试样的拉伸速度即为预先设定的拉伸试验的初始速度，继而完成后续的拉伸试验动作。

[0016] 一种准确控制高速拉伸试验速度的装置，包括夹具本体、作动器，还包括拉杆、楔块、夹紧块、预加载螺栓、动夹块，所述拉杆在夹具本体的前后对称设置，上端与作动器固定横梁固定连接；楔块套接于拉杆下部的工作区，夹紧块对称设置在拉杆的两侧，其外侧与夹具本体固定连接，内侧结构与楔块相配合；动夹块对称固定于夹具本体的内部，两个动夹块之间为预夹持区；所述预加载螺栓横向穿过夹具本体，两端露出在夹具本体的外部，与夹具本体之间为间隙配合，在露出在夹具本体外部的预加载螺栓的两端旋拧有螺母。

[0017] 所述拉杆包括工作区、非工作区、挡销，所述非工作区设置在工作区的上端，非工作区的外径大于工作区的外径，挡销通过螺栓固定于拉杆的下端。

[0018] 当初始目标速度变化时，只需预先加工并更换具有相应工作区长度的拉杆和相应第二引导区长度的试样，即可按照本发明提供的方法，实现不同速度范围内、具有不同试样长度规格的高速拉伸试验速度的准确控制。

[0019] 与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

[0020] 本发明一种准确控制高速拉伸试验速度的方法及装置，能够准确测算并控制触发、预加载时刻及位置，使得不同规格的高速拉伸试样在不同速度范围内都能准确达到预先设定的初始目标速度。

附图说明

[0021] 图1是本发明一种准确控制高速拉伸试验速度的装置的结构示意图；

[0022] 图2是图1的A-A向视图；

[0023] 图3是预加载螺栓的结构示意图；

[0024] 图4是试样的结构示意图；

[0025] 图5是实施例1的试样引导区长度、拉杆工作区长度配合图；

[0026] 图6是速度-时间曲线示意图；

[0027] 图中：1-拉杆，1-1非工作区，1-2工作区，2-预加载螺栓，3-动夹块，4-试样，5-横梁，6-作动器，7-夹具本体，8-螺母，9-楔块，10-夹紧块，11-挡销，12-第二引导区，13-第二夹持区，14-第一夹持区，15-第一引导区，16-拉伸区，17-预夹持区。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：

[0029] 一种准确控制高速拉伸试验速度的方法，该方法是通过控制拉杆1工作区长度L来准确控制拉伸试验初始速度的，具体如下：先测算出作动器6从开始启动时刻至加速至设定的拉伸试验初始速度时刻，作动器6运行的位移，然后加工出工作区1-2长度L等于所测算的作动器运行位移的拉杆1，同样加工出第二引导区长度等于L的拉伸试样4，将试样4置于拉伸试验装置的预夹持区17；作动器6带动夹具本体7从拉杆工作区1-2下端开始启动，运行至拉杆工作区1-2上端时，支撑试样夹持机构的楔块9被击落，试样夹持机构同时动作将试样夹持住并开始试样4的拉伸动作，此时作动器6对试样4的拉伸速度即为设定的拉伸试验的初始速度；

[0030] L值的测算方法是：预先进行一次不带试样的高速拉伸试验，获得作动器6从开始启动时刻至加速至设定的拉伸试验初始速度时刻时的速度-时间曲线，再通过专业的数据分析或图像处理软件例如matlab测算出速度-时间曲线在上述时间段围成的面积，该面积值即为L值。

[0031] 如图6所示，为速度-时间曲线图，图中V0为高速拉伸试验预先设定的初始目标速度，图中阴影部分的面积是作动器6从启动时间t1开始至达到目标速度V0时刻t3时，作动器6行走的位移。也即所要测算的拉杆1工作区1-2长度L。

[0032] 如图1-图3所示，一种准确控制高速拉伸试验速度的装置，包括夹具本体7、作动器6，夹具本体7与作动器6活塞固定连接，作动器6与上端的横梁5固定连接。还包括拉杆1、楔块9、夹紧块10、预加载螺栓2、动夹块3，所述拉杆1在夹具本体7的前后对称设置，上端与作动器6的固定横梁5固定连接；楔块9套接于拉杆1下部的工作区1-2，楔块9的内径与拉杆1工作区1-2为间隙配合，楔块9的内径小于非工作区1-1的最小直径，夹紧块10对称设置在拉杆
1的两侧，其外侧与夹具本体7固定连接，内侧结构与楔块9相配合；动夹块3对称固定于夹具本体7的内部，两个动夹块3之间为预夹持区17；所述预加载螺栓2横向穿过夹具本体7，两端露出在夹具本体7的外部，与夹具本体7之间为间隙配合，在露出在夹具本体7外部的预加载螺栓2的两端上旋拧有螺母8。两个预加载螺栓2对称设置在动夹块3的前后两端。

[0033] 本发明中的拉杆1、楔块9、夹紧块10和挡销11构成拉伸试验装置的触发机构。预加载螺栓2和两端的螺母8构成拉伸试验装置的预加载机构。夹具本体7和固定在其上的动夹块3构成拉伸试验装置的试样夹持机构。

[0034] 楔块9为截面呈等腰梯形的经调质热处理的高强钢块。楔块9外表面水平设置4条间距均为2mm的刻线。夹紧块10内侧结构与楔块9相配合，其内表面上也设置有水平刻线，当夹紧块10与楔块9相互贴合时，两个面上的刻线是相互咬合的。

[0035] 所述拉杆1包括工作区1-2、非工作区1-1、挡销11，所述非工作区1-1设置在工作区1-2的上端，非工作区1-1的外径大于工作区1-2的外径，挡销11通过螺栓固定于拉杆1的下端。

[0036] 如图4所示，与本装置相配合使用的试样4上设置有第一夹持区14、第一引导区15、拉伸区16、第二引导区12和第二夹持区13五个部分。拉伸试验时，第一夹持区14位于下方，固定于试样4的下部夹持装置内，第一引导区15为拉伸区16的下部引导区。第二夹持区13位于上方，用于拉伸时对试样4的上部夹持，第二引导区12为拉伸区16的上部引导区，其长度等于拉杆1工作区1-2长度L。

[0037] 当初始目标速度变化时，只需预先加工并更换具有相应工作区长度的拉杆和相应第二引导区长度的试样，即可按照本发明提供的方法，实现不同速度范围内、具有不同试样长度规格的高速拉伸试验速度的准确控制。

[0038] 实施例1：

[0039] L值的测算方法：拆除本装置的拉杆1和试样4，在初始目标速度等条件相同情况下进行一次不带试样4的高速拉伸试验获得速度-时间曲线，然后通过matlab软件测算速度-时间曲线在上述时间段围成的面积得到L值。

[0040] 见图5，拉杆1分为两个直径部分，上端大直径的部分为非工作区1-1，下端小直径的部分为工作区1-2，其工作区长度为L。本实施例中拉杆1上端的非工作区1-1直径为20mm，工作区1-2直径为10mm，楔块9的内径为11mm。试样4的第二引导区12长度为L。

[0041] 拉伸试验时的具体控制步骤如下：

[0042] 1)通过拉伸试验装置下部的夹持装置夹紧试样4的第一夹持区14，使试样4上端的第二夹持区13置于夹具本体7内部、两个动夹块3之间的预夹持区17。

[0043] 2)固定试样4的第一夹持区14时，应调整试样4的高度使试样4的第二引导区12的上端分界线与拉杆1非工作区1-1底面处于同一水平面，此时，试样4的第二引导区12的下端分界线与挡销11的上表面也处于同一水平面。

[0044] 3)调整楔块9与夹紧块10的相对位置，使得动夹块3与试样4保持适当的间隙；锁紧预加载螺栓2两端的螺母8，使楔块9与夹具本体7之间相对固定。

[0045] 4)移动夹具本体7以及与夹具本体7固定连接的楔块9、夹紧块10、预加载机构和动夹块3至试样4的拉伸区16与第二引导区12的分界线处，即挡销11的上沿。

[0046] 5)调整预加载机构，通过旋拧螺母8向夹具本体7和动夹块3施加适当的预加载力。

[0047] 6)启动作动器6，使夹具本体7加速直至达到试样4的第二引导区12与第二夹持区13的分界线处，即拉杆1工作区1-2的上极限位置。

[0048] 7)触发机构、预加载机构和动夹块3在刚好运动到试样4的第二引导区12和第二夹持区13的分界线处时依次发生连锁动作：拉杆1的非工作区1-1将楔块9击落，动夹块3在预加载力的作用下瞬间夹紧试样4的第二夹持区13，此时作动器6对试样4的拉伸速度即为预先设定的拉伸试验的初始速度，继而完成后续的拉伸试验动作。楔块9被击落后会落在拉杆1下端的挡销11上。