CN101793646B - 瓣模式薄壁管件周向力学性能测试装置 - Google Patents

瓣模式薄壁管件周向力学性能测试装置 Download PDF

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Abstract

一种瓣模式薄壁管件周向力学性能测试装置，包括锥形压头、瓣模和保护套；瓣模位于被测试管件中；锥形压头位于瓣模内，一并置于保护套内；保护套的最大内径与锥形压头的平台外径之间间隙配合。锥形压头挤胀工作端锥度的半锥角为8°或10°或12°或15°。瓣模由多瓣外形和结构均相同的模瓣组成；保护套内孔一端的孔径同锥形压头配合平台的外径，中部的孔径大于被测试管件外径，另一端的孔径大于与之配合的锥形压头锥形端的外径，使锥形压头的锥形端装入该内孔后与保护套不干涉。本发明实现了在材料力学性能试验机上受载过程中将轴向压力转换为径向的胀形力，准确获得薄壁管件真实的周向力学性能，从而对后续薄壁管件的设计及工程应用提供了精确的力学性能支持。

Description

瓣模式薄壁管件周向力学性能测试装置
技术领域
本发明涉及到材料力学性能的测试领域，具体是一种通过挤胀方式测试薄壁管件周向力学性能的测试装置。
背景技术
在航空、航天、汽车、机械设备等领域无不涉及管件、管套的使用。以飞机为例，管路系统是飞机的生命线，它的性能好坏直接影响到飞机的整体性能。因此提高管路系统的技术水平，对提高飞机性能非常重要。液压管路是飞机所有管路中工作压力最高、可靠性要求最严的一部分，飞机管路系统技术的高低就集中体现在液压管路系统中。对于液压系统来说，在同等功率条件下，工作压力越高，所要求的动筒和油泵活塞底面积就越小，管路流量也要求越小，因而液压系统的整体尺寸会减小，重量会减轻，而较低的介质流速也减少了在管路中流动的功率损失。因此，液压系统及其标准件技术研究是航空工业发展的客观需求。由于液压管路工作压力的提高，将给液压系统的设计带来许多新问题，主要归结为强度和密封两大问题，这就需要研究管件的强度问题。
传统方式是将薄壁管剖开、碾平，制备出拉伸试样后测试管件的周向力学性能。但是在碾平的过程中出现再次变形，所以测得的数据就不能准确地代表管件的周向力学性能值，更何况对于小尺寸薄壁管件根本就无法剖开、碾平，并制样。
发明内容
为克服现有技术方法中难以精确测得薄壁管件周向力学性能的弊端，本发明提出了一种瓣模式薄壁管件周向力学性能测试装置。
本发明包括锥形压头、瓣模和保护套；瓣模置于被测试的管件中，并且两者之间间隙配合；锥形压头位于瓣模内，一并置于保护套内；保护套的最大内径与锥形压头的平台外径之间间隙配合。锥形压头的一端为与材料力学性能试验机压头接触的配合平台，另一端锥形的挤胀工作端；锥形压头挤胀工作端锥度的半锥角为8°或10°或12°或15°。锥形压头上配合平台的外径同保护套的最大内径。
所述的瓣模由多瓣外形和结构均相同的模瓣组成；组合后的瓣模为中空圆柱形，其内孔为锥形，并且该内锥形与锥形压头的锥度相同；在各瓣模瓣两端的外圆周表面分别有弹性圈的安装槽；瓣模外径同被挤胀测试管件的内径，高度同被挤胀测试管件的高度。
所述的保护套的内孔为贯通的台阶孔；保护套一端内孔的孔径同锥形压头配合平台的外径；保护套中部内孔的孔径大于被测试管件外径6mm～12mm；保护套另一端的孔径大于与之配合的锥形压头锥形端的外径，使锥形压头的锥形端装入该内孔后与保护套不干涉。
利用本发明挤胀薄壁管件时，通过材料力学性能试验机压头驱动锥形压头向下作轴向运动，从而使锥形压头驱动瓣模径向向外撑开，对管件进行挤胀，最后将管件胀裂，从而实现对其周向力学性能的测试。
本发明利用了装置中的锥形结构特点以及瓣模的分瓣结构特点，实现了该测试装置在材料力学性能试验机上受载过程中将轴向压力转换为径向的胀形力，起到改变力的传递方向，从而实现对薄壁管件的胀形，解决了薄壁小尺寸管件力学性能测试。与现有的测试装置相比，该装置能直接对薄壁管件进行测量，不必将薄壁管剖开、碾平，制备出拉伸试样后测试管件的周向力学性能以满足现有测试装置对试样尺寸要求。同时，测试结果也消除掉了试样制备过程中带来的测试误差，提高了测试精度。随着该测试装置更进一步推广应用，可以准确获得薄壁管件真实的周向力学性能，从而对后续薄壁管件的设计及工程应用提供了精确的力学性能支持，因此可以提高工程可靠性。
附图说明
附图1是管件周向应力测试装置的结构示意图；
附图2是测试装置受力示意图；
附图3是瓣模主视图；
附图4是瓣模俯视图；
附图5是模瓣三维图；
附图6是保护套主视图；
附图7是保护套的A向视图。其中：
1.锥形压头    2.瓣模    3.薄壁管件    4.保护套    5.弹性圈
具体实施方式
实施例一
本实施例是一种用于测试7050高强铝合金管件周向力学性能的装置。所适用试件的具体尺寸为
Figure GSA00000035479500031
20mm×1mm，高度为20mm。
本实施例包括锥形压头1、瓣模2和保护套4。锥形压头1和瓣模2均采用Cr12Mo1V1钢制成，保护套4采用45#钢制成。瓣模2放置于被测试管件3中，并且两者之间间隙配合。锥形压头1位于瓣模2内，一并置于保护套4内。保护套的最大内径与锥形压头的平台外径之间间隙配合。
锥形压头1为回转体，其外形呈“T”字形。锥形压头1一端为与材料力学性能试验机压头接触的配合平台，该配合平台的外径同保护套4的最大内径，本实施例中，该平台的直径为
Figure GSA00000035479500032
30mm，高为7mm。在锥形压头1平台一个端面中心有变径的锥形杆，形成了锥形压头1的挤胀工作端；锥形压头1挤胀工作端锥度的半锥角为8°，小端直径为5.16mm。
如附图3和附图4所示。瓣模2由四瓣外形和结构均相同的模瓣组成；在各瓣模瓣两端的外圆周表面分别有弹性圈5的安装槽，通过O型弹性圈5将各块模瓣约束为整体。组合后的瓣模2为中空圆柱形，其内孔为锥形，并且该内锥形与锥形压头的锥度相同，亦为8°。组合后的瓣模外径同被挤胀测试管件的内径，高度同被挤胀测试管件的高度。
保护套4为中空回转体。保护套4的内孔为贯通的台阶孔。保护套4一端内孔的孔径同锥形压头1配合平台的外径；保护套4中部内孔的孔径大于被测试管件外径5mm，预留了被测试管件变形的空间；保护套另一端的孔径大于与之配合的锥形压头1锥形端的外径，使锥形压头1的锥形端装入该内孔后与保护套4不干涉。
利用本实施例测试装置挤胀管件时，通过材料力学性能试验机驱动锥形压头1，锥形压头1向下沿管件作轴向运动，从而使锥形压头1驱动瓣模2径向向外撑开，对管件进行挤胀作用，最后将管件胀裂，从而实现对其周向力学性能的测试。
实施例二
本实施例是一种用于测试7050高强铝合金管件周向力学性能的装置。所适用试件的具体尺寸为
Figure GSA00000035479500034
22mm×1mm，高度为20mm。
本实施例包括锥形压头1、瓣模2和保护套4。锥形压头1和瓣模2均采用Cr12Mo1V1钢制成，保护套4采用45#钢制成。瓣模2放置于被测试管件3中，并且两者之间间隙配合。锥形压头1位于瓣模2内，一并置于保护套4内。保护套的最大内径与锥形压头的平台外径之间间隙配合。
锥形压头1为回转体，其外形呈“T”字形。锥形压头1一端为与材料力学性能试验机压头接触的配合平台，该平台的外径同保护套4的最大内径，本实施例中，该平台的直径为
Figure GSA00000035479500041
30mm，高为7mm。在锥形压头1平台一个端面中心有变径的锥形杆，形成了锥形压头1的挤胀工作端；锥形压头1挤胀工作端锥度的半锥角为10°，小端直径为
Figure GSA00000035479500042
5.16mm。
如附图3和附图4所示。瓣模2由五瓣外形和结构均相同的模瓣组成；在各瓣模瓣两端的外圆周表面分别有弹性圈的安装槽，通过O型弹性圈将各块模瓣约束为整体。组合后的瓣模2为中空圆柱形，其内孔为锥形，并且该内锥形与锥形压头的锥度相同，亦为10°。组合后的瓣模外径同被挤胀测试管件的内径，高度同被挤胀测试管件的高度。
保护套4为中空回转体。保护套4的内孔为贯通的台阶孔。保护套4一端内孔的孔径同锥形压头1配合平台的外径；保护套4中部内孔的孔径大于被测试管件外径6mm，预留了被测试管件变形的空间；保护套另一端的孔径大于与之配合的锥形压头1锥形端的外径，使锥形压头1的锥形端装入该内孔后与保护套4不干涉。
利用本实施例测试装置挤胀管件时，通过材料力学性能试验机驱动锥形压头1，锥形压头1向下沿管件作轴向运动，从而使锥形压头1驱动瓣模2径向向外撑开，对管件进行挤胀作用，最后将管件胀裂，从而实现对其周向力学性能的测试。
实施例三
本实施例是一种用于测试69111高强钢管件周向力学性能的装置。所适用试件的具体尺寸为
Figure GSA00000035479500043
25mm×1mm，高度为22mm。
本实施例包括锥形压头1、瓣模2和保护套4。锥形压头1和瓣模2均采用Cr12Mo1V1钢制成，保护套4采用45#钢制成。瓣模2放置于被测试管件3中，并且两者之间间隙配合。锥形压头1位于瓣模2内，一并置于保护套4内。保护套的最大内径与锥形压头的平台外径之间间隙配合。
锥形压头1为回转体，其外形呈“T”字形。锥形压头1一端为与材料力学性能试验机压头接触的配合平台，该平台的外径同保护套4的最大内径，本实施例中，该平台的直径为
Figure GSA00000035479500051
35mm，高为7mm。在锥形压头1平台一个端面中心有变径的锥形杆，形成了锥形压头1的挤胀工作端；锥形压头1挤胀工作端锥度的半锥角为12°，小端直径为
Figure GSA00000035479500052
5.16mm。
如附图3和附图4所示。瓣模2由五瓣外形和结构均相同的模瓣组成；在各瓣模瓣两端的外圆周表面分别有弹性圈的安装槽，通过O型弹性圈将各块模瓣约束为整体。组合后的瓣模2为中空圆柱形，其内孔为锥形，并且该内锥形与锥形压头的锥度相同，亦为12°。组合后的瓣模外径同被挤胀测试管件的内径，高度同被挤胀测试管件的高度。
保护套4为中空回转体。保护套4的内孔为贯通的台阶孔。保护套4一端内孔的孔径同锥形压头1配合平台的外径；保护套4中部内孔的孔径大于被测试管件外径7mm，预留了被测试管件变形的空间；保护套另一端的孔径大于与之配合的锥形压头1锥形端的外径，使锥形压头1的锥形端装入该内孔后与保护套4不干涉。
利用本实施例测试装置挤胀管件时，通过材料力学性能试验机驱动锥形压头1，锥形压头1向下沿管件作轴向运动，从而使锥形压头1驱动瓣模2径向向外撑开，对管件进行挤胀作用，最后将管件胀裂，从而实现对其周向力学性能的测试。
实施例四
本实施例是一种用于测试69111高强钢管件周向力学性能的装置。所适用试件的具体尺寸为30mm×1mm，高度为25mm。
本实施例包括锥形压头1、瓣模2和保护套4。锥形压头1和瓣模2均采用Cr12Mo1V1钢制成，保护套4采用45#钢制成。瓣模2放置于被测试管件3中，并且两者之间间隙配合。锥形压头1位于瓣模2内，一并置于保护套4内。保护套的最大内径与锥形压头的平台外径之间间隙配合。
锥形压头1为回转体，其外形呈“T”字形。锥形压头1一端为与材料力学性能试验机压头接触的配合平台，该平台的外径同保护套4的最大内径，本实施例中，该平台的直径为
Figure GSA00000035479500061
40mm，高为7mm。在锥形压头1平台一个端面中心有变径的锥形杆，形成了锥形压头1的挤胀工作端；锥形压头1挤胀工作端锥度的半锥角为15°，小端直径为
Figure GSA00000035479500062
5.16mm。
如附图3和附图4所示。瓣模2由六瓣外形和结构均相同的模瓣组成；在各瓣模瓣两端的外圆周表面分别有弹性圈的安装槽，通过O型弹性圈将各块模瓣约束为整体。组合后的瓣模2为中空圆柱形，其内孔为锥形，并且该内锥形与锥形压头的锥度相同，亦为15°。组合后的瓣模外径同被挤胀测试管件的内径，高度同被挤胀测试管件的高度。
保护套4为中空回转体。保护套4的内孔为贯通的台阶孔。保护套4一端内孔的孔径同锥形压头1配合平台的外径；保护套4中部内孔的孔径大于被测试管件外径8mm，预留了被测试管件变形的空间；保护套另一端的孔径大于与之配合的锥形压头1锥形端的外径，使锥形压头1的锥形端装入该内孔后与保护套4不干涉。
利用本实施例测试装置挤胀管件时，通过材料力学性能试验机驱动锥形压头1，锥形压头1向下沿管件作轴向运动，从而使锥形压头1驱动瓣模2径向向外撑开，对管件进行挤胀作用，最后将管件胀裂，从而实现对其周向力学性能的测试。

Claims (6)

1.一种瓣模式薄壁管件周向力学性能测试装置，其特征在于，所述的瓣模式薄壁管件周向力学性能测试装置包括锥形压头(1)、瓣模(2)和保护套(4)；瓣模(2)放置于被测试管件(3)中，并且两者之间间隙配合；锥形压头(1)位于瓣模(2)内，一并置于保护套(4)内；保护套的最大内径与锥形压头的配合平台外径之间间隙配合。
2.如权利要求1所述一种瓣模式薄壁管件周向力学性能测试装置，其特征在于，锥形压头(1)的一端为与材料力学性能试验机压头接触的配合平台，另一端为锥形的挤胀工作端；锥形压头(1)挤胀工作端锥度的半锥角为8°或10°或12°或15°。
3.如权利要求1所述一种瓣模式薄壁管件周向力学性能测试装置，其特征在于，瓣模(2)由多瓣外形和结构均相同的模瓣组成；组合后的瓣模(2)的内孔为锥形，并且该内锥形与锥形压头的锥度相同；在各瓣模瓣两端的外圆周表面分别有弹性圈的安装槽。
4.如权利要求1所述一种瓣模式薄壁管件周向力学性能测试装置，其特征在于，瓣模外径同被挤胀测试管件的内径，高度同被挤胀测试管件的高度。
5.如权利要求1所述一种瓣模式薄壁管件周向力学性能测试装置，其特征在于，保护套(4)的内孔为贯通的台阶孔；保护套(4)一端内孔的孔径同锥形压头(1)配合平台的外径；保护套(4)中部内孔的孔径大于被测试管件外径6mm～12mm；保护套另一端的孔径大于与之配合的锥形压头(1)锥形端的外径，使锥形压头(1)的锥形端装入该内孔后与保护套(4)不干涉。
6.如权利要求2所述一种瓣模式薄壁管件周向力学性能测试装置，其特征在于，锥形压头(1)上的配合平台的外径同保护套(4)的最大内径。
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