金屬板材雙向拉伸大變形增厚試件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一種金屬板材雙向拉伸大變形增厚試件，具體為板材雙向拉伸試驗的試件，屬于板料塑性成形技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
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[0002]在板料塑性成形領(lǐng)域，塑性屈服行為一直是重要的研究熱點，尤其是隨著諸多新工藝、新結(jié)構(gòu)、新材質(zhì)的板材和一些新成形工藝的不斷推出，對屈服行為(包括初始屈服和后繼屈服)的準(zhǔn)確確定是在理論解析和有限元分析中得到精確結(jié)果的關(guān)鍵。
[0003]傳統(tǒng)的用于屈服行為研究的試驗方法都有一定的局限性。應(yīng)用薄壁管在軸向載荷和內(nèi)壓、軸向載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下的試驗可實現(xiàn)不同的應(yīng)變路徑，但管件與板材在性能上有一定的差距；可用單拉試驗、圓板脹形試驗、平面應(yīng)變試驗和壓縮試驗等基本試驗組合，但僅能得到如單拉、平面應(yīng)變或等雙拉點等特定數(shù)據(jù)。目前，采用平板形試件進行雙拉試驗成為近來的主要方向。
[0004]平板形試件雙拉試驗中，十字形雙向拉伸成為近來的研究熱點。隨著實驗設(shè)備精密制造及計算機控制技術(shù)的發(fā)展，十字形雙向拉伸試驗已經(jīng)成為研究復(fù)雜加載應(yīng)變路徑最為方便的方法，特別是其具有可以直接計算應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)值的優(yōu)點。通過控制拉伸兩軸的載荷或位移大小，改變試件兩軸的拉力比值使中心區(qū)得到不同的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，實現(xiàn)復(fù)雜加載，得到不同加載路徑下雙拉區(qū)應(yīng)力應(yīng)變分布，建立相關(guān)屈服狀態(tài)。平面十字形試件雙向拉伸實驗方法早在20世紀(jì)60年代就被提出，但直到近年來才取得一些突破，得到有關(guān)應(yīng)用。
[0005]限制平面十字形試件雙向拉伸實驗應(yīng)用的主要問題有:
[0006]I)十字形雙向拉伸試件的設(shè)計和制備，解決試件中心區(qū)應(yīng)力應(yīng)變分布不均勻、圓角處應(yīng)力集中較大、兩軸載荷互相干涉、變形不規(guī)律和實現(xiàn)中心區(qū)大變形問題；
[0007]2)試件中心區(qū)應(yīng)力、應(yīng)變的測量和計算方法，尤其是中心區(qū)應(yīng)力的確定問題；
[0008]3)雙向拉伸載荷方式的控制，以實現(xiàn)不同的雙拉加載、無卸載非比例加載和雙線性加載等不同的加載路徑。目前，對于第三個問題已經(jīng)較好地解決，關(guān)鍵的問題是解決中心區(qū)大變形、受力不均和中心區(qū)應(yīng)力的測量問題，重點是十字形試件的設(shè)計。
[0009]實現(xiàn)中心區(qū)應(yīng)力分布均勻和大變形，兩者既相互聯(lián)系，但具體實現(xiàn)又有相互矛盾的地方。研究者設(shè)計了多種不同形式中心區(qū)和十字臂的十字形試件。
[0010]為了解決中心區(qū)正應(yīng)力不均勻的問題，臂上開槽/縫型的十字形試件被提出，但試驗得到的試件中心區(qū)變形量也是有限的。
[0011 ]十字形試件的形式大致有如下幾種:普通型，臂上開槽/縫型，臂上開槽/縫且中心區(qū)減薄型，圓角型，十字臂為夾層(加強)型，梯形十字臂型，十字臂為梯形、臂上開槽/縫且中心區(qū)減薄型。
[0012]在這些不同形式的十字形試件中，以臂上開縫/槽型的研究最多，優(yōu)點是臂上開縫/槽可以大大減小甚至消除中心區(qū)的剪應(yīng)力，從而使中心變形區(qū)的應(yīng)力主軸和拉伸方向重合，這樣可以方便地測量計算中心區(qū)的應(yīng)力值;其缺點是這種試件僅對強化材料才適用，且中心區(qū)變形不會很大，因為只有當(dāng)縫/槽區(qū)域的金屬已進入強化階段后，中心試驗區(qū)應(yīng)力才能達(dá)到足夠高的水平，往往出現(xiàn)十字臂先于中心區(qū)斷裂的情況。中心區(qū)減薄型試件可以使中心區(qū)產(chǎn)生較大變形，但是這種試件加工時需要考慮金屬剝離后材料原有屬性的改變，而且中心區(qū)與減薄區(qū)邊界處的首先失效會隱藏某些材料固有特性?？紤]到表面粗糙鋼板實際微觀組織的不均勻性以及厚度分布的不均勻，中心區(qū)減薄的十字拉伸試樣不適合于大變形誘發(fā)的微觀或宏觀力學(xué)性能改變的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明為克服上述研究存在的不足，利用增厚原理，設(shè)計了一種金屬板材雙向拉伸大變形增厚試件，以期能不改變測試區(qū)材料本身特性，即可增大十字臂的傳遞載荷能力，減小相鄰兩個十字臂之間過渡區(qū)的應(yīng)力集中，并得到較大的試件中心區(qū)變形量，從而擴充了雙向拉伸試驗測試材料應(yīng)力應(yīng)變的實用性。
[0014]本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:
[0015]本發(fā)明一種金屬板材雙向拉伸大變形增厚試件的特點是:所述雙向拉伸試件為十字形結(jié)構(gòu);所述十字形結(jié)構(gòu)分為四個十字臂和中心交叉區(qū)；所述四個十字臂長寬相等，且上下兩面對稱設(shè)置有增厚板，從而形成三層復(fù)合板結(jié)構(gòu)。
[0016]本發(fā)明所述的金屬板材雙向拉伸大變形增厚試件的特點也在于:
[0017]所述相鄰兩個十字臂之間開設(shè)圓弧形缺口；所述圓弧形缺口與兩側(cè)的十字臂之間為相切連接；
[0018]所述四個十字臂上的增厚板分別向所述中心交叉區(qū)方向進行延伸，并延伸至所述中心交叉區(qū)的中心點外圍一周為止。
[0019]所述相鄰兩個十字臂之間為圓弧過渡；
[0020]所述四個十字臂上的增厚板分別向所述中心交叉區(qū)方向進行延伸，形成延伸部，所述延伸部在所述中心交叉區(qū)處互不接觸。
[0021]所述相鄰兩個十字臂之間為凸起過渡；
[0022]所述四個十字臂上的增厚板分別向所述中心交叉區(qū)方向進行延伸，形成延伸部，所述延伸部在所述中心交叉區(qū)處互不接觸。
[0023]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0024]1、本發(fā)明通過膠粘輔以焊接在保證強度的同時實現(xiàn)增厚，不改變測試區(qū)材料本身特性，避免了減薄型試件所帶來的金屬剝離后材料原有屬性發(fā)生改變的缺點；增大了十字臂的傳遞載荷能力，對預(yù)防十字臂的過早斷裂有顯著效果，從而使試件中心交叉區(qū)可以達(dá)到大變形。
[0025]2、本發(fā)明第一種試件即繞中心點外圍一周增厚型十字形試件，相鄰兩個十字臂之間開設(shè)圓弧形缺口，圓弧形缺口與兩側(cè)的十字臂之間為相切連接，可以降低臂間過渡區(qū)的應(yīng)力集中同時有效減小中心區(qū)截面積從而增大中心交叉區(qū)的變形量。
[0026]3、本發(fā)明第二種試件即向中心處延伸互不接觸式增厚型十字形試件，相鄰兩個十字臂之間為圓弧過渡，可以減小臂間過渡區(qū)的應(yīng)力集中；靠近試件中心處增厚，可以增大十字臂的傳遞載荷能力。
[0027]4、本發(fā)明第三種試件即向中心處延伸互不接觸式增厚且臂間凸起連接型十字形試件，相鄰兩個十字臂之間為凸起過渡，采用模具沖壓成形，可以預(yù)防臂間過渡區(qū)的過早開裂，從而使中心交叉區(qū)達(dá)到大變形。
【附圖說明】
[0028]圖Ι-a為繞中心點外圍一周增厚型十字形試件的軸測圖；
[0029]圖Ι-b為繞中心點外圍一周增厚型十字形試件的主視圖；
[0030]圖Ι-c為圖Ι-b的A-A面全剖局部放大視圖；
[0031]圖2-a為向中心處延伸互不接觸式增厚型十字形試件的軸測圖；
[0032]圖2-b為向中心處延伸互不接觸式增厚型十字形試件的主視圖；
[0033]圖2-c為圖2-b的A-A面全剖局部放大視圖；
[0034]圖3-a為向中心處延伸互不接觸式增厚且臂間凸起連接型十字形試件的主視圖；
[0035]圖3-b為圖3-a的A-A面全剖局部放大視圖；
[0036]圖3-c為向中心處延伸互不接觸式增厚且臂間凸起連接型十字形試件的軸測圖；
[0037]圖3-d為圖3-c的B區(qū)放大圖；
[0038]圖中序號:I增厚板。
【具體實施方式】
[0039]—種金屬板材雙向拉伸大變形增厚試件，采用十字形結(jié)構(gòu)，分為四個十字臂和中心交叉區(qū)，四個十字臂長寬相等，且上下兩面對稱設(shè)置有增厚板I，從而形成三層復(fù)合板結(jié)構(gòu)；增厚板I膠粘于試件兩面，增厚板邊緣處采用電阻焊、電弧焊、激光焊、超聲波焊等工藝處理，不改變測試區(qū)材料本身特性，保證強度的同時實現(xiàn)增厚這一效果，進而增大十字臂的傳遞載荷能力，增加試件中心交叉區(qū)的變形量。
[0040]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的說明。
[0041]實施例一:
[0042]參見圖1-a、圖Ι-b和圖1-c，本實施例為第一種試件即繞中心點外圍一周增厚型十字形試件，相鄰兩個十字臂之間開設(shè)圓弧形缺口，圓弧形缺口與兩側(cè)的十字臂之間為相切連接，可以降低臂間過渡區(qū)的應(yīng)力集中同時有效減小中心區(qū)截面積從而增大中心交叉區(qū)的變形量。
[0043]四個十字臂上的增厚板I分別向中心交叉區(qū)方向進行延伸，并延伸至中心交叉區(qū)的中心點外圍一周為止，即試件兩面對稱膠粘兩件同等厚度的零件實現(xiàn)繞中心點外圍一周增厚。
[0044]實施例二:
[0045]參見圖2-a、圖2-b和圖2-c，本實施例為第二種試件即向中心處延伸互不接觸式增厚型十字形試件，相鄰兩個十字臂之間為圓弧過渡，以減小臂間過渡區(qū)的應(yīng)力集中；
[0046]四個十字臂上的增厚板I分別向中心交叉區(qū)方向進行延伸，形成延伸部，延伸部在中心交叉區(qū)處互不接觸，即四個十字臂兩面對稱膠粘八件同等厚度的零件實現(xiàn)向中心處延伸互不接觸式增厚，從而增大十字臂的傳遞載荷能力。
[0047]實施例三:
[0048]參見圖3-a、圖3-b、圖3-c和圖3-d，本實施例為第三種試件即向中心處延伸互不接觸式增厚且臂間凸起連接型十字形試件，相鄰兩個十字臂之間為凸起過渡，凸起采用模具沖壓成形，預(yù)防臂間過渡區(qū)的過早開裂，從而使中心交叉區(qū)達(dá)到大變形；
[0049]四個十字臂上的增厚板I分別向中心交叉區(qū)方向進行延伸，形成延伸部，延伸部在中心交叉區(qū)處互不接觸，即試件兩面對稱膠粘八件同等厚度的零件，從而增大十字臂的傳遞載荷能力。
【主權(quán)項】
1.一種金屬板材雙向拉伸大變形增厚試件，其特征是:所述雙向拉伸試件為十字形結(jié)構(gòu);所述十字形結(jié)構(gòu)分為四個十字臂和中心交叉區(qū)；所述四個十字臂長寬相等，且上下兩面對稱設(shè)置有增厚板，從而形成三層復(fù)合板結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬板材雙向拉伸大變形增厚試件，其特征是:所述相鄰兩個十字臂之間開設(shè)圓弧形缺口；所述圓弧形缺口與兩側(cè)的十字臂之間為相切連接； 所述四個十字臂上的增厚板分別向所述中心交叉區(qū)方向進行延伸，并延伸至所述中心交叉區(qū)的中心點外圍一周為止。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬板材雙向拉伸大變形增厚試件，其特征是:所述相鄰兩個十字臂之間為圓弧過渡； 所述四個十字臂上的增厚板分別向所述中心交叉區(qū)方向進行延伸，形成延伸部，所述延伸部在所述中心交叉區(qū)處互不接觸。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬板材雙向拉伸大變形增厚試件，其特征是:所述相鄰兩個十字臂之間為凸起過渡； 所述四個十字臂上的增厚板分別向所述中心交叉區(qū)方向進行延伸，形成延伸部，所述延伸部在所述中心交叉區(qū)處互不接觸。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬板材雙向拉伸大變形增厚試件，采用十字形結(jié)構(gòu)，分為四個十字臂和中心交叉區(qū)；四個十字臂長寬相等，且上下兩面對稱設(shè)置有增厚板，從而形成三層復(fù)合板結(jié)構(gòu)。本發(fā)明不改變測試區(qū)材料本身特性，增大了十字臂的傳遞載荷能力，減小了相鄰兩個十字臂之間過渡區(qū)的應(yīng)力集中，得到較大的試件中心區(qū)變形量，從而擴充了雙向拉伸試驗測試材料應(yīng)力應(yīng)變的實用性。
【IPC分類】G01N3/02
【公開號】CN105628491
【申請?zhí)枴緾N201510997137
【發(fā)明人】趙坤民, 陳梁玉, 丁志楊, 陳還, 吳寒, 嚴(yán)建文
【申請人】合肥工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月24日