【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属薄板材料可成形性分析，具体而言，尤其涉及一种提高双轴拉伸试样有效性的设计方法。
技术介绍
1、在金属薄板的可成形性分析过程中，通常会对试样进行不同加载状态的双轴拉伸试验，以获取材料在不同受力状态下的力学特性曲线。目前，行业内关于双轴拉伸试样的形状和尺寸多种多样，通常会将试样的形状设计成近似为十字形，包括四个方向的拉伸臂，以满足各种双轴拉伸试验机的设备要求。
2、然而，虽然不同类型的十字形双轴拉伸试样均可在双轴拉伸试验机的作用下完成拉伸试验，但不同形状双轴拉伸试样的变形并不一定是双轴加载状态下产生，如果双轴拉伸试样的变形主要集中在非中心区域，则试样必然会在非中心区域发生断裂，试样在非中心区域的断裂一般为单向拉伸应力状态，这种受力状态下采集到的试验结果必定与材料的实际变形特性不符，无法满足工程实际及科研工作的应用需求；现有技术中，有些双轴拉伸试样在中心区域进行了减厚处理，但是由于减厚一般采用铣床或者磨床，这种加工方式对材料性能会产生显著影响，铣削加工后材料会发生加工硬化，导致铣削加工后的屈服强度比加工前要高，铣削加工后的伸长率比铣削加工前的伸长率低，材料性能的变化会影响采集到的试验结果，也导致了试验结果与材料的实际性能不符；还有些双轴拉伸试样的拉伸臂上会开孔或没有与试样中心线对齐的槽，这样的结构会影响试样的传力稳定性，导致试验过程中双向试样双向受力不均匀，而且会导致试样加工的复杂程度更高，增加了试验成本。
3、综上所述，现有技术为了防止试样变形发生在非中心区域，保证试样中心区域为双向拉伸受力
技术实现思路
1、针对上述提出的现有试样的设计方式会影响试验材料性能导致性能测试结果严重失真，并且试样的加工复杂程度高、试验过程中受力均匀性及变形稳定性差，无法满足双向拉伸试验要求等问题，本专利技术提供了一种提高双轴拉伸试样有效性的设计方法，能够确保试样的变形状态始终满足双轴拉伸试验的加载特性，克服了现有试样测试结果性能失真、试验过程中受力均匀性及变形稳定性差的技术难题，大幅提升双轴拉伸试样的有效性和试验的稳定性，尤其适用于金属薄板材料可成形性研究分析的场合，广泛满足了工程实际及科研工作的应用要求。
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、一种提高双轴拉伸试样有效性的设计方法，双轴拉伸试样为包括四个拉伸臂的十字形试样，在四个拉伸臂交汇的十字形试样中心划分有一个正方形的中心区域；所述设计方法具体包括以下步骤：
4、s1、根据双轴拉伸试样的形状尺寸建立有限元模型，按照双轴拉伸试验工况进行仿真试验；
5、s2、根据双轴拉伸试验工况的仿真结果判断双轴拉伸试样是否需要调整：
6、若双轴拉伸试样的变形主要发生在中心区域，则说明双轴拉伸试样有效，可以满足试验要求；
7、若双轴拉伸试样的变形主要发生在非中心区域，则说明双轴拉伸试样不能满足试验要求，进入s3；
8、s3、对双轴拉伸试样的有限元模型进行形状和尺寸进行调整：
9、(1)以中心区域边长的5～20％的比例增加双轴拉伸试样四个拉伸臂的长度和最宽处的宽度；保证拉伸臂的长度不小于中心区域边长的150％，拉伸臂最宽处的宽度不小于中心区域的边长；
10、(2)分别在四个拉伸臂上增加开设1～3个沟槽，并保证每个拉伸臂上的沟槽数量相同且数量均为奇数，且位于拉伸臂中间位置的沟槽与双轴拉伸试样的中心线同轴，其他沟槽在位于拉伸臂中间位置的沟槽两侧呈对称式设置；
11、(3)调整各拉伸臂上开设的沟槽的宽度不超过0.5mm；各拉伸臂上的沟槽的宽度相同；
12、(4)以拉伸臂最宽处的宽度的10～50％的比例增加沟槽的长度；各拉伸臂上的沟槽的长度相同；
13、s4、验证每一轮调整后双轴拉伸试样的有效性：
14、对经过s3调整后的双轴拉伸试样重复s1和s2，若经过s2判断双轴拉伸试样不能满足试验要求，则重复s3进行下一轮调整；重复以上过程直至经过s2判断双轴拉伸试样有效，可以满足试验要求。
15、进一步地，在s2中，通过有限元分析云图判断双轴拉伸试样的变形主要发生的区域。
16、进一步地，在(2)中，沟槽沿拉伸臂的长度方向开设，相邻沟槽之间间距相等。
17、进一步地，在(2)中，保证各拉伸臂上的沟槽数量不少于3个。
18、进一步地，在(2)中，若拉伸臂上的已有沟槽数量为奇数，则再增加2个沟槽；若拉伸臂上的已有沟槽数量为0，则再增加3个沟槽；若拉伸臂上的已有沟槽数量为除0外的其他偶数，则再增加1个沟槽。
19、进一步地，在(3)中，若拉伸臂上已有沟槽，则在(3)以已有沟槽宽度的10～25％的比例降低沟槽宽度。
20、进一步地，在(3)中，若拉伸臂上已有沟槽的宽度超过0.2mm，则以每次降低已有沟槽宽度的10～25％的比例逐渐调整已有沟槽宽度，直至已有沟槽宽度不超过0.2mm。
21、进一步地，在(4)中，若拉伸臂上的已有沟槽数量为0，则控制增加开设的沟槽的长度为拉伸臂最宽处的宽度的10～50％。
22、进一步地，在(4)中，保证沟槽长度不超过拉伸臂长度的90％。
23、较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
24、本专利技术提供的提高双轴拉伸试样有效性的设计方法，不会对试样的中心区域做结构改变，保证试样材料性能不会受影响，本专利技术利用有限元的方法判定试样在复杂变形下的加载历史，递进式的调整试样形状和尺寸，本专利技术采用的递进式的调整方式能够使最终得到的试样变形发生在中心区域，并在保证试样使用要求的前提下尽可能的简化试样的加工过程，降低试样的制备成本；同时能够确保最终得到的试样的变形状态始终满足双轴拉伸试验的加载特性，提升双轴拉伸试样的受力均匀性、有效性和试验的稳定性，克服了现有试样测试结果性能失真、试验过程中受力均匀性及变形稳定性差的技术难题，减少不必要的试样制作成本。
25、基于上述理由本专利技术可在金属薄板材料可成形性分析领域广泛推广。
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1.一种提高双轴拉伸试样有效性的设计方法，双轴拉伸试样为包括四个拉伸臂的十字形试样，在四个拉伸臂交汇的十字形试样中心划分有一个正方形的中心区域；其特征在于，所述设计方法具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的提高双轴拉伸试样有效性的设计方法，其特征在于，在S2中，通过有限元分析云图判断双轴拉伸试样的变形主要发生的区域。
3.根据权利要求1所述的提高双轴拉伸试样有效性的设计方法，其特征在于，在(2)中，沟槽沿拉伸臂的长度方向开设，相邻沟槽之间间距相等。
4.根据权利要求1所述的提高双轴拉伸试样有效性的设计方法，其特征在于，在S3-2中，保证各拉伸臂上的沟槽数量不少于3个。
5.根据权利要求1所述的提高双轴拉伸试样有效性的设计方法，其特征在于，在(2)中，若拉伸臂上的已有沟槽数量为奇数，则再增加2个沟槽；若拉伸臂上的已有沟槽数量为0，则再增加3个沟槽；若拉伸臂上的已有沟槽数量为除0外的其他偶数，则再增加1个沟槽。
6.根据权利要求1所述的提高双轴拉伸试样有效性的设计方法，其特征在于，在(3)中，若拉伸臂上已有沟槽，则在(
7.根据权利要求1所述的提高双轴拉伸试样有效性的设计方法，其特征在于，在(3)中，若拉伸臂上已有沟槽的宽度超过0.5mm，则以每次降低已有沟槽宽度的10～25％的比例逐渐调整已有沟槽宽度，直至已有沟槽宽度不超过0.5mm。
8.根据权利要求1所述的提高双轴拉伸试样有效性的设计方法，其特征在于，在(4)中，若拉伸臂上的已有沟槽数量为0，则控制增加开设的沟槽的长度为拉伸臂最宽处的宽度的10～50％。
9.根据权利要求1所述的提高双轴拉伸试样有效性的设计方法，其特征在于，在(4)中，保证沟槽长度不超过拉伸臂长度的90％。
...【技术特征摘要】
1.一种提高双轴拉伸试样有效性的设计方法，双轴拉伸试样为包括四个拉伸臂的十字形试样，在四个拉伸臂交汇的十字形试样中心划分有一个正方形的中心区域；其特征在于，所述设计方法具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的提高双轴拉伸试样有效性的设计方法，其特征在于，在s2中，通过有限元分析云图判断双轴拉伸试样的变形主要发生的区域。
3.根据权利要求1所述的提高双轴拉伸试样有效性的设计方法，其特征在于，在(2)中，沟槽沿拉伸臂的长度方向开设，相邻沟槽之间间距相等。
4.根据权利要求1所述的提高双轴拉伸试样有效性的设计方法，其特征在于，在s3-2中，保证各拉伸臂上的沟槽数量不少于3个。
5.根据权利要求1所述的提高双轴拉伸试样有效性的设计方法，其特征在于，在(2)中，若拉伸臂上的已有沟槽数量为奇数，则再增加2个沟槽；若拉伸臂上的已有沟槽数量为0，则再增加3...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁笑，徐鑫，李萧彤，刘仁东，郝志强，李春林，刘文博，吕冬，芦延鹏，曹政，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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