一种防屈曲夹持装置和试样及其装配方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种防屈曲夹持装置，该装置包括外夹板、内夹板、弹簧压板、螺旋弹簧、螺栓和螺母，所述的外夹板上布置了外状态凹陷部、左观测凹陷部和右观测凹陷部，所述的内夹板上布置了外状态凹陷部，同时，公布了本发明专利技术的防屈曲夹持装置的装配方法，并设计了与该夹持装置相匹配的试样，本发明专利技术还公开了该防屈曲夹持装置摩擦效应的消除方法。通过本发明专利技术的防屈曲夹持装置和试样及其装配方法，可以提升单轴压缩试验变形测量的范围、降低试验成本，且装置简单易操作，同时，通过本发明专利技术获取的试验数据将颠覆对包申格效应的传统认知，扩展对材料进行科学研究的深度，因此，本发明专利技术具有重要的理论与工程实践意义。

【技术实现步骤摘要】
一种防屈曲夹持装置和试样及其装配方法
本专利技术涉及材料力学性能测试，特别是金属材料的单轴压缩力学性能测试，具体是一种防屈曲夹持装置和试样及其装配方法。
技术介绍
金属薄板，特别是钢板和铝板作为一种重要的原材料，已经广泛应用于汽车车身及覆盖件的制造，为了保证材料的可靠性和生产的一致性，原材料供应商和主机厂对金属薄板的各种力学性能需要进行充分的论证和研究，其中，经典的试验是单轴拉伸试验，与之相对的单轴压缩试验，由于受到试验条件的限制而远没有单轴拉伸试验普及，而处于研究阶段。目前，涉及单轴压缩试验的主要包含两类：一是，金属薄板的拉压疲劳试验；二是，研究材料包申格效应的拉伸-卸载-压缩试验，简称T-C试验。为了防止薄板试样在压缩过程中出现屈曲失稳而导致试验失败，在薄板试样两侧增加防屈曲装置是必要的。防屈曲装置大致可分为两大类：“侧向载荷不可测量”的刚性夹持防屈曲装置和“侧向载荷可测量”的防屈曲夹持装置。“侧向载荷不可测量”的刚性夹持防屈曲装置主要用于金属薄板的疲劳试验，GBT26077-2010《金属材料疲劳试验轴向应变控制方法》对厚度小于2.5mm的薄板需要采用防屈曲装置以防止试样出现屈曲失稳影响试验结果，给出了夹持装置的示意图，试样被一对夹持钢板通过螺栓直接拧紧连接，并详细规定了试验方法。由于该夹持装置侧向载荷不可知，必然导致摩擦力不可知，只能选择忽略，在大变形条件下，显然是不能被忽略的。但是，在疲劳载荷条件下，试样的拉压变形非常小，试样和夹持装置的相对运动一般可忽略，因此，由摩擦效应(FrictionEffect)导致的试验误差一般是可控的和可接受的。“侧向载荷可测量”的防屈曲夹持装置主要用于金属薄板的包申格效应(BauschingerEffect)的研究，包申格效应是指金属材料经过预先加载产生塑性变形，卸载后反向加载，屈服强度降低的现象。这一现象在1886年由德国工程师Bauschinger首先发现，并被以其名命名，简称为BE(Bauschingereffect)。随着汽车产业的发展，汽车车身金属用材种类越来越多，且都是薄板，因此，研究金属薄板的包申格效应对零件的冲压成形就显得越来越重要。传统文献对包申格效应的研究成果，通常是在轴向拉压试验条件下进行的，存在两种加载方式：先拉伸-卸载-后压缩，或先压缩-卸载-后拉伸，即T-C加载或C-T加载。由于供应商提供给主机厂的原材料是钢卷或铝卷，只能制作薄板的拉伸试样，若直接用于单轴压缩试验，则容易在厚度方向产生屈曲失稳，R.K.Boger报道了“T-buckling，L-buckling，W-buckling”等屈曲失稳模式【R.K.Boger，R.H.Wagoner，Continuous，largestrain，tension/compressiontestingofsheetmaterial，InternationalJournalofPlasticity21(2005)2319–2343】，因而，导致单轴压缩试验失败。目前，侧向载荷的控制与测量，主要存在两种方法：一是，弹簧系统；二是，液压系统。由于侧向载荷可测量，摩擦效应的影响可以定量评估，与“侧向载荷不可测量”的刚性夹持防屈曲装置相比，“侧向载荷可测量”的弹簧或液压系统防屈曲夹持装置，可研究的试样压缩变形程度更大，下面通过文献进行介绍。F.Yoshida在2002年设计了一种拉压试验装置和方法【FusahitoYoshida，TakeshiUemori，KenjiFujiwara，Elastic-plasticbehaviorofsteelsheetsunderin-planecyclictension–compressionatlargestrain，InternationalJournalofPlasticity18(2002)633–659】，该系统由两部分构成，第一，叠片试样由多片相同的薄板试样粘接起来；第二，对叠片试样两侧施加夹持钢板，钢板由四个螺栓和弹簧进行连接，夹持力通过弹簧压缩施加，位移则通过引伸计在叠片试样侧面测量。H.Huh在2011年设计了一种防屈曲夹持装置【G.H.Bae&H.Huh，Tension/compressiontestofauto-bodysteelsheetswiththevariationofthepre-strainandthestrainrate，WITTransactionsonEngineeringSciences，Vol72，2011】，该夹持装置主要由四块四边形钢板、两块H型钢板、八个弹簧和螺栓组成，在试样两侧对称布置，夹持力通过弹簧压缩施加，位移测量通过DIC非接触测量系统在试样侧面测量。A.M.Beese在2011年设计了一种防屈曲的夹持装置【AllisonM.Beese，DirkMohr，EffectofstresstriaxialityandLodeangleonthekineticsofstrain-inducedaustenite-to-martensitetransformation，ActaMaterialia59(2011)2589–2600】，该装置由三块钢板和14个螺旋弹簧和螺栓组成，弹簧布置在试样的一侧，夹持力通过弹簧压缩施加，同时，在弹簧布置的另一侧的钢板上开一个位移测量观测孔，可通过DIC非接触测量系统测量标距的长度变化。R.K.Boger在2005年设计了一种防屈曲的夹持装置【R.K.Boger，R.H.Wagoner，Continuous，largestrain，tension/compressiontestingofsheetmaterial，InternationalJournalofPlasticity21(2005)2319–2343】，与弹簧提供夹持力不同，该装置是通过一套液压系统对试样施加侧向载荷，位移则通过引伸计或DIC非接触测量系统在试验试样侧面测量，其优点是侧向载荷可以精确控制，缺点是该系统的设备成本较高。以上文献中涉及两大类单轴压缩试验的防屈曲装置，其共同点是仅解决了厚度方向的防屈曲失效的问题，若要拓展材料研究的科学深度、达成更进一步的试验目的，还存在以下四个核心技术问题必须予以考虑，即现有技术的不足：第一，宽度方向屈曲失稳。尽管文献中的防屈曲夹持装置非常好的解决了厚度方向屈曲失稳的问题，但是，在出现“局部颈胀”(与单轴拉伸中局部颈缩相对的概念)的大变形条件下，试样在宽度方向可能发生屈曲失稳，Simha报道了该屈曲失稳模式【Simha，ModellingSpringbackofBentHydroformedDual-PhaseSteelTubes，GDIS2016】，产生宽度方向屈曲失稳的主要原因是试样的不合理设计，比如试样夹持端的距离过大、试样的长宽比过大等。第二，单轴压缩状态。由于试样的两侧或单侧受到侧向力，导致标距区域不是单轴压缩状态，更准确的说是双轴状态或产生了双轴效应(BiaxialEffect)，而理论上要求是严格的单轴压缩状态。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防屈曲夹持装置，包括外夹板、内夹板、弹簧压板、螺旋弹簧、螺栓和螺母，外夹板、内夹板及弹簧压板布置有若干螺栓孔，螺栓依次穿经外夹板、内夹板、弹簧压板上的螺栓孔，外夹板与内夹板用于夹持试样，内夹板与弹簧压板用于夹持螺旋弹簧，螺栓套设于螺旋弹簧之中，螺栓的尾端从弹簧压板的螺栓孔穿出后使用螺母锁紧，其特征在于：/n所述的外夹板，在平行于单轴压缩方向上布置有一个外状态凹陷部；/n所述的内夹板，在平行于单轴压缩方向上布置有一个内状态凹陷部；/n所述的外状态凹陷部和内状态凹陷部，两者大小、形状均相同，且外夹板与内夹板夹持试样后，两者位置对应或位置重合。/n

【技术特征摘要】
1.一种防屈曲夹持装置，包括外夹板、内夹板、弹簧压板、螺旋弹簧、螺栓和螺母，外夹板、内夹板及弹簧压板布置有若干螺栓孔，螺栓依次穿经外夹板、内夹板、弹簧压板上的螺栓孔，外夹板与内夹板用于夹持试样，内夹板与弹簧压板用于夹持螺旋弹簧，螺栓套设于螺旋弹簧之中，螺栓的尾端从弹簧压板的螺栓孔穿出后使用螺母锁紧，其特征在于：
所述的外夹板，在平行于单轴压缩方向上布置有一个外状态凹陷部；
所述的内夹板，在平行于单轴压缩方向上布置有一个内状态凹陷部；
所述的外状态凹陷部和内状态凹陷部，两者大小、形状均相同，且外夹板与内夹板夹持试样后，两者位置对应或位置重合。


2.根据权利要求1所述的防屈曲夹持装置，其特征在于：所述的外夹板，在位于外状态凹陷部的两侧布置有左观测凹陷部和右观测凹陷部。


3.根据权利要求2所述的防屈曲夹持装置，其特征在于：所述的外夹板、内夹板和弹簧压板，三者的长度、宽度和厚度均相同，且布置有螺栓孔，数量为4个，且对称布置于四角处。


4.根据权利要求3所述的防屈曲夹持装置，其特征在于：所述的外状态凹陷部和内状态凹陷部，其形状为“长方形”或“中间为长方形两端为半圆”，且布置在外夹板和内夹板的正中间，即外状态凹陷部的平面几何中心与外夹板的平面几何中心重合，内状态凹陷部的平面几何中心与内夹板的平面几何中心重合。


5.根据权利要求4所述的防屈曲夹持装置，其特征在于：所述的左观测凹陷部和右观测凹陷部，平行于外状态凹陷部布置，其大小、形状、平面几何中心水平位置与外状态凹陷部一致，且左观测凹陷部和右观测凹陷部分别与外状态凹陷部的水平间距相等。


6.根据权利要求5所述的防屈曲夹持装置，其特征在于：所述的外夹板、内夹板和弹簧压板，三者的材质，或者均为金属材料，或者均为透明的有机玻璃材料；所述的外夹板上布置的外状态凹陷部、左观测凹陷部和右观测凹陷部为穿透孔；所述的内夹板上布置的内状态凹陷部为穿透孔。


7.根据权利要求5所述的防屈曲夹持装置，其特征在于：所述的外夹板、内夹板和弹簧压板，三者的材质均为透明的有机玻璃材料；所述的外夹板上布置的外状态凹陷部、左观测凹陷部和右观测凹陷部为不贯穿的凹槽；所述的内夹板上布置的内状态凹陷部为不贯穿的凹槽。


8.一种与防屈曲夹持装置相匹配的试样，与权利要求1-7中任一项所述的防屈曲夹持装置匹配使用...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖锋，
申请(专利权)人：武汉上善仿真科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42