新型板料拉伸‑剪切雙向加載試驗系統的製作方法
2023-05-01 23:26:29 1
本發明涉及材料力學試驗機領域，特別是指一種新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗系統。
背景技術：
隨著有限元技術的發展，利用有限元模擬預測板料成形工藝中可能出現的缺陷已經成為產品設計和生產中非常重要的一環，但要想得到可靠的模擬結果，必須提供準確真實的材料本構關係。目前關於複雜應變路徑條件下的板料力學行為描述一直是研究領域的熱點和難點。
針對金屬板料的後繼屈服面的研究目前仍處於理論階段。試驗方面，考慮板料易起皺和斷裂等問題，目前還未有統一的標準。屈服面及其演化規律是描述金屬材料塑性變形行為的重要特徵，由於材料在製備和後續的塑性變形過程中，微觀織構產生取向性，影響了材料在不同加載方向的變形行為。因此研究屈服面演化規律，包括後繼屈服面膨脹、移動和畸變現象，對於預測複雜變形條件下的材料變形行為，特別是損傷有著重要的意義。屈服面畸變現象會極大影響材料在變加載路徑下的變形行為，但目前還沒有關於板料屈服面研究的相關試驗設備。
技術實現要素：
本發明提供一種板料不易起皺，拉伸、剪切互不幹涉的新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗系統。
為解決上述技術問題，本發明提供技術方案如下：
一種新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗系統，包括試驗樣板和試驗機，所述試驗機包括試驗臺面，所述試驗檯面上設置有夾持機構，其中：
所述試驗樣板包括上定位部、下定位部和位於所述上定位部和下定位部之間的變形區，所述上定位部和下定位部上均設置有定位通孔；
所述夾持機構包括上約束裝置、下約束裝置、上定位板和下定位板，所述上定位板和下定位板均為兩個，兩個上定位板和兩個下定位板分別用於夾緊所述上定位部和下定位部；
所述下約束裝置包括第一安裝塊和連接在所述第一安裝塊下方的第一連杆，所述下定位板固定連接在所述第一安裝塊上，所述試驗檯面上在所述第一安裝塊的兩側均固定設置有擋板，兩個擋板之間形成豎向滑槽，所述第一安裝塊位於所述豎向滑槽內，所述第一連杆的末端設置有用於提供拉應力的第一驅動機構；
所述上約束裝置包括固定塊、能夠在所述固定塊上水平滑動的第一滑塊以及與所述第一滑塊固定連接且與所述第一安裝塊相對設置的第二安裝塊，所述上定位板固定連接在所述第二安裝塊上；
所述上約束裝置上設置有能夠推動所述上定位板水平移動的附加框架，所述附加框架的水平兩側分別設置有第二連杆和第三連杆，所述試驗檯面上設置有水平滑槽，所述第二連杆位於所述水平滑槽內，所述第三連杆連接有用於提供剪切力的第二驅動機構。
進一步的，其中一個上定位板上設置有與所述上定位部的定位通孔相配合的定位柱，其中一個下定位板上也設置有與所述下定位部的定位通孔相配合的定位柱，兩個上定位板之間和兩個下定位板之間均通過螺栓固定連接。
進一步的，所述第一安裝塊上設置有u型凹槽，所述下定位板固定連接在所述u型凹槽內。
進一步的，所述附加框架包括前矩形框架和後矩形框架，所述前矩形框架和後矩形框架的內部水平兩側設置有一對第一連接端板，所述前矩形框架和後矩形框架上均設置有所述第二連杆和第三連杆，所述第二連杆和第三連杆的外側兩端設置有一對第二連接端板，所述前矩形框架和後矩形框架上均設置有若干斜撐。
進一步的，所述第三連杆和第二驅動機構之間設置有中間連接杆。
進一步的，所述固定塊與第二安裝塊之間通過豎向設置的第四連杆連接。
進一步的，所述第一滑塊和固定塊通過滾珠滑槽連接。
進一步的，所述第一驅動機構和第二驅動機構均包括滾珠絲槓和用於驅動滾珠絲槓的驅動電機，所述滾珠絲槓包括底座、螺杆、軸承、第二滑塊和頂蓋，所述底座固定在所述試驗檯面上。
進一步的，所述第三連杆與第二驅動機構之間設置有第一輪輻式傳感器，所述第一連杆與第一驅動機構之間設置有第二輪輻式傳感器。
進一步的，所述變形區的表面塗有標記點，所述新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗系統還包括用於捕捉所述變形區變化的攝像頭。
本發明具有以下有益效果：
本發明的夾持機構的上定位板和下定位板分別夾緊試驗樣板的上定位部和下定位部，可以防止試驗樣板在拉伸或剪切過程中起皺；下定位板位於豎向滑槽內，第一驅動機構驅動通過第一連杆驅動下約束裝置帶動下定位板沿著豎向滑槽上下滑動，此時，上定位板不可上下滑動，實現對試驗樣板的拉伸；位於附加框架上的第二連杆位於水平滑槽內且上約束裝置的固定塊和第一滑塊配合使用也在水平方面滑動，第二驅動機構通過第三連杆推動附加框架帶動上定位板左右滑動，此時，下定位板不能左右滑動，實現對試驗樣板的剪切。本發明承載能力強，結構緊湊、拆裝方便，可以實現拉伸-剪切雙向加載而互不幹涉，也可實現拉伸、剪切同時進行試驗，有利於金屬板料在不同加載路徑下進行研究，在實際操作中，本發明的試驗樣本不易起皺，並且能夠使試驗樣板高效、準確的雙向加載，適合於實際試驗檢測過程。
附圖說明
圖1為本發明的新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗系統的整體結構示意圖；
圖2為本發明的新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗系統的試驗樣板和夾持機構結構示意圖，其中(a)為試驗樣板示意圖，(b)為夾持機構示意圖；
圖3為本發明的新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗系統的夾持機構爆炸圖；
圖4為本發明的新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗系統的附加框架結構示意圖；
圖5為圖4的立體結構示意圖圖；
圖6為本發明的新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗系統的滾珠絲槓機構示意圖。
具體實施方式
為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。
本發明提供一種新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗系統，如圖1至圖6所示，包括試驗樣板1和試驗機，試驗機包括試驗臺面，試驗檯面上設置有夾持機構2，其中：
試驗樣板1包括上定位部1-1、下定位部1-2和位於上定位部1-1和下定位部1-2之間的變形區1-3，上定位部1-1和下定位部1-2上均設置有定位通孔1-4；
夾持機構2包括上約束裝置2-1、下約束裝置2-2、上定位板2-3和下定位板2-4，上定位板2-3和下定位板2-4均為兩個，兩個上定位板2-3和兩個下定位板2-4分別用於夾緊上定位部1-1和下定位部1-2；
下約束裝置2-2包括第一安裝塊2-2-1和連接在第一安裝塊2-2-1下方的第一連杆2-2-2，下定位板2-4固定連接在第一安裝塊2-2-1上，試驗檯面上在第一安裝塊2-2-1的兩側均固定設置有擋板3，兩個擋板3之間形成豎向滑槽，第一安裝塊2-2-1位於豎向滑槽內，第一連杆2-2-2的末端設置有用於提供拉應力的第一驅動機構4；
上約束裝置2-1包括固定塊2-1-1、能夠在固定塊2-1-1上水平滑動的第一滑塊2-1-2以及與第一滑塊2-1-2固定連接且與第一安裝塊2-2-1相對設置的第二安裝塊2-1-3，固定塊2-1-1固定設置在試驗檯面上，上定位板2-3固定連接在第二安裝塊2-1-3上；
上約束裝置2-1上設置有能夠推動上定位板2-3水平移動的附加框架5，附加框架5的水平兩側分別設置有第二連杆5-1和第三連杆5-2，試驗檯面上設置有水平滑槽6，第二連杆5-1位於水平滑槽6內，第三連杆5-2連接有用於提供剪切力的第二驅動機構7。
本發明的夾持機構的上定位板和下定位板分別夾緊試驗樣板的上定位部和下定位部，可以防止試驗樣板在拉伸或剪切過程中起皺；下定位板位於豎向滑槽內，第一驅動機構驅動通過第一連杆驅動下約束裝置帶動下定位板沿著豎向滑槽上下滑動，此時，上定位板不可上下滑動，實現對試驗樣板的拉伸；位於附加框架上的第二連杆位於水平滑槽內且上約束裝置的固定塊和第一滑塊配合使用也在水平方面滑動，第二驅動機構通過第三連杆推動附加框架帶動上定位板左右滑動，此時，下定位板不能左右滑動，實現對試驗樣板的剪切。本發明承載能力強，結構緊湊、拆裝方便，可以實現拉伸-剪切雙向加載而互不幹涉，也可實現拉伸、剪切同時進行試驗，有利於金屬板料在不同加載路徑下進行研究，在實際操作中，本發明的試驗樣本不易起皺，並且能夠使試驗樣板高效、準確的雙向加載，適合於實際試驗檢測過程。
進一步的，其中一個上定位板2-3上優選設置有與上定位部1-1的定位通孔1-4相配合的定位柱，其中一個下定位板2-4上也優選設置有與下定位部1-2的定位通孔1-4相配合的定位柱，兩個上定位板2-3之間和兩個下定位板2-4之間均通過螺栓固定連接，具體的，定位柱的高度小於試驗樣板的厚度，這樣設置不妨礙兩個上定位板/下定位板夾緊試驗樣板，定位柱與定位通孔配合，兩個上定位板和兩個下定位板緊緊夾住試驗樣板，防止試驗樣板在加載的過程中起皺或彎曲，提高了試驗的準確性。
進一步的，第一安裝塊2-2-1上優選設置有u型凹槽2-2-1-1，下定位板2-4固定連接在u型凹槽2-2-1-1內。下定位板卡在u型凹槽內，使得下定位板相對於第一安裝塊不能左右相對滑動，提高了試驗精度。
優選的，附加框架5可以包括前矩形框架5-3和後矩形框架5-4，前矩形框架5-3和後矩形框架5-4的內部水平兩側設置有一對第一連接端板5-5，優選的，為配合上定位板2-3和第一連接端板5-5的尺寸，第一連接端板5-5與上定位板2-3之間可以設置墊塊12，防止上定位板2-3和第一連接端板5-5之間間隙過大，前矩形框架5-3和後矩形框架5-4上均設置有第二連杆5-1和第三連杆5-2，第二連杆5-1和第三連杆5-2的外側兩端設置有一對第二連接端板5-6，前矩形框架5-3和後矩形框架5-4上均設置有若干斜撐5-7。斜撐杆可以增加前矩形框架和後矩形框架的牢固性。
優選的，第三連杆5-2和第二驅動機構7之間可以設置有中間連接杆8，第二驅動機構通過中間連接杆作用在附加框架的第三連杆上。中間連接杆可以方便第二驅動機構將剪切力作用在第三連接杆，不受第三連杆本身結構的影響。
本發明中，固定塊2-1-1優選通過多個支架板13固定在試驗檯面上，固定塊和支架板可以為一體結構，固定塊2-1-1與第二安裝塊2-1-3之間可以通過豎向設置的第四連杆2-1-4連接。第四連杆可以為2個，2個第四連杆固定更加牢固，方便安裝。
為減小摩擦力，第一滑塊2-1-2和固定塊2-1-1優選通過滾珠滑槽連接。滾珠滑槽大大降低了第一滑塊與固定塊之間的摩擦力，降低了部件的磨損率，也提高了精度。
為提高本發明的創造性，第一驅動機構4和第二驅動機構7均包括滾珠絲槓9和用於驅動滾珠絲槓9的驅動電機，滾珠絲槓9包括底座9-1、螺杆9-2、軸承9-3、第二滑塊和頂蓋，底座9-1固定在試驗檯面上。滾珠絲槓能得到較高的運動效率，並且能夠保證實現精確的微進給。
作為本發明的進一步改進，第三連杆5-2與第二驅動機構7的第二滑塊之間可以設置有第一輪輻式傳感器10，第一連杆2-2-2與第一驅動機構4的第二滑塊之間可以設置有第二輪輻式傳感器11。第一輪輻式傳感器和第二輪輻式傳感器的精度等級高，抗偏載能力強，值得注意的是，本發明的第一輪輻式傳感器和第二輪輻式傳感器也可以將應力大小變化通過控制器輸入到電腦等設備，便於分析應力大小。
另外，變形區1-3的表面優選塗有標記點，新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗系統還包括用於捕捉變形區1-3變化的攝像頭。攝像頭可以追蹤變形區的變形，可以將變形實時傳輸到電腦等設備上。
以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。