复杂应力路径下薄板变形过程应力应变测量装置及方法制造方法及图纸

复杂应力路径下薄板变形过程应力应变测量装置及方法，以解决现有的试验装置和方法无法获得板材在一般复杂路径加载条件下变形全过程的应力、应变数据，从而无法准确、全面描述材料在复杂应力路径下的变形特性的问题，复杂应力路径下薄板变形过程应力应变测量装置包括底座、施力机构、充液压板、上模板、玻璃板、阶梯凹模、压力传感器、控制系统、充液压力系统、动力系统、CCD相机、多个支撑块和多个连接杆；测量方法步骤：步骤一、制作阶梯凹模和切割薄板；步骤二、组装充液；步骤三、板材胀形；步骤四、应力应变信息采集；步骤五、拆卸装置保存实验数据。本发明专利技术用于薄板在复杂应力路径下的应力应变测试。

Device and method for measuring stress and strain of thin plate deformation process under complex stress path

The complex process of stress and strain measurement device and method for deformation of thin plate under the stress path, in order to solve the existing test device and method can't obtain the plate in general complex loading paths under the condition of the whole process of deformation of the stress and strain data, which can accurately and comprehensively describe the materials in the complex stress path under the deformation characteristics of problem. A complicated process of stress and strain measuring device comprises a base, a force applying mechanism, charging plate, upper plate, glass plate, ladder die, pressure sensor, control system, liquid pressure system, power system, CCD camera, and a plurality of supporting blocks and a plurality of connecting rod deformation path of sheet; measuring method step one step, making the die and cutting the sheet; step two, step three, filling assembly; sheet hydroforming; step four, the stress and strain information acquisition; step five, dismantling Save experimental data. The present invention is used to test the stress and strain of thin plate under complex stress path.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄壁板材变形过程应力应变测量装置及方法，具体涉及复杂应力路径下薄板变形过程应力应变测量装置及方法。
技术介绍
随着高新武器装备对高可靠性和长寿命的要求，迫切需要采用整体构件代替传统的拼焊组装结构。为实现此类复杂薄壁整体构件的成形，往往需要经历复杂的变形过程，板材变形过程中坯料形状、尺寸和边界条件的改变都导致应力路径发生变化，加载路径呈现出非线性。实际的薄壁板材都具有一定程度的各向异性，在不同的加载路径下会表现出不同的变形特性和成形性能，需要用尽量接近实际成形条件的实验来获得对应的应力、应变等数据，从而实现对板材特性的精确描述和表征。以往，主要采用单向拉伸、圆形模具胀形或椭圆形模具胀形等方法来测试材料性能。但是，上述这些方法都只能获得某种固定不变的应力状态下的材料变形数据，即板材平面内两个方向的应力比值在变形过程中保持恒定。例如，单向拉伸时获得的是单轴应力状态，圆形模具胀形获得的是双向等拉应力状态，椭圆形模具胀形获得的是两个方向应力值不等的双向拉伸应力状态。这些加载路径被称为简单加载或比例加载。近年来，出现了板材双向拉伸实验方法及专用双向拉伸测试系统。采用专门设计的十字形试样，通过调整和控制两个相互垂直方向的拉伸力和拉伸速度可实现试样的双向加载实验。通过试验机的力、位移和应变测量系统，可以得到变形过程中材料的应力、应变等数据。目前，十字试样双向拉伸实验已被广泛用于测试板材的力学性能。理论上而言，采用十字试样双向拉伸实验也可以使材料在一定的非比例加载条件下变形，即变形过程中两个互相垂直方向的应力比值发生相应变化。但是，由于拉伸过程中十字试样的形状将随着变形的进行而不断发生变化，在等效应变超过10％甚至更小数值时，试样已经严重偏离原有的十字形状，其变形已经非常不稳定或不可控，因此也就无法再获得后续的应力、应变等试验数据。这一不足，严重限制了十字试样双向拉伸实验方法的应用，特别是该方法无法用于获得材料在实验后期的非稳定变形及最终失效破坏阶段的应力、应变信息。如上所述，实际薄壁板材特别是各向异性明显的板材在复杂加载条件下将表现出完全不同的变形行为。但是，不论是单向拉伸实验、圆形/椭圆形模具胀形实验，还是板材十字试样双向拉伸实验，都只能实现简单的加载条件，或者只能实现较小变形程度的非比例复杂加载条件。利用这些实验，都无法获得一般的复杂加载条件下变形全过程的应力、应变数据，从而无法准确、全面描述材料在复杂应力路径下的变形特性。因此，需要建立能够实现复杂加载路径的条件并获得变形过程中的应力应变信息，从而对板材在复杂加载条件下的变形行为进行准确描述。
技术实现思路
本专利技术是为解决现有的试验装置和方法无法获得板材在一般复杂路径加载条件下变形全过程的应力、应变数据，从而无法准确、全面描述材料在复杂应力路径下的变形特性的问题，进而提供一种复杂应力路径下薄板变形过程应力应变测量装置及方法。本专利技术为了实现上述技术问题采取的技术方案是：复杂应力路径下薄板变形过程应力应变测量装置包括底座、施力机构、充液压板、上模板、玻璃板、阶梯凹模、压力传感器、控制系统、充液压力系统、动力系统、CCD相机、多个支撑块和多个连接杆；所述底座通过多根所述连接杆与所述上模板连接，所述阶梯凹模上加工有孔径逐渐减小的渐缩孔，所述阶梯凹模的渐缩孔的小口所在的端面与所述上模板的下表面固定连接，位于所述阶梯凹模下方的所述底座上安装有施力机构，所述施力机构的输出端固装有所述充液压板，所述充液压板与所述阶梯凹模的渐缩孔的大口端相对设置，所述上模板上开设有与所述阶梯凹模的渐缩孔的小口贯通的观测孔，所述上模板的上表面安装有多个所述支撑块，多个所述支撑块上安装有所述玻璃板；所述玻璃板和所述上模板水平布置；所述上模板的观测孔正上方布置有所述CCD相机，所述充液压板上表面和所述阶梯凹模的渐缩孔的大口所在的端面之间密封布置有待测的薄板，所述薄板上喷涂有随机分布的散斑的一板面朝向CCD相机设置，所述动力系统的液体介质出口和所述施力机构的液体介质入口连通，所述充液压力系统与所述充液压板的压力介质入口连通，所述充液压力系统的出口管道上安装有用于检测出口介质压力的压力传感器，所述CCD相机的图像信号输出端与所述控制系统的图像信号输入端连接，所述压力传感器的压力信号输出端与所述控制系统的压力信号输入端连接，所述控制系统用于处理输入的图像信息和压力信息。复杂应力路径下薄板变形过程应力应变测量方法，按照以下步骤实现：步骤一、按实验需要设计制作相应的阶梯凹模，并按照实验要求切割薄板；步骤二、将薄板放置于充液压板上表面和阶梯凹模之间，在控制系统的控制下通过电液伺服阀将动力系统中液体介质通入到施力机构中，施力机构输出端推动充液压板向阶梯凹模运动从而将薄板压紧密封；步骤三、控制系统控制充液压力系统经过压力介质入口向薄板和充液压板之间通入压力介质使薄板向阶梯凹模方向胀形，随着胀形的进行，薄板与阶梯凹模接触时受到模具的作用使得薄板胀形时外轮廓形状发生改变；步骤四、压力传感器采集薄板与充液压板之间压力介质的压力值，CCD相机记录薄板变形时散斑的变化；上述信息传入到控制系统经过分析处理得到薄板在不同位置处的位移、应力、应变以及压力介质的压力信息；步骤五、使薄板发生稳定且持续的胀形变形直至破裂，保存实验数据，拆下实验后变形的板材。本专利技术的有益效果是：一、本专利技术提出的阶梯凹模胀形法，胀形过程中通过阶梯凹模对胀形时的板材进行约束使得板材在胀形过程中顶点处的应力状态发生变化，从而实现板材在复杂加载路径下发生变形，获得相应的应力应变数据用于理论研究。实现过程较为简单，不需要特殊的设备，简单易行。二、通过改变阶梯凹模的截面形状就可以实现不同的复杂加载路径，无需进行程序控制，因此加载过程简单且连续、稳定，全过程的应力应变数据都可以完整、精确测量。三、本专利技术采用底座、连接杆和上模板连接而成装置的主要框架，结构简单而紧凑；采用单个驱动单元提供密封压力，简单而便于操作。四、板材胀形过程中应力值可以通过计算公式计算得到，计算公式中所涉及的参数均能通过CCD相机精确测量并经过控制系统处理得到，应力测量结果精确；应变值是通过CCD相机测量经由控制系统处理得到，应变测量结果精确；因此可以较为精确地获得板材在复杂应力状态下变形时的应力应变信息。五、应变测量是通过向板材上喷涂散斑然后由CCD相机测量并经过处理得到，无需粘贴应变片或采用球径仪等工具，操作简单且测量结果可靠。六、试样制备简单，只需要将板材制成大小合适的圆形试样即可。附图说明图1为复杂应力路径下薄板变形过程应力应变测量装置示意图，图2为采用CCD相机对板材变形过程进行测量的示意图，图3为常规椭圆形开口凹模实现板材胀形原理图，图4为胀形后得到板材外轮廓形状分析示意图，图5a为带有渐缩孔的阶梯凹模示意图，图5b为阶梯凹模某横截面接近圆形的形状示意图，图5c为阶梯凹模某椭圆形横截面的短轴小于图5b圆形截面的半径的形状示意图，图5d为阶梯凹模某椭圆形横截面的短轴小于图5c的椭圆形横截面的短轴的形状示意图，图5e为阶梯凹模某椭圆形横截面的短轴小于图5d的椭圆形横截面的短轴的形状示意图，图5f为阶梯凹模某椭圆形横截面的短轴小于图5e的椭圆形横截面的短轴的形状示意图，图本文档来自技高网...

【技术保护点】
复杂应力路径下薄板变形过程应力应变测量装置，其特征在于：它包括底座(1)、施力机构(3)、充液压板(5)、上模板(6)、玻璃板(8)、阶梯凹模(10)、压力传感器(11)、控制系统(12)、充液压力系统(13)、动力系统(14)、CCD相机(9)、多个支撑块(7)和多个连接杆(2)；所述底座(1)通过多根所述连接杆(2)与所述上模板(6)连接，所述阶梯凹模(10)上加工有孔径逐渐减小的渐缩孔，所述阶梯凹模(10)的渐缩孔的小口所在的端面与所述上模板(6)的下表面固定连接，位于所述阶梯凹模(10)下方的所述底座(1)上安装有施力机构(3)，所述施力机构(3)的输出部固装有所述充液压板(5)，所述充液压板(5)与所述阶梯凹模(10)的渐缩孔的大口端相对设置，所述上模板(6)上开设有与所述阶梯凹模(10)的渐缩孔的小口贯通的观测孔，所述上模板(6)的上表面安装有多个所述支撑块(7)，多个所述支撑块(7)上安装有所述玻璃板(8)；所述玻璃板(8)和所述上模板(6)水平布置；所述上模板(6)的观测孔正上方布置有所述CCD相机(9)，所述充液压板(5)上表面和所述阶梯凹模(10)的渐缩孔的大口所在的端面之间密封布置有待测的薄板(15)，所述薄板(15)上喷涂有随机分布的散斑(16)的一板面朝向CCD相机(9)设置，所述动力系统(14)的液体介质出口和所述施力机构(3)的液体介质入口(3‑3)连通，所述充液压力系统(13)与所述充液压板(5)的压力介质入口(5‑1)连通，所述充液压力系统(13)的出口管道上安装有用于检测出口介质压力的压力传感器(11)，所述CCD相机(9)的图像信号输出端与所述控制系统(12)的图像信号输入端连接，所述压力传感器(11)的压力信号输出端与所述控制系统(12)的压力信号输入端连接，所述控制系统(12)用于处理输入的图像信息和压力信息。...

【技术特征摘要】
1.复杂应力路径下薄板变形过程应力应变测量装置，其特征在于：它包括底座(1)、施力机构(3)、充液压板(5)、上模板(6)、玻璃板(8)、阶梯凹模(10)、压力传感器(11)、控制系统(12)、充液压力系统(13)、动力系统(14)、CCD相机(9)、多个支撑块(7)和多个连接杆(2)；所述底座(1)通过多根所述连接杆(2)与所述上模板(6)连接，所述阶梯凹模(10)上加工有孔径逐渐减小的渐缩孔，所述阶梯凹模(10)的渐缩孔的小口所在的端面与所述上模板(6)的下表面固定连接，位于所述阶梯凹模(10)下方的所述底座(1)上安装有施力机构(3)，所述施力机构(3)的输出部固装有所述充液压板(5)，所述充液压板(5)与所述阶梯凹模(10)的渐缩孔的大口端相对设置，所述上模板(6)上开设有与所述阶梯凹模(10)的渐缩孔的小口贯通的观测孔，所述上模板(6)的上表面安装有多个所述支撑块(7)，多个所述支撑块(7)上安装有所述玻璃板(8)；所述玻璃板(8)和所述上模板(6)水平布置；所述上模板(6)的观测孔正上方布置有所述CCD相机(9)，所述充液压板(5)上表面和所述阶梯凹模(10)的渐缩孔的大口所在的端面之间密封布置有待测的薄板(15)，所述薄板(15)上喷涂有随机分布的散斑(16)的一板面朝向CCD相机(9)设置，所述动力系统(14)的液体介质出口和所述施力机构(3)的液体介质入口(3-3)连通，所述充液压力系统(13)与所述充液压板(5)的压力介质入口(5-1)连通，所述充液压力系统(13)的出口管道上安装有用于检测出口介质压力的压力传感器(11)，所述CCD相机(9)的图像信号输出端与所述控制系统(12)的图像信号输入端连接，所述压力传感器(11)的压力信号输出端与所述控制系统(12)的压力信号输入端连接，所述控制系统(12)用于处理输入的图像信息和压力信息。2.根据权利要求1所述复杂应力路径下薄板变形过程应力应变测量装置，其特征在于：所述复杂应力路径下薄板变形过程应力应变测量装置还包括转接板(4)，所述施力机构(3)的输出部与所述充液压板(5)之间布置有与二者连接的所述转接板(4)。3.根据权利要求1或2所述复杂应力路径...

【专利技术属性】
技术研发人员：何祝斌，张坤，苑世剑，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23