【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于板材塑性加工领域，特别是涉及一种直接测定板材面内任意方向各向异性系数的实验系统。
技术介绍
1、复杂薄壁零部件具有良好的抗弯抗扭性能、显著的减重效果等优良性能而广泛应用于航空、航天、汽车等领域。该类构件在成形时往往会经历复杂的变形过程，成形区域经常出现断裂、起皱等缺陷，提高了零部件的制造难度，为了降低制造成本，优化工艺流程，有必要通过精确的数值仿真来预测成形结果。目前薄壁金属板材通常是通过轧制成形的，在成形过程中材料会发生剧烈变形，导致材料内部晶粒择优取向，从而表现出明显的面内各向异性。材料的面内各向异性特性会显著影响材料在成形过程中的变形行为，为了优化制造工艺、降低制造成本，需要对材料的面内各向异性特性进行准确测定。
2、目前，板材的力学性能通常依据国家标准gbt 228.1-2021，通过单向拉伸实验来测定，沿板材不同方向进行裁切得到单向拉伸试样，进而进行单向拉伸实验，获得待测材料面内不同方向的力学性能参数。通过该种方法仅能获得离散的实验数据，难以保证每次独立实验的实验条件和实验过程完全一致。且各向异性意味着随加载方向改变而连续变化的特性，对各向异性塑性流动最恰当的描述应是连续变化的材料性能数据，因此采用现有的测试方法会出现不可避免的误差，从而使得数值仿真结果与实验结果存在较大的偏差，例如：连昌伟、吕超和胡卫龙的文章“材料特性数据对成形仿真精度的影响(上)———实验数据及其应用”以及韩非、连昌伟和胡卫龙的文章“材料特性数据对成形仿真精度的影响(下)——实验方法的完善”均分析了实验数据的不合理可能引起
3、为了解决上述难题，本专利技术提供一种直接测定板材面内任意方向各向异性系数的实验系统，实验结果能直接反映板材面内任意方向的塑性变形情况，为测定板材面内任意方向各向异性系数奠定实验基础。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种直接测定板材面内任意方向各向异性系数的实验系统，以解决上述现有技术存在的问题，实验结果能直接反映板材面内任意方向的塑性变形情况，既可用于直接测定板材的面内各向异性系数，又可用于实验验证材料本构模型。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种直接测定板材面内任意方向各向异性系数的实验系统，包括实验试样、实验模具、压力机、数据采集单元、夹具、数据处理单元和回转台；
4、所述实验试样从待测板材上截取，实验试样中心带有形状封闭的孔洞，实验试样通过实验模具发生能够用于直接测定待测板材面内任意方向各向异性系数所需的塑性变形；
5、所述实验模具采用分体设计，实验过程中，冲头可根据需求更换；实验模具包括上连接板、支撑柱、冲头、压边圈连接板、压边圈、凹模和凹模垫板，在安装过程中保证上连接板、冲头、压边圈连接板、压边圈、凹模、凹模垫板的中心在同一轴线上；上连接板与压力机的滑块直接相连，随压力机的滑块沿着模具的轴线方向上下移动，上连接板中心存在通孔，通孔的尺寸大于冲头的尺寸，冲头上下移动时可通过该通孔，保证冲头的移动不受上连接板的影响；
6、所述支撑柱分布于上连接板与压边圈连接板之间以及凹模和凹模垫板之间，支撑柱的连线呈矩形或绕冲头的轴线呈周状分布，使压边圈连接板和凹模受力更均匀，从而使得在合模过程中实验试样受到的压边力更均匀；
7、所述冲头具有两种，两种冲头的尺寸和形状不同，实验过程中通过两种不同的冲头分别实现对实验试样的翻边成形和压延成形；冲头与压力机的滑块直接相连，在压力机的滑块带动下沿着实验模具的轴线方向上下移动；
8、所述压边圈连接板与支撑柱、压边圈直接相连，实验时支撑柱传递的力通过压边圈连接板均匀地传递给压边圈，压边圈连接板中间存在通孔，通孔的尺寸大于冲头的尺寸，冲头上下移动时可通过该通孔，保证冲头的移动不受压边圈连接板的影响；
9、所述压边圈中心存在通孔，通孔的尺寸大于成形过程中所用冲头的尺寸；压边圈分为可自由拆卸的两部分，分别用于翻边成形和压延成形；压边圈上存在拉延筋，在压延成形过程中，该部分可增大实验试样直壁区的变形量，使实验过程中直壁区所有位置均进入塑性变形状态；压边圈与压边圈连接板的底部直接相连，实验过程中压边圈随着压边圈连接板一起沿着实验模具轴线方向移动，到达一定位置处时压边圈底部与实验试样顶面接触，传递合模力；
10、所述凹模位于压边圈下方，凹模中心存在通孔，通孔的尺寸大于成形过程中所用冲头的尺寸；凹模也分为可自由拆卸的两部分，分别用于翻边成形和压延成形；凹模表面存在与压边圈上的拉延筋形状和尺寸相适配的凹槽，在成形过程中与拉延筋之间相互配合，增大实验试样直壁区的变形量，使实验过程中直壁区所有位置均进入塑性变形状态；凹模通过支撑柱与凹模垫板直接相连；
11、所述凹模垫板通过支撑柱与凹模相连，底部固定在压力机的工作台上，避免实验过程中受到外力影响使凹模移动，导致测定结果不准；
12、所述压力机为实验试样的塑性变形提供所需的压力；压力机具有两个可动滑块，一个滑块与实验模具的上连接板直接相连，另一个滑块与实验模具的冲头直接相连；
13、所述数据采集单元用于在实验过程中测量试样直壁区的变形特征，包括应变和应变增量；数据采集单元通过夹具固定在回转台上，可按需通过夹具在回转台轨道上移动，实现试样直壁区任意位置处变形特征信息的实时自动采集；数据采集单元与实验试样间距离、高度关系需满足可靠准确测量试样直壁区的变形特征信息的要求；数据采集单元可布置n套，其中n为正整数；当数据采集单元数量n＝1时，可通过移动数据采集单元位置自动采集不同方向的变形特性信息；当数据采集单元数量n>1时，可在所需观测的不同位置同时布置数据采集单元，实现对不同位置变形特征信息的同时测量，若数据采集单元数量足够，可实现对试样直壁区任意方向变形特征信息的同时测量。
14、所述夹具可实现对数据采集单元的夹持，且可通过球形滚珠在回转台上沿着环形轨道自由移动，进而改变数据采集单元的位置；夹具的高度可通过螺杆调节，从而保证实验过程中数据采集单元可准确采集试样直壁区的变形信息；
15、所述数据处理单元放置于压力机的工作台上，通过线缆或无线方式与数据采集单元相连，实时接收并处理数据采集单元所采集的实验过程中试样直壁区的变形信息，根据所测变形信息自动计算板材面内任意方向的各向异性系数，并在数据处理单元上进行直观显示。
16、所述回转台放置于压力机的工作台上，回转台的中心与实验模具的中心位于同一轴线上，回转台上具有环形轨道。回转台环形轨道与试样间距离关系需满足可靠准确测量试样直壁区的变形特征信息的要求。回转台分为四部分，通过榫卯结构连接成一个整体。
17、优选地，翻边成形完成后，压边圈和凹模上用于翻边成形部分可直接拆掉。
18、优选地，数据处理单元可通过图、表形式直观展现所确定的各向异性系数结果。
19、本专利技术的有益效果：
20、(1)本专利技术所提出的实验系统，实验结果能直接反映板材任意方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种直接测定板材面内任意方向各向异性系数的实验系统，其特征在于，该直接测定板材面内任意方向各向异性系数的实验系统包括实验试样、实验模具、压力机、数据采集单元、夹具、数据处理单元和回转台；
2.根据权利要求1所述的直接测定板材面内任意方向各向异性系数的实验系统，其特征在于，所述实验模具采用分体设计，实验过程中，冲头可根据需求更换。
3.根据权利要求1所述的直接测定板材面内任意方向各向异性系数的实验系统，其特征在于，支撑柱的连线呈矩形或绕冲头的轴线呈周状分布，使压边圈连接板和凹模受力更均匀，从而使得在合模过程中实验试样受到的压边力更均匀。
4.根据权利要求1所述的直接测定板材面内任意方向各向异性系数的实验系统，其特征在于，数据采集单元可布置N套，其中N为正整数；当数据采集单元数量N＝1时，可通过移动数据采集单元位置自动采集不同方向的变形特性信息；当数据采集单元数量N>1时，可在所需观测的不同位置同时布置数据采集单元，实现对不同位置变形特征信息的同时测量，若数据采集单元数量足够，实现对试样直壁区任意方向变形特征信息的同时测量。
6.根据权利要求1所述的直接测定板材面内任意方向各向异性系数的实验系统，其特征在于，数据处理单元通过图、表形式直观展现所确定的各向异性系数结果。
...【技术特征摘要】
1.一种直接测定板材面内任意方向各向异性系数的实验系统，其特征在于，该直接测定板材面内任意方向各向异性系数的实验系统包括实验试样、实验模具、压力机、数据采集单元、夹具、数据处理单元和回转台；
2.根据权利要求1所述的直接测定板材面内任意方向各向异性系数的实验系统，其特征在于，所述实验模具采用分体设计，实验过程中，冲头可根据需求更换。
3.根据权利要求1所述的直接测定板材面内任意方向各向异性系数的实验系统，其特征在于，支撑柱的连线呈矩形或绕冲头的轴线呈周状分布，使压边圈连接板和凹模受力更均匀，从而使得在合模过程中实验试样受到的压边力更均匀。
4.根据权利要求1所述的直接测定板材面内任意方向各向异性系数的实验...
【专利技术属性】
技术研发人员：林艳丽，苏一博，赵琦琳，何祝斌，任大鑫，冷林威，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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