[发明专利]一种测试单螺栓结合面切向静态特性装置及方法

权利要求书

1.一种测试单螺栓结合面切向静态特性的装置，包括材料试验机（1）、两个螺杆（2）、下试件（3）、上试件（4）、高强螺栓（5）、电涡流位移传感器（6）、力传感器（7）、动态应变仪、数据采集系统和计算机；其特征在于：所述的下试件（3）包括支撑部位、被联结部位两部分，螺杆（2）与支撑部位连接，下试件（3）通过螺杆（2）与材料试验机（1）连接，所述的上试件（4）包括支撑部位、被联结部位两部分，螺杆（2）与支撑部位连接，上试件（4）通过螺杆（2）与材料试验机（1）连接，下试件（3）的被联结部位与上试件（4）的被联结部位相互贴合形成单螺栓结合面，单螺栓结合面方向与材料试验机（1）施加的作用力方向一致，高强螺栓（5）垂直穿过单螺栓结合面；高强螺栓（5）预埋了应变片，应变片引出导线连接动态应变仪，用于测量高强螺栓（5）对单螺栓结合面形成的法向预紧力；材料试验机（1）为单螺栓结合面施加切向静态拉力，力传感器（7）搭载于材料试验机（1），用于测量切向静态拉力；电涡流位移传感器（6）布置在下试件两侧，用于测量单螺栓结合面切向位移变化量；测量得到的单螺栓结合面的法向预紧力、切向静态拉力、以及切向位移变化量发送至数据采集系统，然后输送至计算机。 

2.根据权利要求1所述的一种测试单螺栓结合面切向静态特性装置，其特征在于：上试件（4）和下试件（3）外形相同，各自材料、表面粗糙度不限。 

3.根据权利要求1所述的一种测试单螺栓结合面切向静态特性装置，其特征在于：上试件（4）和下试件（3）上用于贯穿高强螺栓（5）的通孔直径为高强螺栓（5）螺杆直径+2mm。 

4.根据权利要求1所述的一种测试单螺栓结合面切向静态特性装置，其特征在于：上试件（4）和下试件（3）通过螺纹孔与螺杆（2）连接，材料试验机（1）通过夹紧螺杆（2）固定上试件（4）和下试件（3）。 

5.根据权利要求1所述的一种测试单螺栓结合面切向静态特性装置，其特征在于：上试件（4）和下试件（3）各自的被联接部位与支撑部位的连接处采用倒角处理。 

6.根据权利要求1所述的一种测试单螺栓结合面切向静态特性装置，其特征在于：上试件（4）和下试件（3）相互贴合形成的单螺栓结合面至少要完全覆盖半径为（高强螺栓垫片直径+2×单个被联结部厚度×tan30°）的圆。 

7.一种基于权利要求1所述装置的测试单螺栓结合面切向静态特性的方法，其特征在于： 

步骤1，测定下试件（3）和上试件（4）之间的静摩擦系数，向高强螺栓（5）施加预紧力，通过设定材料试验机（1）的加载速度以及大小为预紧力×静摩擦系数的切向加 载力，对下试件（3）、上试件（4）施加纵向的静态拉力，即对单螺栓结合面施加了切向静态拉力； 

步骤2，在施加静态拉力的过程中，动态应变仪、电涡流位移传感器（6）、以及力传感器（7）分别将高强螺栓应变信号、结合面切向位移变化信号以及静态拉力信号传输至数据采集系统，然后输出送至计算机，当材料试验机（1）的加载力达到所设定的加载力大小时会自动停止； 

步骤3，对静态拉力y以及单螺栓结合面切向位移量x进行多次重复性实验，并进行曲线拟合得到静态拉力y与切向位移量x的函数关系，即y=f(x)； 

步骤4，对单螺栓结合面所受切向力即静态拉力y，关于切向位移x求导，即得单螺栓结合部切向静态刚度函数。