本發(fā)明涉及屬于材料力學(xué)性能測(cè)試與表征領(lǐng)域，用于汽車(chē)、航空等行業(yè)，具體涉及一種高強(qiáng)度金屬材料的剪切試件。

背景技術(shù)：

在材料的力學(xué)性能中，剪切試驗(yàn)是其性能指標(biāo)的重要組成部分之一，剪切試驗(yàn)的可靠性直接影響到材料的剪切模量，剪切應(yīng)力應(yīng)變以及剪切失效等性能。較理想的剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以通過(guò)采用圓棒材進(jìn)行扭轉(zhuǎn)獲得，但這種方法較為復(fù)雜，且對(duì)平板材料不適用，同時(shí)較難應(yīng)用于動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中。目前高強(qiáng)金屬所采用的板材剪切試件在試驗(yàn)過(guò)程中的剪切狀態(tài)穩(wěn)定性較差，較難維持比較穩(wěn)定的剪切應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致在高強(qiáng)材料力學(xué)表征尤其是材料斷裂表征時(shí)出現(xiàn)較大誤差，結(jié)果可靠性低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種改進(jìn)的高強(qiáng)度金屬材料的剪切試件。

為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種高強(qiáng)度金屬材料的剪切試件，包括沿所述試件的長(zhǎng)度方向依次分布的固定段和拉伸段，所述固定段和拉伸段分別用于與拉伸試驗(yàn)機(jī)的夾持端和拉伸端固定連接，所述試件還包括用于連接所述固定段和拉伸段的試驗(yàn)段，所述固定段的一端設(shè)有容納凹槽、另一端用于與所述拉伸試驗(yàn)機(jī)的夾持端固定連接，所述拉伸段的一端位于所述容納凹槽內(nèi)、另一端用于與所述拉伸試驗(yàn)機(jī)的拉伸端固定連接，位于所述容納凹槽內(nèi)的所述拉伸段的二側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)有所述試驗(yàn)段且所述拉伸段分別通過(guò)二側(cè)的所述試驗(yàn)段與所述固定段固定連接。

進(jìn)一步地，設(shè)有所述試驗(yàn)段的拉伸段的二側(cè)分別與各自對(duì)應(yīng)側(cè)的容納凹槽的槽壁相平行。

更進(jìn)一步地，設(shè)有所述試驗(yàn)段的拉伸段的二側(cè)分別與各自對(duì)應(yīng)側(cè)的容納凹槽的槽壁的間距為0.5mm~2mm。

進(jìn)一步地，所述固定段的所述一端的端面與所述試驗(yàn)段的二側(cè)面均平行。

進(jìn)一步地，所述試驗(yàn)段的長(zhǎng)度為2mm~10mm。

進(jìn)一步地，所述試件的厚度為0.5mm~2mm。

進(jìn)一步地，所述試件為對(duì)稱(chēng)件，并以延伸方向與所述試件的長(zhǎng)度方向一致的試件中心線為對(duì)稱(chēng)軸。

進(jìn)一步地，所述試件為一體成型平板件。

進(jìn)一步地，所述容納凹槽包括矩形凹槽一部及槽口由所述凹槽一部向所述固定段的所述另一端延伸且逐漸變小的凹槽二部，所述拉伸段包括一端位于所述凹槽一部?jī)?nèi)的矩形拉伸段本體及形成在所述拉伸段本體的所述一端且沿所述拉伸段本體的長(zhǎng)度方向向所述凹槽二部?jī)?nèi)延伸的拉伸段延伸部，所述試驗(yàn)段分別設(shè)置在所述拉伸段本體的二側(cè)且二側(cè)所述試驗(yàn)段分別與各自對(duì)應(yīng)側(cè)的所述凹槽一部的槽壁固定連接。

更進(jìn)一步地，所述固定段包括一端設(shè)有所述容納凹槽的固定段本體及形成在所述固定段本體的另一端并沿所述固定段本體的長(zhǎng)度方向延伸的固定段延伸部，所述固定段延伸部與所述拉伸試驗(yàn)機(jī)的夾持端固定連接。

由于上述技術(shù)方案的實(shí)施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的剪切試件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，試驗(yàn)方便，剪切試驗(yàn)采用本發(fā)明剪切試件，剪切應(yīng)力狀態(tài)穩(wěn)定高，結(jié)果可靠。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的剪切試件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為有限元仿真分析所得局部剪切應(yīng)力分布結(jié)果；

圖3為從有限元分析結(jié)果中所提取出試驗(yàn)段的應(yīng)力三軸度隨時(shí)間的變化曲線。

圖中：1、固定段；11、固定段本體；12、固定段延伸部；2、拉伸段；21、拉伸段本體；22、拉伸段延伸部；3、試驗(yàn)段；4、容納凹槽；41、凹槽一部；42、凹槽二部。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

如圖1所示，一種高強(qiáng)度金屬材料的剪切試件，包括沿試件的長(zhǎng)度方向依次分布的固定段1和拉伸段2，固定段1和拉伸段2分別用于與拉伸試驗(yàn)機(jī)的夾持端和拉伸端固定連接，該試件還包括用于連接固定段1和拉伸段2的試驗(yàn)段3，固定段1的一端設(shè)有容納凹槽4、另一端用于與拉伸試驗(yàn)機(jī)的夾持端固定連接，拉伸段2的一端位于容納凹槽4內(nèi)、另一端用于與拉伸試驗(yàn)機(jī)的拉伸端固定連接，位于容納凹槽4內(nèi)的拉伸段2的二側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)有該試驗(yàn)段3且拉伸段2分別通過(guò)二側(cè)的試驗(yàn)段3與固定段1固定連接。該試件為一體成型平板件。

設(shè)有試驗(yàn)段3的拉伸段2的二側(cè)分別與各自對(duì)應(yīng)側(cè)的容納凹槽4的槽壁相平行，且設(shè)有試驗(yàn)段3的拉伸段2的二側(cè)分別與各自對(duì)應(yīng)側(cè)的容納凹槽4的槽壁間的間距D1為0.5mm~2mm，此間距也是試驗(yàn)段3的寬度大小。

固定段1的設(shè)有容納凹槽4的一端的端面與試驗(yàn)段3的二側(cè)面均平行。固定段1的設(shè)有容納凹槽4的一端的端面到與之最近的試驗(yàn)段3的側(cè)面的距離D2為2mm~10mm。試驗(yàn)段3的長(zhǎng)度L1為2mm~10mm。

容納凹槽4包括矩形凹槽一部41及槽口由凹槽一部41向固定段1的另一端延伸且逐漸變小的凹槽二部42，拉伸段2包括一端位于凹槽一部41的矩形拉伸段本體21及形成在拉伸段本體21的一端且沿拉伸段本體21的長(zhǎng)度方向向凹槽二部42內(nèi)延伸的拉伸段延伸部22，試驗(yàn)段3分別設(shè)置在拉伸段本體21的二側(cè)且二側(cè)試驗(yàn)段3分別與各自對(duì)應(yīng)側(cè)的凹槽一部41的槽壁固定連接。本例中，試驗(yàn)段3與凹槽一部41的槽壁的中部固定連接。

拉伸段本體21的寬度W1為10mm~40mm，拉伸段延伸部22與凹槽二部42之間的間距D3為0.5mm~10mm。

具體地，固定段1包括一端設(shè)有該容納凹槽4的固定段本體11及形成在固定段本體11的另一端并沿固定段本體11的長(zhǎng)度方向延伸的固定段延伸部12，固定段延伸部12與拉伸試驗(yàn)機(jī)的夾持端固定連接。

固定段本體11的寬度W2為20mm~60mm。

容納凹槽4設(shè)置在固定段本體11上且設(shè)置在固定段本體11的端部的中部位置。

本發(fā)明中，試件的厚度為0.5mm~2mm。

試件為對(duì)稱(chēng)件，并以延伸方向與試件的長(zhǎng)度方向一致的試件中心線為對(duì)稱(chēng)軸。

試驗(yàn)時(shí)，將試件的固定段1的端部和拉伸段2的端部分別安裝在拉伸試驗(yàn)機(jī)的夾持端和拉伸端，試驗(yàn)機(jī)的拉伸端施力，試件的試驗(yàn)段3實(shí)現(xiàn)剪切應(yīng)力狀態(tài)。

本例具體提供一種試件，該試件的厚度為1mm，W1為30mm，W2為46mm，D1為1mm，D2為4.5mm，D3為1mm，L1為4mm，試件的總長(zhǎng)度為137.5mm，固定段延伸部的長(zhǎng)度為40.5mm、寬度為32mm，固定段本體的長(zhǎng)度為49.5mm。

運(yùn)用有限元仿真方法得到本例的試件的試驗(yàn)段3的應(yīng)力分布結(jié)果以及應(yīng)力三軸度隨時(shí)間變化情況，圖2為有限元仿真分析所得局部剪切應(yīng)力分布結(jié)果，從云圖可以看出試驗(yàn)段3的剪切應(yīng)力分布很集中，圖3為從有限元分析結(jié)果中所提取出試驗(yàn)段3的應(yīng)力三軸度隨時(shí)間的變化曲線，從曲線變化可以看出，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程試驗(yàn)段3的應(yīng)力三軸度值均在0左右，接近于理想剪切應(yīng)力狀態(tài)。

以上對(duì)本發(fā)明做了詳盡的描述，其目的在于讓熟悉此領(lǐng)域技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，且本發(fā)明不限于上述的實(shí)施例，凡根據(jù)本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。