[发明专利]针对手性力学超材料压缩扭转力学试验的扭转角测量夹具

说明书

一种针对手性力学超材料压缩扭转力学试验的扭转角测量夹具，包括：上下相对设置的夹头，待测试验样件的两端分别与上夹头和下夹头固定连接；上夹头包括：上夹盘以及环绕设置在其外侧的四个上夹块；下夹头包括：下夹盘以及依次设置于其上的角度传感器、转接盘、推力轴承和旋转底座，四个下夹块环绕设置于旋转底座外侧，下夹块下方设有环形角度尺。本装置针对手性力学超材料压缩扭转力学试验的扭转角测量夹具，该夹具考虑手性力学超材料试验样件受压扭转的力学特点及其不同截面形状、样件尺寸的需求，在对样件夹紧和定位的同时承受轴向载荷并实现不同手性力学超材料皆通用的扭转角精确测量，且能适配现有常用的扭转角测量手段。

技术领域

本发明涉及的是一种材料力学试验领域的技术，具体是一种针对手性力学超材料柱状样件压缩扭转力学试验的扭转角测量夹具。

背景技术

手性力学超材料(chiral mechanical metamaterials，亦称压扭超材料、压缩扭转耦合超材料等)是一种特殊的力学超材料，由于其手性微结构特征从而在力学上表现出受压/拉扭转的所谓手性效应，在设计机械传感器、柔顺机构、柔性机器人以及缓冲吸能结构等科学研究与工程应用之中潜力十足，近年来受到国内外学者的广泛关注和研究。

为了验证手性力学超材料的力学性质和机械性能，研究人员需要制备出方形或圆形截面的柱体超材料样件并对其进行相应的准静态压缩或动态冲击试验，通过测量其单位轴向应变下的扭转角大小(单位°/％)来衡量手性效应的强弱。因此超材料样件扭转角的精确获取是试验数据测量的关键。然而，在使用万能电子试验机或落锤试验台等实验装置给超材料样件施加轴向载荷的同时还需测量样件的扭转角是试验开展的一大挑战，使用传统的单轴力学试验夹具已无法胜任。现有文献中的夹具往往针对某一特定的手性超材料进行设计，不仅需要与试验测量方法相匹配，而且对夹具的精确性、实用性、通用性缺乏进一步考虑。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种针对手性力学超材料压缩扭转力学试验的扭转角测量夹具，该夹具考虑手性力学超材料试验样件受压扭转的力学特点及其不同截面形状、样件尺寸的需求，在对样件夹紧和定位的同时承受轴向载荷并实现不同手性力学超材料皆通用的扭转角精确测量，且能适配现有常用的扭转角测量手段。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种针对手性力学超材料压缩扭转力学试验的扭转角测量夹具，包括：上下相对设置的夹头，其中：待测试验样件的两端分别与上夹头和下夹头固定连接。

所述的固定连接，上下皆采用垂直轴向的两个方向上的四个夹块实现，该夹块为V字形结构。

所述的上夹头包括：上夹盘以及环绕设置在其外侧的四个上夹块。

所述的下夹头包括：下夹盘以及依次设置于其上的角度传感器、转接盘、推力轴承和旋转底座，其中：四个下夹块环绕设置于旋转底座外侧，下夹块下方设有环形角度尺。

所述的待测试验样件两端需设置一定高度的夹持段。

技术效果

本发明通过设计转接盘的结构和下夹盘的对应结构使角度传感器主体连接于转接盘上而传感器的轴直接连接于下夹具的旋转底座中心，同时使用安装于转接盘另一端的推力轴承承受轴向载荷，从而使得本装置在单轴压缩试验时测量样件扭转角的特殊需求的同时，考虑试验机施加在夹具及样件上的轴向载荷，不直接让角度传感器承受轴向力以免损坏传感器或影响测量精度；且角度传感器测得角度无需换算即为样件扭转角，结构紧凑而高效。