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多功能薄膜三軸拉伸試驗機和試驗方法
【專利摘要】本發明公開了一種多功能薄膜三軸拉伸試驗機，包括水平雙軸試驗裝置和Z軸拉伸試驗裝置，其中Z軸拉伸試驗裝置構建于水平雙軸試驗裝置之上，包括第二立柱、框架、第一固定導軌梁、第二固定導軌梁、活動導軌梁、Z軸平臺、第一固定板、活動桿、電動缸、第二拉力傳感器和第二夾具。本發明還公開了一種薄膜三軸拉伸試驗方法，包括多個步驟。本發明的多功能薄膜三軸拉伸試驗機和試驗方法能夠實現多角度拉伸，具有多試驗功能，包括單向靜態拉伸、低周循環往返拉伸，雙向靜態拉伸強度、任意雙軸應力比低周循環往返拉伸，三維連接件拉伸、任意三軸應力比低周循環往返拉伸，且運行平穩，可用于建筑膜材試驗、飛艇蒙皮試驗等。
【專利說明】多功能薄膜三軸拉伸試驗機和試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種拉伸試驗機和試驗方法，尤其涉及一種多功能薄膜三軸拉伸試驗機和試驗方法。
【背景技術】
[0002]高分子復合織物薄膜具有輕質、高強、耐化學、耐久性等優點，廣泛應用于現代建筑結構、航空航天等工業領域應用，如建筑膜結構、航空飛艇、航天降落傘或軟式著陸系統等。織物薄膜材料具有復雜的力學行為特征，主要表現為材料的非線性、非彈性、各向異性、粘彈性、雙向性等。近年來不斷有研究者開展膜材雙向力學行為的試驗和分析研究，并取得了重要的研究進展和成果。然而，在實際工程應用中，除了膜材單雙軸的力學性能，膜材連接件的力學性能也是一個非常重要的性能，而膜材連接件的試驗和分析研究在國內并不多見，這主要是因為測試膜材連接件，特別是三維薄膜連接件的試驗技術和儀器很少。

【發明內容】

[0003]有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種操作方便、高效的、多功能的測試膜材連接件，特別是三維薄膜連接件的試驗裝置和方法。
[0004]為實現上述目的，本發明提供了一種薄膜三軸拉伸試驗機，包括水平雙軸試驗裝置和Z軸拉伸試驗裝置；其中，
[0005]所述水平雙軸試驗裝置包括四個油缸、四個第一拉力傳感器、四個第一夾具，還包括導軌、水平臺架、四根第一立柱和多根角鋼；所述水平臺架為正交十字架，所述正交十字架的各端分別與四個所述第一立柱固定相連；四個所述油缸分別固定于所述正交十字架各端，每個所述油缸通過連桿依次與相應的所述第一拉力傳感器、所述第一夾具連接；所述導軌設置在所述正交十字架表面，所述第一夾具設置在所述導軌上，且能夠沿所述導軌移動；兩兩所述第一立柱與所述角鋼固定相連；
[0006]所述Z軸拉伸試驗裝置構建于所述水平雙軸試驗裝置之上，包括四根第二立柱、兩根框架構件、第一固定導軌梁、第二固定導軌梁、活動導軌梁、Z軸平臺、第一固定板、活動桿、電動缸、第二拉力傳感器和第二夾具；每根所述第二立柱的底端固定在相應的所述角鋼上；所述兩根框架構件和所述第二固定導軌梁焊接成一工字形整體，且與所述第二立柱的頂端固定連接，所述第一固定導軌梁平行于所述第二固定導軌，同時與所述框架構件及所述第二立柱的頂端固定連接；以及
[0007]所述活動導軌梁的兩端分別與所述第一固定導軌梁和所述第二固定導軌梁連接，且能夠沿所述第一固定導軌梁和所述第二固定導軌梁上的導軌移動；所述Z軸平臺設置在所述活動導軌梁上，且能夠沿所述活動導軌梁移動；所述活動導軌梁兩側設置有所述第一固定板，所述第一固定板通過銷桿與所述Z軸平臺固定連接，兩兩相對的所述第一固定板通過螺栓可將所述Z軸平臺固定在所述活動導軌梁上；所述電動缸的耳軸設置在所述Z軸平臺的軸承中，所述電動缸通過活動桿與所述Z軸平臺連接，所述電動缸的活塞桿沿Z軸向下穿過所述Z軸平臺及所述活動導軌梁，依次與所述第二拉力傳感器和所述第二夾具連接。
[0008]進一步地，每個所述第一立柱高度相等，且每個所述第二立柱高度相等。
[0009]進一步地，所述活動導軌梁的兩端分別通過第一節點和第二節點與所述第一固定導軌梁和所述第二固定導軌梁連接。
[0010]進一步地，所述第一節點包括軸承基座、第一連接板、第二固定板和墊塊，所述軸承基座的下部通過對應的滑塊與所述第一固定導軌梁連接，所述軸承基座上部的軸柱穿過第一連接板上的光孔，所述第一連接板與墊塊固定連接，所述墊塊與所述活動導軌梁固定連接，所述第一固定導軌梁兩側設置有所述第二固定板，所述第二固定板通過銷桿與所述軸承基座連接，所述第二固定板通過螺栓可將所述軸承基座固定在所述第一固定導軌梁上。
[0011]進一步地，所述第二節點包括軸承基座、第二連接板、第三連接板和第二固定板，所述軸承基座的下部通過對應的滑塊與所述第二固定導軌梁連接，所述軸承基座上部的軸柱穿過所述第二連接板上的光孔，所述第二連接板與所述第三連接板連接，所述第三連接板通過對應滑塊與所述活動導軌梁連接，所述第二固定導軌梁兩側設置有所述第二固定板，所述第二固定板通過銷桿與所述軸承基座連接，所述第二固定板通過螺栓可將所述軸承基座固定在所述第二固定導軌梁上。
[0012]進一步地，所述活動導軌梁包括導軌和兩根型材，所述兩根型材的表面各設置一根所述導軌，利用鋼板將所述兩根型材焊接成一整體，使所述兩根型材相互平行且相互分隔。
[0013]進一步地，所述角鋼、所述水平臺架、所述第一立柱、所述第二立柱、所述框架、所述第一固定導軌梁、所述第二固定導軌梁和所述活動導軌梁采用不銹鋼或表面噴漆的鋼材制成。
[0014]進一步地，所述軸承基座、所述第一連接板、所述第二連接板和所述第三連接板采用普通鋼材制成，表面經過發黑處理或噴漆。
[0015]本發明還提供了一種薄膜三軸拉伸試驗方法，包括以下步驟:
[0016](I)移動所述Z軸平臺及所述活動導軌梁，調整所述電動缸至待測三維連接試件要求的位置；
[0017](2)利用螺栓連接所述活動導軌兩側的所述第一固定板，使所述Z軸平臺固定不動；利用螺栓連接所述第一固定導軌梁和所述第二固定導軌梁兩側的所述第二固定板，使所述第一節點和所述第二節點固定不動；
[0018](3)改變所述活動桿的工作長度，調整所述電動缸至所述待測三維連接試件要求的角度，然后用螺栓將所述活動桿固定；
[0019](4)將所述三維連接試件中水平面上的四個臂分別與四個所述第一夾具連接，將所述三維連接試件中Z軸上的一個臂與所述第二夾具連接，此時所述油缸和所述電動缸伸出最大長度；
[0020](5)通過三軸控制系統使所述油缸和所述電動缸縮回并拉伸所述待測三維連接試件，實現對所述待測三維連接試件的拉伸加載；
[0021](6)通過所述第一拉力傳感器和所述第二拉力傳感器反饋的結果得到所述待測三維連接試件的力學性能。
[0022]本發明的多功能薄膜三軸拉伸試驗機中，所述Z軸平臺能夠沿所述活動導軌梁移動，且所述活動導軌梁能夠沿所述第一固定導軌梁和所述第二固定導軌梁移動，從而改變所述電動缸的位置；通過增大或縮短所述活動桿的工作長度，從而改變所述電動缸與所述Z軸平臺的夾角；所述第一連接板和所述第二連接板能夠繞所述軸承基座轉動，所述第三連接板能夠相對所述活動導軌梁滑動，當分別移動所述第一節點和所述第二節點時，能夠實現所述活動導軌梁的平動和轉動，從而帶動所述電動缸平動和轉動。因此本發明的多功能薄膜三軸拉伸試驗機和試驗方法能夠實現多角度拉伸，具有多試驗功能，包括單向靜態拉伸、低周循環往返拉伸，雙向靜態拉伸強度、任意雙軸應力比低周循環往返拉伸，三維連接件拉伸、任意三軸應力比低周循環往返拉伸，且運行平穩，可用于建筑膜材試驗、飛艇蒙皮試驗等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發明的一個較佳實施例的Z軸拉伸試驗裝置正視圖；
[0024]圖2是本發明的一個較佳實施例的Z軸拉伸試驗裝置俯視圖；
[0025]圖3是本發明的一個較佳實施例的Z軸拉伸試驗裝置的第一節點正視圖；
[0026]圖4是本發明的一個較佳實施例的Z軸拉伸試驗裝置的第一節點側視圖；
[0027]圖5本發明的一個較佳實施例的Z軸拉伸試驗裝置的第二節點正視圖；
[0028]圖6本發明的一個較佳實施例的Z軸拉伸試驗裝置的第二節點側視圖；
[0029]圖7是本發明的一個較佳實施例的Z軸拉伸試驗裝置軸測圖；
[0030]圖8是本發明的一個較佳實施例的薄膜三軸拉伸試驗機軸測圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明保護范圍不限于下述實施例。
[0032]圖1?圖8是本發明的一個較佳實施例的多功能薄膜三軸拉伸試驗機的構型和組成示意圖。在本發明的較佳實施例中，如圖1?8所示，多功能薄膜三軸拉伸試驗機，包括水平雙軸試驗裝置和Z軸拉伸試驗裝置；其中，
[0033]水平雙軸試驗裝置包括四個油缸19、四個第一拉力傳感器20、四個第一夾具23，還包括導軌22、水平臺架24、四根第一立柱25和多根角鋼18 ;水平臺架24為正交十字架，各端分別與四個第一立柱25固定相連；四個油缸19分別固定于正交十字架各端，每個油缸19通過連桿依次與相應的第一拉力傳感器20、第一夾具23連接；導軌22設置在正交十字架表面，第一夾具23設置在導軌22上，且能夠沿導軌22移動；兩兩第一立柱25與角鋼18固定相連；
[0034]Z軸拉伸試驗裝置構建于水平雙軸試驗裝置之上，包括四根等高的第二立柱8、兩根框架構件9、第一固定導軌梁10、第二固定導軌梁11、活動導軌梁3、Z軸平臺2、第一固定板7、活動桿4、電動缸1、第二拉力傳感器5和第二夾具6 ;每根第二立柱8的底端固定在相應的角鋼18上；兩根框架構件9和第二固定導軌梁11焊接成一工字形整體，且與第二立柱8的頂端固定，第一固定導軌梁10平行于第二固定導軌11，且同時與框架9及第二立柱8的頂端固定；以及
[0035]活動導軌梁3的兩端分別通過第一節點26和第二節點27與第一固定導軌梁10和第二固定導軌梁11連接，且能夠沿第一固定導軌梁10和第二固定導軌梁11上的導軌移動；z軸平臺2設置在活動導軌梁3上，且能夠沿活動導軌梁3移動；活動導軌梁3的兩側各設置兩塊第一固定板7，第一固定板7通過銷桿與Z軸平臺2連接，兩兩相對的第一固定板7通過螺栓可將Z軸平臺2固定在活動導軌梁3上；電動缸I的耳軸設置在Z軸平臺2的軸承中，利用螺栓將電動缸I耳環與活動桿4連接，而活動桿4通過螺栓連接Z軸平臺2的螺栓孔，電動缸I的活塞桿30沿Z軸向下穿過Z軸平臺2及活動導軌梁3，依次與第二拉力傳感器5和第二夾具6連接。
[0036]本發明的較佳實施例中，第一節點26包括軸承基座13、第一連接板14、第二固定板12和墊塊15，其中，軸承基座13的下部通過對應的滑塊與第一固定導軌梁10連接，軸承基座13上部的軸柱穿過第一連接板14上的光孔，第一連接板14與墊塊15固定連接，墊塊15與活動導軌梁3固定連接，兩塊第二固定板12分別設置在第一固定導軌梁10的兩側，并通過銷桿與軸承基座13連接，第二固定板12通過螺栓可將軸承基座13固定在第一固定導軌梁10上。
[0037]本發明的較佳實施例中，第二節點27包括軸承基座13、第二連接板16、第三連接板17和第二固定板12，其中，軸承基座13的下部通過對應的滑塊與第二固定導軌梁11連接，軸承基座13上部的軸柱穿過第二連接板16上的光孔，第二連接板16與第三連接板17連接，第三連接板17通過對應滑塊與活動導軌梁3連接，兩塊第二固定板12分別設置在第二固定導軌梁11的兩側，并通過銷桿與軸承基座13連接，第二固定板12通過螺栓可將軸承基座13固定在第二固定導軌梁11上。
[0038]本發明的較佳實施例中，活動導軌梁包括導軌22和兩根型材28，兩根型材28的表面各設置一根導軌22，利用鋼板29將兩根型材28焊接成一整體，使兩根型材28相互平行且相互分隔。
[0039]本發明的較佳實施例中，角鋼18、水平臺架24、第一立柱25、第二立柱8、框架9、第一固定導軌梁10、第二固定導軌梁11和活動導軌梁3采用不銹鋼或表面噴漆的鋼材制成；軸承基座13、第一連接板14、第二連接板16和第三連接板17采用普通鋼材制成，表面經過發黑處理或噴漆。
[0040]本發明的較佳實施例還提供了一種薄膜三軸拉伸試驗方法，包括以下步驟:
[0041](I)移動Z軸平臺2及活動導軌梁3，調整電動缸I至待測三維連接試件要求的位置；
[0042](2)利用螺栓連接所述活動導軌3兩側的所述第一固定板7，使所述Z軸平臺2固定不動；利用螺栓連接所述第一固定導軌梁10和所述第二固定導軌梁11兩側的所述第二固定板12，使所述第一節點26和所述第二節點27固定不動；
[0043](3)增大或縮短活動桿4的工作長度，調整電動缸I至待測三維連接試件要求的角度，然后用螺栓將活動桿4固定；
[0044](4)將三維連接試件中水平面上的四個臂分別與四個第一夾具23連接，將三維連接試件中Z軸上的一個臂與第二夾具6連接，此時油缸19和電動缸I伸出最大長度；[0045](5)通過三軸控制系統使油缸19和電動缸I縮回并拉伸待測三維連接試件，實現對待測三維連接試件的拉伸加載；
[0046](6)通過第一拉力傳感器20和第二拉力傳感器5反饋的結果得到待測三維連接試件的力學性能。
[0047]本發明的較佳實施例的多功能薄膜三軸拉伸試驗機中，Z軸平臺2能夠沿活動導軌梁3移動，且活動導軌梁3能夠沿第一固定導軌梁10和第二固定導軌梁11移動，從而改變電動缸I的位置；通過增大或縮短活動桿4的工作長度，從而改變電動缸I與Z軸平臺2的夾角；第一連接板14和第二連接板16能夠繞軸承基座13轉動，第三連接板17能夠相對活動導軌梁3滑動，當分別移動第一節點26和第二節點27時，能夠實現活動導軌梁3的平動和轉動，從而帶動電動缸I平動和轉動。因此本發明的較佳實施例的多功能薄膜三軸拉伸試驗機和試驗方法能夠實現多角度拉伸，具有多試驗功能，包括單向靜態拉伸、低周循環往返拉伸，雙向靜態拉伸強度、任意雙軸應力比低周循環往返拉伸，三維連接件拉伸、任意三軸應力比低周循環往返拉伸，且運行平穩，可用于建筑膜材試驗、飛艇蒙皮試驗等。
[0048]以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術領域】中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種薄膜三軸拉伸試驗機，其特征在于，包括水平雙軸試驗裝置和Z軸拉伸試驗裝置；其中， 所述水平雙軸試驗裝置包括四個油缸、四個第一拉力傳感器、四個第一夾具，還包括導軌、水平臺架、四根第一立柱和多根角鋼；所述水平臺架為正交十字架，所述正交十字架的各端分別與四個所述第一立柱固定相連；四個所述油缸分別固定于所述正交十字架各端，每個所述油缸通過連桿依次與相應的所述第一拉力傳感器、所述第一夾具連接；所述導軌設置在所述正交十字架表面，所述第一夾具設置在所述導軌上，且能夠沿所述導軌移動；兩兩所述第一立柱與所述角鋼固定相連； 所述Z軸拉伸試驗裝置構建于所述水平雙軸試驗裝置之上，包括四根第二立柱、兩根框架構件、第一固定導軌梁、第二固定導軌梁、活動導軌梁、Z軸平臺、第一固定板、活動桿、電動缸、第二拉力傳感器和第二夾具；每根所述第二立柱的底端固定在相應的所述角鋼上；所述兩根框架構件和所述第二固定導軌梁焊接成一工字形整體，且與所述第二立柱的頂端固定連接，所述第一固定導軌梁平行于所述第二固定導軌，同時與所述框架構件及所述第二立柱的頂端固定連接；以及 所述活動導軌梁的兩端分別與所述第一固定導軌梁和所述第二固定導軌梁連接，且能夠沿所述第一固定導軌梁和所述第二固定導軌梁上的導軌移動；所述Z軸平臺設置在所述活動導軌梁上，且能夠沿所述活動導軌梁移動；所述活動導軌梁兩側設置有所述第一固定板，所述第一固定板通過銷桿與所述Z軸平臺連接；所述電動缸的耳軸設置在所述Z軸平臺的軸承中，所述電動缸通過活動桿與所述Z軸平臺連接,所述電動缸的活塞桿沿Z軸向下穿過所述Z軸平臺及所述活動導軌梁，依次與所述第二拉力傳感器和所述第二夾具連接。
2.如權利要求1所述的薄膜三軸拉伸試驗機，其特征在于，每個所述第一立柱高度相等，且每個所述第二立柱高度相等。
3.如權利要求1所述的薄膜三軸拉伸試驗機，其特征在于，所述活動導軌梁的兩端分別通過第一節點和第二節點與所述第一固定導軌梁和所述第二固定導軌梁連接。
4.如權利要求3所述的薄膜三軸拉伸試驗機，其特征在于，所述第一節點包括軸承基座、第一連接板、第二固定板和墊塊，所述軸承基座的下部通過對應的滑塊與所述第一固定導軌梁連接，所述軸承基座上部的軸柱穿過第一連接板上的光孔，所述第一連接板與墊塊固定連接，所述墊塊與所述活動導軌梁固定連接，所述第一固定導軌梁兩側設置有所述第二固定板，所述第二固定板通過銷桿與所述軸承基座連接。
5.如權利要求3所述的薄膜三軸拉伸試驗機，其特征在于，所述第二節點包括軸承基座、第二連接板、第三連接板和第二固定板，所述軸承基座的下部通過對應的滑塊與所述第二固定導軌梁連接，所述軸承基座上部的軸柱穿過所述第二連接板上的光孔，所述第二連接板與所述第三連接板連接，所述第三連接板通過對應滑塊與所述活動導軌梁連接，所述第二固定導軌梁兩側設置有所述第二固定板，所述第二固定板通過銷桿與所述軸承基座連接。
6.如權利要求1所述的薄膜三軸拉伸試驗機，其特征在于，所述活動導軌梁包括導軌和兩根型材，所述兩根型材的表面各設置一根所述導軌，利用鋼板將所述兩根型材焊接成一整體，使所述兩根型材相互平行且相互分隔。
7.如權利要求1所述的薄膜三軸拉伸試驗機，其特征在于，所述角鋼、所述水平臺架、所述第一立柱、所述第二立柱、所述框架、所述第一固定導軌梁、所述第二固定導軌梁和所述活動導軌梁采用不銹鋼或表面噴漆的鋼材制成。
8.如權利要求1所述的薄膜三軸拉伸試驗機，其特征在于，所述軸承基座、所述第一連接板、所述第二連接板和所述第三連接板采用普通鋼材制成，表面經過發黑處理或噴漆。
9.一種應用如權利要求1-8中任意一項所述的薄膜三軸拉伸試驗機的薄膜三軸拉伸試驗方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)移動所述Z軸平臺及所述活動導軌梁，調整所述電動缸至待測三維連接試件要求的位置； (2)使所述Z軸平臺、所述第一節點和所述第二節點固定不動； (3)改變所述活動桿的工作長度，調整所述電動缸至所述待測三維連接試件要求的角度，然后將所述活動桿固定； (4)將所述三維連接試件中水平面上的四個臂分別與四個所述第一夾具連接，將所述三維連接試件中Z軸上的一個臂與所述第二夾具連接，此時所述油缸和所述電動缸伸出最大長度； (5)通過三軸控制系統使所述油缸和所述電動缸縮回并拉伸所述待測三維連接試件； (6)通過所述第一拉力傳感器和所述第二拉力傳感器反饋的結果得到所述待測三維連接試件的力學性能。
【文檔編號】G01N3/08GK103940667SQ201410120435
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月27日 優先權日:2014年3月27日
【發明者】陳務軍, 王利鋼, 施光林 申請人:上海交通大學