一种机械连接结构剪切性能测试装置

本发明属于机械连接结构力学性能测试领域，提供了一种机械连接结构剪切性能测试装置。

剪切性能是材料力学性能的重要组成部分，因此需要设计试验装置和方法对材料的剪切性能进行测试和表征。以复合材料为例，对于材料的剪切性能测试可采用ASTM标准测试方法，但该方法只适用于小试样的纯剪切性能测试。

在飞机结构设计中，机翼翼梁既要承受剪切载荷，又要承受弯曲载荷。这使得翼梁腹板受到拉伸/剪切或压缩/剪切的复合加载作用。在翼梁分段处通常采用螺栓进行机械连接，这时需要测试机械连接结构的剪切性能及拉伸(压缩)/剪切复合加载下的力学性能。在这种情况下，一方面其不能进行拉伸(压缩)/剪切复合加载，另一方面机械连接结构不可能通过4个边与夹具进行连接。

基于以上考虑，发明了机械连接结构剪切性能测试装置。

现有技术方案中，来自专利“一种用于薄板简单剪切加载下力学性能测试的装置”，申请号201010553215.8。该方案通过左夹具组件和右夹具组件分别与试件的两端连接，在两个组件上分别施加方向相反的拉伸载荷，左夹具组件和右夹具组件之间通过滑轨连接以保证试验加载的稳定性。该方案只适用于薄板结构，且只能进行纯剪切力学性能测试。

来自专利“Shearandtensionorcompressionbiaxialmaterialtestingfixture”，申请号WO2012DK50030A。该方案通过两个相互分离的S型组件分别与试验件的两端固定，在两个组件上施加方向相反的拉伸载荷，并通过调节加载点的位置实现拉伸(压缩)/剪切复合加载。该方案只适用于小型试样，且容易造成试验夹具的不对称变形。特别当被连接的两部分结构的厚度或模量不一样时，该方案更加不适用。

现有技术的缺点及本申请提案要解决的技术问题

对于目前现有的技术方案，应用于机械连接结构剪切性能测试有2个明显的缺点：

(1)无法实现拉伸(压缩)/剪切的复合加载(可调节加载比例)；

(2)当被连接的两部分结构厚度或模量不一致时，无法稳定、对称地对试验件进行加载。

本发明可解决了两个技术问题：实现对机械连接结构的拉伸(压缩)/剪切复合加载(可调节加载比例)，并保证加载的对称性和稳定性。本发明案的关键点和欲保护点：

(1)发明了一种新型试验装置，不但能对机械连接结构进行纯剪切加载，还能实现可调节加载比例的拉伸(压缩)/剪切复合加载。

(2)试验装置通过4个长横梁和2个端横梁组装成矩形结构，并通过滑轨与试验件连接接头相连，在矩形的对角施加拉伸载荷，保证对称地施加纯剪切载荷。

(3)试验装置通过4个长横梁和2个短横梁组装成平行四边形结构，试验件连接接头与横梁通过螺栓固定，通过调整平行四边形的夹角可实现不同比例拉伸(压缩)/剪切载荷的施加。

技术方案

本发明提供了一种机械连接结构剪切性能测试装置，包括2个试验机加载接头(1)、2个长横梁(2)、2个短横梁(4)、2个滑轨(5)、2个试验件连接接头(6)；2个长横梁(2)和2根短横梁(4)以能够转动的方式连接为平行四边形结构，在所述的平行四边形结构的中心对称的两个转动连接点上分别连接所述的加载接头(1)；在所述的2个长横梁(2)上分别固定有滑轨(5)，每个试验件连接接头(6)对应一个滑轨(5)，并与滑轨(5)滑动配合连接。

有益效果

(1)可实现拉伸(压缩)剪切的复合加载。本申请提案通过4条长横梁和2条短横梁组成特定角度的平行四边形，机械连接试验件的两端分别与长横梁通过螺栓固定，在平行四边形的对角施加拉伸载荷即可实现拉伸(压缩)剪切的复合加载。

(2)可稳定、对称的对试验件进行加载。机械连接结构可能是非对称结构，即被连接两部分结构的厚度或模量不一致。由于本申请提案为封闭的矩形或平行四边形，且夹具的刚度远高于机械连接试验件，无论是纯剪切加载还是拉伸(压缩)/剪切复合加载均可实现稳定、对称的对试验件进行加载

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的连接关系示意图；

图3为本发明的防滑移弹簧与测试装置的连接关系示意图；

图4纯剪切加载试验示意图；

图5压缩/剪切复合加载试验示意图；

其中：1-加载接头、2-加载接头、3-防滑移弹簧、4-短横梁、5-滑轨、6-试验件连接接头、7-机械连接试验件。

如图1中，具体提供了一种机械连接结构剪切性能测试装置，包括2个试验机加载接头(1)、2个长横梁(2)、2个短横梁(4)、2个滑轨(5)、2个试验件连接接头(6)；2个长横梁(2)和2根短横梁(4)以能够转动的方式连接为平行四边形结构，在所述的平行四边形结构的中心对称的两个转动连接点上分别连接所述的加载接头(1)；在所述的2个长横梁(2)上分别固定有滑轨(5)，每个试验件连接接头(6)对应一个滑轨(5)，并与滑轨(5)滑动配合连接。

特别是，还包括2个防止试验件滑移的限位弹簧(3)，每个试验件连接接头(6)与对应的滑轨之间均能够连接所述的限位弹簧。

具体的是，还包括2个定位销，在每个试验件连接接头(6)以及滑轨上均具有定位孔，所述定位孔与所述的定位销适配。

具体的是，长横梁(2)和短横梁(4)上均开有等间距的圆孔，每个圆孔都能够作为转动连接点。

具体的是，每个长横梁(2)均为双层结构，所述的短横梁(4)夹在双层结构中间进行连接。

更具体的是，所述的滑轨(5)固定在长横梁(2)的中间位置。

更具体的是，所述的长横梁(2)和短横梁(4)为板件，特别是金属板件。

同时提供了一种利用本发明进行剪切性能测试的方法，将所述的2个试验机加载接头(1)分别连接试验机，将每个试验件连接接头(6)与试验件两端进行连接，并将试验件连接接头(6)转配到滑轨上，再将限位弹簧连接在试验件连接接头(6)与对应的滑轨之间，由试验机进行加载。

同时提供了另一种利用本发明进行剪切性能测试的方法，将所述的2个试验机加载接头(1)分别连接试验机，将每个试验件连接接头(6)与试验件两端进行连接，并将试验件连接接头(6)转配到滑轨上，再将定位销安装于试验件连接接头(6)以及滑轨的定位孔中，由试验机进行加载。

在进行纯剪切试验时，为了防止试验件加载不对称，测试装置两侧分别将试验件连接接头(6)与长横梁(2)通过防滑移弹簧(3)进行连接，连接关系如图3所示。防滑移弹簧(3)的刚度较低，不影响试验件的受力。

本发明的使用方法

该测试装置可对机械连接结构进行纯剪切加载或拉伸(压缩)/剪切复合加载，以测试机械连接结构的纯剪切性能或拉伸(压缩)/剪切复合加载下的力学性能。

在进行纯剪切加载时，将测试装置组装成矩形，在B、D(或A、C)两点通过加载接头(1)与试验机进行连接，并通过试验机对测试装置施加拉伸载荷。试验件连接接头(6)可在滑轨(5)内自由滑动，同时安装防滑移弹簧(3)以防止试验件的偏移。

在进行压缩/剪切复合加载时，根据需要将测试装置组装成特定夹角的平行四边形，在B、D两点通过加载接头(1)与试验机进行连接，并通过试验机对测试装置施加拉伸载荷。试验件连接接头(6)与滑轨(5)通过螺栓进行连接，两者之间无相对运动，此时不需安装防滑移弹簧(3)。

在进行拉伸/剪切复合加载时，只需将加载点从B、D换为A、C，其余实现方法与拉伸/剪切复合加载相同。