一种二维预应力施加装置及其工作方法

摘要

本发明公开了一种二维预应力施加装置及其工作方法，包括垂直交叉布置于工作台上的两个直线滑动模组；所述直线滑动模组包括直线导轨、与直线导轨相适配的两个导轨滑块、安装于两个导轨滑块上的连接底板，连接底板的两端分别安装有电动平台、固定平台，通过电动平台、固定平台上的试样夹具实现十字试样相对两端的固定，进而通过电动平台拉动试样一端，产生拉伸载荷，通过试样中心部位的应变花实时监控试样的二维应力状态，得到二维应力已知的标定试样。本发明能够快速便捷地对试样施加二维拉伸载荷，适用于不同尺寸的试样标定，且两个方向上的运动相互独立，构成机械式二维运动解耦组件，以解决通孔法测量薄板零件残余应力精度的标定问题。

权利要求

1.一种二维预应力施加装置，其特征在于，包括工作台(1)、垂直交叉布置于工作台(1)上的两个直线滑动模组(2)、十字试样(8)；

其中，所述直线滑动模组(2)包括直线导轨、与直线导轨相适配的两个导轨滑块、安装于两个导轨滑块上的连接底板(4)，且两个导轨滑块对称分布于连接底板(4)的两端；所述两个直线滑动模组(2)各自的连接底板(4)通过垫块(3)实现上下垂直交错分布，且相互独立沿各自的直线导轨滑动；所述连接底板(4)上表面的两端分别安装有电动平台(6)、固定平台(5)，且电动平台(6)、固定平台(5)上分别设置有试样夹具(7)，通过试样夹具(7)实现十字试样(8)相对两端的固定，进而通过电动平台(6)上滑台的滑移，拉动十字试样(8)固定于电动平台(6)上的一端；

所述电动平台(6)包括上下布置的上滑台、下滑台，且上滑台、下滑台之间通过与直线导轨平行的水平滑轨配合连接；所述下滑台通过垫块二安装于连接底板(4)上，且下滑台上设置有与水平滑轨平行的滚珠丝杠；所述滚珠丝杠上设置有与上滑台相连的丝杠螺母，且滚珠丝杠通过丝杠电机实现驱动，进而通过丝杠螺母带动上滑台沿水平滑轨的水平滑动。

2.根据权利要求1所述的一种二维预应力施加装置，其特征在于，所述试样夹具(7)包括夹具底座(7‑1)、压块(7‑2)和连接螺栓(7‑3)，通过依次贯穿压块(7‑2)、十字试样(8)端部、夹具底座(7‑1)上螺栓孔的连接螺栓(7‑3)实现十字试样(8)一端的定位紧固。

3.根据权利要求2所述的一种二维预应力施加装置，其特征在于，所述十字试样(8)中心钻孔周围布置有应变花(9)，且应变花(9)所在的坐标轴方向与十字试样(8)的坐标轴方向相同。

4.根据权利要求3所述一种二维预应力施加装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、固定试样：根据十字试样(8)的安装尺寸首先通过两个连接底板(4)分别沿其直线导轨的滑动调整固定平台(5)上试样夹具(7)的位置，进而通过试样夹具(7)上的连接螺栓(7‑

3)实现十字试样(8)一端的定位紧固，而后通过两个上滑台分别沿其水平滑轨的滑动调整电动平台(6)上试样夹具(7)的位置实现十字试样(8)另一端的定位紧固；

B、施加载荷：启动电动平台(6)上的丝杠电机，通过电动平台(6)台面的滑移，拉动固定于电动平台(6)上的十字试样(8)一端，产生拉伸载荷；

C、监控应力：通过十字试样(8)中心钻孔周围布置的应变花(9)测量产生的应变值，根据弹性力学理论，通过应变值计算出应力值，实时监控十字试样(8)中心部位的二维应力值；当试样中心部位的应力值达到预设值时，停止丝杠电机的驱动，结束加载并锁死电机，得到二维应力已知的标定试样。

说明书

一种二维预应力施加装置及其工作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种二维预应力施加装置及其工作方法，用于标定通孔法测量残余应力的精度，属于残余应力测试技术领域。

背景技术

[0002] 通孔法是一种常用的薄板零件残余应力测量方法，该方法采用应变花测量钻孔后孔周围位置由于应力释放引起的应变，进而根据弹性力学理论计算出残余应力值。通孔法
测量精度的影响因素较多，主要包括钻孔装置的精度、应变花测量误差、理论计算误差等，
并且这些因素互相影响，较为复杂。因此，通孔法测量精度的标定问题一直没有得到很好的
解决。

[0003] 为了评价通孔法测量薄板零件残余应力的精度，本发明提供了一种操作便捷的二维预应力施加装置，通过实验方法对比测量值与标定值，得到通孔法测量残余应力的误差，
直接标定该方法的测量精度。

发明内容

[0004] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种二维预应力施加装置及其工作方法，以解决通孔法测量薄板零件残余应力精度的标定问题。

[0005] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

[0006] 一种二维预应力施加装置，包括工作台、垂直交叉布置于工作台上的两个直线滑动模组、十字试样；

[0007] 其中，所述直线滑动模组包括直线导轨、与直线导轨相适配的两个导轨滑块、安装于两个导轨滑块上的连接底板，且两个导轨滑块对称分布于连接底板的两端；所述两个直
线滑动模组上的连接底板通过垫块实现上下垂直交错分布，且相互独立沿各自直线导轨滑
动；所述连接底板的两端分别安装有电动平台、固定平台，且电动平台、固定平台上分别设
置有试样夹具，通过试样夹具实现十字试样相对两端的固定，进而通过电动平台台面的滑
移，拉动固定于电动平台上的十字试样一端，产生拉伸载荷。

[0008] 本发明中，同一连接底板安装两个滑块，保证联接的可靠性和运动的平稳性；安装于滑块上的两个方向连接底板互不干扰，试样加载时产生的x方向和y方向位移互相独立，
构成机械式二维运动解耦组件。

[0009] 进一步的，所述电动平台包括上下布置的上滑台、下滑台，且上滑台、下滑台之间通过与直线导轨平行的水平滑轨配合连接；所述下滑台通过垫块安装于连接底板上，且下
滑台上设置有与水平滑轨平行的滚珠丝杠；所述滚珠丝杠上设置有与上滑台相连的丝杠螺
母，且滚珠丝杠通过丝杠电机实现驱动，进而通过丝杠螺母带动上滑台沿水平滑轨的水平
滑动。

[0010] 进一步的，所述试样夹具包括夹具底座、压块和连接螺栓，通过依次贯穿压块、十字试样端部、夹具底座上螺栓孔的连接螺栓实现十字试样一端的定位紧固。

[0011] 进一步的，所述十字试样中心钻孔周围布置有应变花，且应变花所在的坐标轴方向与十字试样的坐标轴方向相同。

[0012] 上述二维预应力施加装置的工作方法，包括以下步骤：

[0013] A、固定试样：根据十字试样的安装尺寸首先通过两个连接底板分别沿其直线导轨的滑动调整固定平台上试样夹具的位置，进而通过试样夹具上的连接螺栓实现十字试样相
对一端的定位紧固，而后通过两个上滑台分别沿其水平滑轨的滑动调整电动平台上试样夹
具的位置实现十字试样相对另一端的定位紧固；

[0014] B、施加载荷：启动电动平台上的丝杠电机，通过电动平台台面的滑移，拉动固定于电动平台上的十字试样一端，产生拉伸载荷，两个方向上的连接底板分别安装在互相独立
的直线滑动模组的滑块上，致使加载过程中试样x方向和y方向的运动相互独立，仅产生沿x
方向和y方向的拉伸载荷，不产生弯扭载荷；

[0015] C、监控应力：通过十字试样表面中心部位粘贴的应变花测量产生的应变值，根据弹性力学理论，通过应变值计算出应力值，实时监控十字试样中心部位的二维应力值；当试
样中心部位的应力值达到预设值时，停止丝杠电机的驱动，结束加载并锁死电机，得到二维
应力已知的标定试样。

[0016] 有益效果：本发明提供的一种二维预应力施加装置及其工作方法，相对于现有技术，具有以下优点：1、通过两组垂直交叉布置的运动解耦组件，快速便捷地对试样施加二维
拉伸载荷，适用于不同尺寸的试样标定，且两个方向上的运动相互独立，仅产生沿试样x方
向和y方向的拉伸载荷，不产生弯扭载荷；2、通过试样表面中心部位粘贴的应变花能够有效
监控试样的二维应力状态，得到预期的用于标定通孔法测量残余应力精度的标定试样，以
有效解决通孔法测量薄板零件残余应力精度的标定问题。

附图说明

[0017] 图1为本发明实施例的结构示意图；

[0018] 图2为本发明实施例中试样夹具的结构示意图；

[0019] 图3为本发明实施例中应变花粘贴位置的结构示意图；

[0020] 图中包括：1、工作台，2、直线滑动模组，3、垫块，4、连接底板，5、固定平台，6、电动平台，7、试样夹具，8、十字试样，9、应变花，7‑1、夹具底座，7‑2、压块，7‑3、连接螺栓。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明。

[0022] 如图1所示为一种二维预应力施加装置，包括工作台1、垂直交叉布置于工作台1上的两个直线滑动模组2、十字试样8；

[0023] 其中，所述直线滑动模组2包括直线导轨、与直线导轨相适配的两个导轨滑块、安装于两个导轨滑块上的连接底板4，且两个导轨滑块对称分布于连接底板4的两端；所述两
个直线滑动模组2上的连接底板4通过垫块3实现上下垂直交错分布，且相互独立沿各自的
直线导轨滑动；所述连接底板4的两端分别安装有电动平台6、固定平台5，且电动平台6、固
定平台5上分别设置有试样夹具7，通过试样夹具7实现十字试样8相对两端的固定，电动平
台6启动时，电动平台6台面移动，拉伸试样一端，与之方向对应的另一端固定，对试样产生
拉伸载荷。

[0024] 本实施例中，所述电动平台6包括上下布置的上滑台、下滑台，且上滑台、下滑台之间通过与直线导轨平行的水平滑轨配合连接；所述下滑台通过垫块3安装于连接底板4上，
且下滑台上设置有与水平滑轨平行的滚珠丝杠；所述滚珠丝杠上设置有与上滑台相连的丝
杠螺母，且滚珠丝杠通过丝杠电机实现驱动，进而通过丝杠螺母带动上滑台沿水平滑轨的
水平滑动。

[0025] 如图2所示，所述试样夹具7包括夹具底座7‑1、压块7‑2和连接螺栓7‑3，通过依次贯穿压块7‑2、十字试样8端部、夹具底座7‑1上螺栓孔的连接螺栓7‑3实现十字试样8一端的
定位紧固。

[0026] 如图3所示，所述十字试样8中心钻孔周围布置有应变花9，且应变花9所在的坐标轴方向与十字试样8的坐标轴方向相同，根据弹性力学理论，通过应变花测量的应变计算出
试样二维应力值，这样当应力值达到预设值时，停止加载，就可以得到二维应力已知的标定
试样。

[0027] 上述二维预应力施加装置的工作方法，包括以下步骤：

[0028] A、固定试样：根据十字试样8的安装尺寸首先通过两个连接底板4分别沿其直线导轨的滑动调整固定平台5上试样夹具7的位置，进而通过试样夹具7上的连接螺栓7‑3实现十
字试样8相对一端的定位紧固，而后通过两个上滑台分别沿其水平滑轨的滑动调整电动平
台6上试样夹具7的位置实现十字试样8相对另一端的定位紧固；

[0029] B、施加载荷：启动电动平台6上的丝杠电机，通过电动平台6台面的滑移，拉动固定于电动平台6上的十字试样8一端，产生拉伸载荷；

[0030] C、监控应力：通过十字试样8表面中心部位粘贴的应变花9测量产生的应变值，根据弹性力学理论，通过应变值计算出应力值，实时监控十字试样8中心部位的二维应力值；
当试样中心部位的应力值达到预设值时，停止丝杠电机的驱动，结束加载并锁死电机，得到
二维应力已知的标定试样。

[0031] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应
视为本发明的保护范围。