一种热环境双向拉伸十字形试件，基于双向拉伸试验国际标准ISO/CD16842所推荐的试件基本尺寸，采用臂上开缝、单边减薄、圆角外扩的方式，有效得增加了试件中心区域拉伸应变量，减小了十字臂上相对的应变量和由剪应力带来中心区过早开裂的影响，避免了因热环境下金属材料软化十字件中心区域应变量相对减小的问题。该设计方案在计算中心区域应力时误差小，并保证了材料在热环境下双向拉伸时后屈服点的变形量，满足了对材料后屈服点变形行为研究的试验需求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种材料拉伸试验所需的十字形试件，该专利技术属于热环境双向拉伸力学性能测试领域。技术背景板料是经过多次乳制所得到的，这样的生产方式导致板料通常是各向异性的。在研究高温下各向异性板料力学性能时以往的办法是采用不同方向上的单向拉伸试验。但是靠单向拉伸得到的材料应力应变曲线与承受复杂载荷的实际材料性能有一定的差距。于是在1967年Shiratori和Ikegami提出了一种与板料受到复杂加载的实际情况更吻合的十字拉伸技术，同时也提出了一种十字形试样，但是其设计的十字臂面积远小于中心区，导致在进行试验时十字臂会先于中心区断裂。另外，先进的板料成形技术很多是在高温下进行的，而高温下金属材料具有明显不同于常温的力学性能，因此在研究板料力学性能时往往需要加上热温环境这一条件。对十字件设计同样如此，热环境下金属板料发生软化，臂上载荷完全不同于常温下的拉伸试验，这样对十字试样的设计就有了新的要求。随着对拉伸技术的研究越来越多，十字试样的设计也有了很大的发展。但是对于热温环境下十字形试件的研究依旧是空白。十字形试样设计的原则有两点:1、尽量避免十字臂上应力集中，这样使中心区域拉伸量尽可能大；2、中心区域应力分布要均匀，这样才能在计算应力时的偏差尽可能得减小。当前十字形试件设计的三种主要方案:中心区四周开圆弧槽、中心区减薄和臂上开缝。在十字臂交界处利用圆弧开槽可以有效避免交界处在拉伸过程中提早张裂；中心区域减薄可以避免载荷集中在十字臂上，从而增加中心区的应变；臂上开缝型十字形试件可以有效得减小中心区剪应力。当前十字形试件应用比较广泛的是2014年颁布的双向拉伸试验国际标准ISO/⑶16842所推荐的试件是基于1998年日本专家Kuwabara在研究低碳钢十字拉伸时的设计。该标准式样长度为240mm，臂宽为50mm，采用的是闭上开缝的方法，并没有对中心区域进行加工 ο该试件的设计对于常温下金属板料在屈服点附近的应力状态研究有一定作用，但是其中心区域的延伸率过小，因此需要考虑在此基础上对中心区域减薄。减薄的方法通常来说一种是试件中心的两边都减薄，一种是仅对一边减薄，Makinde和M.Merklein对热环境中试件设计的减薄方式分别有过讨论。另外像北航吴向东等也在前人的基础上进行过研究，并申请了专利号为CN101251453的专利。对于一般厚度(2_3mm)试件而言如果采用双边减薄的办法很难用机加工完成，除非采用电火花加工，而这样做很大程度上又提高了加工的成本。综上所述本文以ISO/⑶16842的标准试样长度和臂宽为基础采用单边减薄的方式设计了十字形试件。 Shiratori E, Ikegami K.A new biaxial tensile testingmachine with flat specimen.Bulletin of the Tokyo Institute ofTechnology, 1967, 82:105-118. Hannon A, Tiernan P.A review of planar biaxial tensiletest systems for sheet metal.Journal of Materials ProcessingTechnology, 2008，198(1-3):1-13.余海燕.金属薄板十字拉伸试验设计关键技术.同济大学学报:自然科学版，2013，41 (4):551-558.Kuwabara T, Ikeda S, Kuroda K.Measurement and analysis of differentialwork hardening in cold-rolled steel sheet under biaxial tens1n.Journal ofMaterials Processing Technology, 1998, 80-81:517-523.Makinde A, Thibodeau L, Neale K.Development of an apparatusfor biaxial testing using cruciform specimens .Experimentalmechanics, 1992, 32(2):138-144.Merklein M, Biasutti M.Development of a biaxial tensile machine forcharacterizat1n of sheet metals.Journal of Materials Processing Technology, 2013，213(6):939-946.韩非，万敏，吴向东，et al.基于极限应力分析的十字形双向拉伸试件设计.北京航空航天大学学报，2007，33(5):600-604.韩非，万敏，吴向东，et al.臂上开缝且中心区减薄型十字形试件, 2008-08-27.
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于热环境双向拉伸的十字形试件，该试件的优点在于中心减薄区域能够在热环境下完成大变形，变形量远大于四臂；中心减薄区域设计面积大，应力分布均匀且应力计算结果与实际较吻合；减薄区域与四周有过较长的渡圆角避免了变形过程中该位置的应力集中；臂与臂之间过渡圆角向外扩至3mm，既保证了有效消除剪应力又控制了中心区域正应力计算时带来的误差；采用臂上开缝与臂上圆角外扩相结合的方式减小了试件变形过程中产生的剪应力；减薄方式采用单边减薄，加工成本低。本专利技术的技术方案如下:采用2014年颁布的双向拉伸试验国际标准IS0/CD16842所推荐试件的长度和宽度为基础，其特征在于:(I)中心槽为方形，槽深与试件厚度比为0.45，宽度为45mm，四周过渡圆角为1mm，(2)中心减薄区域与四周有过渡圆角，过渡区长度为2mm，(3)十字件采用臂上开缝设计，缝宽0.5mm，长73.5mm，臂缝在臂上均与分布，靠近中心区域处但与之不相交，⑷十字臂之间有过渡圆角，圆角向外扩，圆角半径R= 3mm。【附图说明】图1为国际标准IS0/CD16842所推荐试件。图2为臂上均匀开缝、单边减薄十字形试件实例。具体方案实施下面通过图和实例对本专利技术作进一步的技术方案说明:采用2014年颁布的双向拉伸试验国际标准ISO/⑶16842所推荐试件为基础，如图1:试件长度为240mm，长宽相等，臂上宽度为50mm，臂上缝隙在靠近中心区域的位置，每个臂上开缝数为7条，缝宽0.5mm，缝与缝之间均匀分布，间隙为6.25mm，缝长在两倍臂宽和单倍臂宽之间。如图2所示，臂上开缝起始位置在远离中心区域处，以避免加工过程中带来的缺陷导致开缝位置过早破裂；开缝长度定为73.5mm，保证装夹后开缝起始位置在夹头压紧区域内；臂与臂之间过渡圆角向外扩至3mm ;中心槽为方形，槽深与试件厚度比为0.45，宽度为45mm，四周过渡圆角为1mm，中心减薄区域与四周有过渡圆角，过渡区长度为2mm。【主权项】1.一种热环境双向拉伸十字形试件，采用2014年颁布的双向拉伸试验国际标准ISO/CD16842所推荐试件的长度和宽度为基础，其特征在于:(1)中心槽为方形，槽深与试件厚度比为0.45，宽度为45mm，四本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种热环境双向拉伸十字形试件，采用2014年颁布的双向拉伸试验国际标准ISO/CD16842所推荐试件的长度和宽度为基础，其特征在于：(1)中心槽为方形，槽深与试件厚度比为0.45，宽度为45mm，四周过渡圆角为1mm，(2)中心减薄区域与四周有过渡圆角，过渡区长度为2mm，(3)十字件采用臂上开缝设计，缝宽0.5mm，长73.5mm，臂缝在臂上均与分布，靠近中心区域处但与之不相交，(4)十字臂之间有过渡圆角，圆角向外扩，圆角半径R＝3mm。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李晓星，肖瑞，葛宇龙，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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