[发明专利]一种模拟薄膜材料平面及曲面应力松弛作用的试验装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种模拟薄膜材料平面及曲面应力松弛作用的试验装置，可应用于土木工程及材料科学领域。

背景技术：

社会经济及科学技术的迅速发展促进了已有材料的改革及新材料的出现，并使材料应用范围拓展至机械工程、土木工程及航空航天等众多领域。作为应用与分析的基础，材料力学性能的研究尤为重要。对于高分子材料及织物类材料，应力松弛性能成为研究其粘弹特性的一个重要研究方向，许多学者进行了应力松弛试验并提出了不同的材料模型。但研究试验大多为单向或双向拉伸平面应力状态，较少涉及曲面应力状态试验。

目前双轴应力松弛试验大多基于双轴拉伸试验机设备。该类试验设备分为机械式和电子式。机械式虽操作简单，稳定性较好，但拉伸阶段控制性较差。电子设备则可克服机械式缺点，对双轴拉伸比例进行较好的控制，精确度较高，但该类设备尚不能实现垂直加载及曲面应力松弛测试，仅可进行平面应力状态测试。

发明内容：

本发明的目的就是为了克服上述已有技术的不足而提供一种安全可靠，形式新颖，实用性强，传力明确，操作性强，造价低，操作简单，可视性强，控制灵活，检测和维修方便，稳定性好，测量精度高的模拟薄膜材料平面及曲面应力松弛作用的试验装置。

本发明的目的可以通过如下措施来达到：一种模拟薄膜材料平面及曲面应力松弛作用的试验装置，其包括控制装置，控制装置连接人机对话系统，其特征在于其还包括5个加载装置、5个拉力传感器、4个连接臂、4个C型套筒夹具、垂直支承、十字形钢支架，2个位移传感器，其中：4个加载装置分别对称布置于十字形试件水平方向的横向和纵向，并通过固定于十字形钢支架的四端，这4个加载装置均分别连接一个拉力传感器；每个拉力传感器均分别通过一个连接臂连接一个C型套筒夹具；十字形试件的四端穿过4个C型套筒夹具进行固定张拉；2个位移传感器设于十字形试件核心区正交水平两个方向；另一个加载装置设于十字形试件中心处的垂直方向，该加载装置连接垂直方向的拉力传感器，垂直方向的拉力传感器与十字形试件中心处下方放置的垂直支承相连；所述的加载装置可实现水平和垂直加载，其由步进电机、T型连接件、轴承、连接块、丝杆、导轨、滑块、连接块和连接组件组成；步进电机通过T型连接件与轴承相连；轴承通过第一连接块与丝杆和导轨相连，丝杆和导轨水平放置并上下排列；滑块上端钻有螺纹孔，与丝杆相连，下端钻孔套于导轨上；导轨另一端连接第二连接块，第二连接块与第一连接块一起将导轨固定于十字形钢支架上；连接组件一端与滑块两侧相连，另一端则连接拉力传感器；控制装置连接十字形钢支架上。

为了进一步实现本发明的目的，所述的所述的控制装置包括可编程控制器、脉冲输出模块、模拟量输入模块、5个电机驱动器、5个拉力变送器，可编程控制器分别连接脉冲输出模块、模拟量输入模块，脉冲输出模块分别连接5个电机驱动器，每个电机驱动器分别与1个加载装置的步进电机相连，模拟量输入模块连接5个拉力变送器，每个拉力变送器分别连接一个拉力传感器；控制装置的可编程控制器连接人机对话系统实现界面操作，提供水平方向的单边独立加卸载、单向联动加卸载、双向比例加卸载、多次加卸载、力保持和垂直方向加卸载工作模式。

为了进一步实现本发明的目的，所述的加载装置对十字形试件水平两个方向施加荷载，拉伸过程中由拉力传感器测量施加的荷载值，2个位移传感器测量十字形试件核心区部位两个水平方向的位移值，通过控制装置时时传输给人机对话系统，记录拉伸过程试件的荷载-位移曲线，加载装置对垂直支承施加外荷载提升膜面形成曲面，由拉力传感器测量局部曲面应力松弛情况。

本发明同已有技术相比可产生如下积极效果：

（1）本实验装置可实现试件的水平和垂直加卸载，用于试件平面应力状态及曲面应力状态测试。通过导轨、丝杆及滑块定位，保证水平和垂直方向加载，并将轴承的转动扭矩转化为滑块在导轨方向的位移，实现对试件的加载卸载。垂直方向加载则可直接根据滑块在导轨的移动测定提升位移。该加载方式的机械结构简易，传力明确，操作性强，造价低。

（2）加载装置对十字形试件水平两个方向施加荷载，拉伸过程中由拉力传感器测量施加的荷载值，位移传感器测量十字形试件核心区部位两个水平方向的位移值，通过控制装置时时传输给人机对话系统，记录拉伸过程试件的荷载-位移曲线。本发明采用精度较高的位移传感器，并与试件可靠连接，通过调试验证，稳定性好，荷载-位移曲线测量精度高。