一種薄壁結(jié)構(gòu)件原位拉伸夾具的制作方法
【專利摘要】一種薄壁結(jié)構(gòu)件原位拉伸夾具，為解決現(xiàn)有技術(shù)無法對T型薄壁結(jié)構(gòu)件進(jìn)行固定，進(jìn)而無法對T型薄壁結(jié)構(gòu)件橫截面進(jìn)行打磨拋光以觀察焊縫內(nèi)部裂紋擴(kuò)展的問題。兩個片狀夾持體對稱設(shè)置在T型薄壁結(jié)構(gòu)件的兩端，每個片狀夾持體的里側(cè)沿縱向中心線設(shè)有開口，開口的兩側(cè)壁對稱設(shè)有矩形凸緣，開口的寬度為B1，兩個矩形凸緣之間的間距為B2，矩形凸緣的長度為A1，矩形凸緣至開口底部的間距為A2，矩形凸緣至開口外部邊緣的間距為A3，矩形凸緣的高度h為(B1?B2)/2，A2＝A3＝A1/4，每個片狀夾持體上設(shè)有兩個圓形通孔，兩個圓形通孔相對開口的縱向中心線對稱設(shè)置。本發(fā)明用于薄壁件原位拉伸測試。
【專利說明】
一種薄壁結(jié)構(gòu)件原位拉伸夾具
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種原位拉伸輔助夾具，特別涉及一種薄壁結(jié)構(gòu)件原位拉伸夾具。
【背景技術(shù)】
[0002]原位微納米力學(xué)測試技術(shù)是指在微納米尺度下對試件材料進(jìn)行力學(xué)性能測試過程中，通過電子顯微鏡、原子力顯微鏡或光學(xué)顯微鏡等成像儀器對載荷作用下材料發(fā)生的微觀變形、損傷直至失效破壞的過程進(jìn)行全程動態(tài)監(jiān)測的一種力學(xué)測試技術(shù)。掃描電鏡下的原位拉伸測試技術(shù)作為原位微納米力學(xué)測試的重要手段，是指在對試件材料進(jìn)行拉伸測試過程中，通過引入光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡等儀器對拉伸過程中材料組織及結(jié)構(gòu)發(fā)生的微觀變形、損傷失效的過程進(jìn)行在線觀測的一種技術(shù)，能夠更深入地揭示各類材料及其制品的微觀力學(xué)行為、損傷機(jī)理及其材料性能與所受載荷間的相關(guān)性規(guī)律。原位拉伸測試設(shè)備與普通拉伸設(shè)備相比較結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，因此對原位拉伸試件的外形尺寸具有嚴(yán)格的要求。與普通拉伸試件相似，原位拉伸試件同樣為啞鈴型，但特別的是，在試件兩側(cè)加工有通孔用來穿過螺栓進(jìn)行裝卡且對試件厚度有嚴(yán)格要求。
[0003]薄壁結(jié)構(gòu)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，特別是飛機(jī)制造業(yè)中，組成機(jī)身壁板的長桁-蒙皮T型結(jié)構(gòu)即屬于典型薄壁結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)上采用鉚接技術(shù)實現(xiàn)長桁和蒙皮的連接。而為了克服鉚接存在的機(jī)身重量增加和生產(chǎn)效率較低的局限性，德國空中客車有限公司率先開展了雙側(cè)激光同步焊接技術(shù)的研究來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉚接技術(shù)，以實現(xiàn)機(jī)身壁板輕質(zhì)、高效、低成本的加工制造。目前，這一技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用在空客A318、A340、A350、A380等型號客機(jī)的機(jī)身生產(chǎn)過程中。采用雙側(cè)激光同步焊接得到的雙側(cè)激光焊縫對機(jī)身壁板上長桁-蒙皮T型薄壁結(jié)構(gòu)的連接起到重要作用，為了研究T型薄壁結(jié)構(gòu)件在拉伸載荷過程中雙側(cè)激光焊縫內(nèi)裂紋的啟裂位置及擴(kuò)展路徑，需要對長桁-蒙皮T型薄壁結(jié)構(gòu)件進(jìn)行原位拉伸試驗，將雙側(cè)激光焊縫橫截面做打磨拋光處理并采用掃描電鏡觀察焊縫橫截面上微裂紋的衍變特征。既然需要對“長桁-蒙皮T型薄壁結(jié)構(gòu)件”進(jìn)行原位拉伸試驗，就需要有相應(yīng)的夾具將其固定，本發(fā)明就是為固定“長桁-蒙皮T型薄壁結(jié)構(gòu)件”而設(shè)計的專用夾具。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)無法對T型薄壁結(jié)構(gòu)件進(jìn)行固定，也就無法進(jìn)行原位拉伸試驗，進(jìn)而無法對T型薄壁結(jié)構(gòu)件橫截面進(jìn)行打磨拋光以觀察焊縫內(nèi)部裂紋擴(kuò)展的問題，提出一種薄壁結(jié)構(gòu)件原位拉伸夾具。
[0005]—種薄壁結(jié)構(gòu)件原位拉伸夾具包括兩個片狀夾持體，兩個片狀夾持體對稱設(shè)置在T型薄壁結(jié)構(gòu)件的兩端，每個片狀夾持體的里側(cè)沿縱向中心線設(shè)有開口，開口的兩側(cè)壁對稱設(shè)有矩形凸緣，開口的寬度為扮，兩個矩形凸緣之間的間距為出，矩形凸緣的長度為A1，矩形凸緣至開口底部的間距為A2，矩形凸緣至開口外部邊緣的間距為A3，矩形凸緣的高度h為(B1-B2) /2，A2 = A3 = A1A，每個片狀夾持體上設(shè)有兩個圓形通孔，兩個圓形通孔相對開口的縱向中心線對稱設(shè)置，每個片狀夾持體里側(cè)的兩端均設(shè)有圓弧Ru
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有方法相比具有以下有益效果:
[0007]—、本發(fā)明的夾具能夠?qū)型薄壁結(jié)構(gòu)件的兩端牢固地夾持，組成完整的原位拉伸測試件，將該拉伸測試件安裝在原位拉伸測試設(shè)備上進(jìn)行拉伸載荷試驗，從而實現(xiàn)了對T型薄壁結(jié)構(gòu)件橫截面進(jìn)行打磨拋光以觀察焊縫內(nèi)部裂紋擴(kuò)展，在原位拉伸過程中不會發(fā)生夾持松動或者緊固不牢的情況。
[0008]二、本發(fā)明的夾具裝夾試件過程簡單高效，無需對T型薄壁結(jié)構(gòu)件采取緊固措施。
[0009]三、本發(fā)明的夾具適用范圍廣泛，適用于采用多種接頭形式(對接接頭、搭接接頭、T型接頭等)以及多種連接工藝(鉚接工藝、激光焊接工藝和攪拌摩擦焊接工藝等)的薄壁結(jié)構(gòu)件的原位拉伸測試。
[0010]四、本發(fā)明的夾具結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，制造成本低廉。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明一種薄壁結(jié)構(gòu)件原位拉伸夾具的整體結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0012]圖2是單個片狀夾持體I的結(jié)構(gòu)立體圖；
[0013]圖3是T型薄壁結(jié)構(gòu)件2的立體圖；
[0014]圖4是薄壁結(jié)構(gòu)件原位拉伸夾具與T型薄壁結(jié)構(gòu)件2的使用狀態(tài)圖。
【具體實施方式】
[0015]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1?圖4說明本實施方式，本實施方式包括兩個片狀夾持體1，兩個片狀夾持體I對稱設(shè)置在T型薄壁結(jié)構(gòu)件2的兩端，每個片狀夾持體I的里側(cè)沿縱向中心線N-N設(shè)有開口 1-1，開口 1-1的兩側(cè)壁對稱設(shè)有矩形凸緣1-2，開口 1-1的寬度為仏，兩個矩形凸緣1-2之間的間距為B2,矩形凸緣1-2的長度為^，矩形凸緣1-2至開口 1-1底部的間距為A2,矩形凸緣1-2至開口 1-1外部邊緣的間距為A3,矩形凸緣1-2的高度=A3=A1/^,每個片狀夾持體I上設(shè)有兩個圓形通孔1-3，兩個圓形通孔1-3相對開口 1-1的縱向中心線N-N對稱設(shè)置，圓形通孔1-3用以安裝螺栓，每個片狀夾持體I里側(cè)的兩端均設(shè)有圓弧仏，圓弧R1用以減小應(yīng)力集中。
[0016]使用時，薄壁結(jié)構(gòu)件原位拉伸夾具與T型薄壁結(jié)構(gòu)件2配合，T型薄壁結(jié)構(gòu)件2由蒙皮2-1和長桁2-2組成，測試前，對蒙皮2-1的厚度進(jìn)行切削減薄，蒙皮厚度d等于片狀夾持體I厚度D(d = D)，在蒙皮2-1的兩端各加工兩個矩形凹槽2-1-1，每個矩形凹槽2-1-1的尺寸由81、82、131、匕2共同確定，其中31=厶1，32 =厶2，匕2 = 132，131 = 131，矩形凹槽2-1的深度1:為(131^32)/2。
[0017]裝配過程如下:將T型薄壁結(jié)構(gòu)件加工成特殊設(shè)計的T型薄壁結(jié)構(gòu)件2，對蒙皮2-1的上端面進(jìn)行精密拋光，為隨后的原位拉伸觀察微觀裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)備金相表面。將兩個片狀夾持體I對稱裝卡在蒙皮2-1的兩端，使蒙皮2上的矩形凹槽2-1-1與矩形凸緣1-2精確配合，安裝后的薄壁T型結(jié)構(gòu)測試件2與片狀夾持體I組合結(jié)構(gòu)的總長L符合標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸要求。進(jìn)行原位拉伸測試前及測試中保持片狀夾持體I的上端面與蒙皮2-1的上端面共面。
[0018]夾持體I與其裝卡的T型薄壁結(jié)構(gòu)件2能夠共同利用原位拉伸測試平臺夾持端進(jìn)行緊固，因此，薄壁結(jié)構(gòu)件原位拉伸夾具無需額外設(shè)計或添加緊固裝置。
[0019]【具體實施方式】二:結(jié)合圖1?圖3說明本實施方式，本實施方式的片狀夾持體I的材料強(qiáng)度和剛度高于所夾持的T型薄壁結(jié)構(gòu)件2的材料強(qiáng)度和剛度。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一相同。
[0020]【具體實施方式】三:結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的片狀夾持體I的材質(zhì)為45#調(diào)質(zhì)鋼。T型薄壁結(jié)構(gòu)件2的材料為鋁合金、鋁鋰合金或鈦合金。45#調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)度和剛度級別高于鋁合金、鋁鋰合金或鈦合金的強(qiáng)度和剛度，防止在原位拉伸測試中發(fā)生變形失效。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一或二相同。
[0021]本發(fā)明所夾持的T型薄壁結(jié)構(gòu)件2采用雙側(cè)激光焊接技術(shù)進(jìn)行連接，然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可以理解，本發(fā)明同樣適用于采用鉚接工藝、電弧焊接工藝和攪拌摩擦焊接工藝等多種焊接工藝的薄壁結(jié)構(gòu)件。
[0022]雖然在上述實施方式中以蒙皮2-1為水平焊接件，長桁3為豎直焊接件的薄壁T型結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行了描述，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可以了解，本發(fā)明同樣適用于對接接頭、搭接接頭、T型接頭等多種接頭形式薄壁結(jié)構(gòu)的原位拉伸測試中。
【主權(quán)項】
1.一種薄壁結(jié)構(gòu)件原位拉伸夾具，其特征在于:所述薄壁結(jié)構(gòu)件原位拉伸夾具包括兩個片狀夾持體(I)，兩個片狀夾持體(I)對稱設(shè)置在T型薄壁結(jié)構(gòu)件(2)的兩端，每個片狀夾持體(I)的里側(cè)沿縱向中心線(N-N)設(shè)有開口(1-1)，開口(1-1)的兩側(cè)壁對稱設(shè)有矩形凸緣(1-2)，開口(1-1)的寬度為仏，兩個矩形凸緣(1-2)之間的間距為B2,矩形凸緣(1-2)的長度SA1，矩形凸緣(1-2)至開口(1-1)底部的間距為A2,矩形凸緣(1-2)至開口(1-1)外部邊緣的間距為A3,矩形凸緣(卜2)的高度h為(B1-B2)/2，A2 = A3=Ai/4，每個片狀夾持體(I)上設(shè)有兩個圓形通孔(1-3)，兩個圓形通孔(1-3)相對開口(1-1)的縱向中心線(N-N)對稱設(shè)置，每個片狀夾持體(I)里側(cè)的兩端均設(shè)有圓弧Ru2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄壁結(jié)構(gòu)件原位拉伸夾具，其特征在于:所述片狀夾持體(I)的材料強(qiáng)度和剛度高于所夾持的T型薄壁結(jié)構(gòu)件(2)的材料強(qiáng)度和剛度。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種薄壁結(jié)構(gòu)件原位拉伸夾具，其特征在于:所述片狀夾持體(I)的材質(zhì)為45#調(diào)質(zhì)鋼。
【文檔編號】G01N3/04GK105928782SQ201610378628
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】陶汪, 韓冰, 陳彥賓
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)