CN101893532A - 三维十字型双向拉伸试件 - Google Patents

Abstract

三维十字型双向拉伸试件。本发明涉及一种双向拉伸试件。本发明为解决现有的十字型试件中心区受力不均、不能实现大变形的问题。本发明由一个十字型拉伸件(1)构成，十字型拉伸件(1)上的四个臂(1-1)中每相邻两个臂的交界处端面上设有凹坑(1-2)，四个凹坑(1-2)位于十字型拉伸件(1)的同一侧面上。本发明用于提供一种双向拉伸试样，以测试板材双向拉伸性能，得到准确的材料模型。

Description

三维十字型双向拉伸试件

技术领域

本发明涉及一种双向拉伸试件。

背景技术

航空航天领域大多数的太空容器都是双向受力结构，如球形容器和薄壁筒形件等。为了解决其结构及性能问题，从上世纪40年代开始越来越多的人致力于双向拉伸试验。双向拉伸试件的结构形状直接关系到试验的可行性和准确性。目前，双向拉伸试件有宽板型、冲模型、凸胀型和十字型等，显然十字型试件最为直观，但是，十字型试件存在如下问题：⑴、最大变形出现在中心区域，即颈缩或破裂发生在中心区域；⑵、试件中心区域主平面上有剪应力，中心区域轴向主应力分布不均匀；⑶、中心区域及各臂之间圆角处存在应力集中。现有的十字型试件有臂上开槽型（见图3）、中心区域减薄型（见图4和图5）、内圆角型（见图6）和外圆角型（见图7）等，虽然分别解决了十字型试件存在的上述问题，但是，十字型试件各臂之间圆角处的应力集中无法消除，圆角处存在剪应力，剪应力使臂上的载荷不能很好的传递到试件中心区域，中心区域得不到较高的应力水平；从现有的十字型试件模拟拉伸结果可以看出，双拉试样一开始加载在圆角处就显示出明显的应力集中（见图8），应力不能很好的传递到试件的中心区域，中心区域的应力状态比十字臂上低，继续加载使得这种差异化逐渐增大，中心区域几乎没有应力到达，试样变形主要集中到了臂上，直到最后试件臂达到极限而破坏（见图9）。

发明内容

本发明的目的是为解决现有的十字型试件中心区域受力不均、不能实现大变形的问题，提供一种三维十字型双向拉伸试件。

本发明的三维十字型双向拉伸试件由一个十字型拉伸件构成，十字型拉伸件上的四个臂中每相邻两个臂的交界处端面上设有凹坑，四个凹坑位于十字型拉伸件的同一侧面上。

本发明的优点是：一、由于本发明在每相邻两个臂的交界处设置了凹坑，凹坑缓解、吸收了各臂之间圆角处的应力集中，从而使臂上的载荷更多的传递到试件中心区域，降低剪应力对中心区域的影响，使得十字型拉伸件的中心区域得到了应力水平较高且均匀分布的应力场，解决了现有的十字型试件中心区受力不均、不能实现大变形的问题。二、本发明可以得到较大较真实的平面应变下材料的应力状态；为精确测量板料在双向拉伸状态下的材料性能提供了一个可靠的方法，便于得到准确的材料模型。

附图说明

图1是本发明的整体结构主视图；图2是图1的A-A剖视图；图3是现有臂上开槽型十字试件的结构示意图；图4是现有中心区域减薄型十字试件的结构示意图；图5是图4的B-B剖视图；图6是现有内圆角型十字试件的结构示意图；图7是现有外圆角型十字试件的结构示意图；图8是现有十字型试件模拟试验开始加载时，在圆角处有明显的应力集中的效果图；图9是现有十字型试件模拟试验过程中，应力不能很好的传递到试件的中心区域，中心区域几乎没有应力到达，试样变形主要集中在臂上，试件臂达到极限而破坏的效果图；图10是本发明十字型试件模拟试验开始加载时，应力就通过十字型拉伸件1上的四个臂1-1良好的传递到了试样中心区域，在圆角处没有应力集中的效果图；图11是本发明十字型试件模拟试验过程中，应力很好的传递到试件的中心区域，试件变形主要集中在中心区域，中心区域首先达到材料极限而发生破坏的效果图；图12是本发明十字型试件物理试验过程中，应力很好的传递到试件的中心区域，试件变形主要集中在中心区域，中心区域首先达到材料极限而发生破坏的效果图。

具体实施方式

 具体实施方式一：结合图1～图2说明本实施方式，本实施方式由一个十字型拉伸件1构成，十字型拉伸件1上的四个臂1-1中每相邻两个臂的交界处端面上设有凹坑1-2，四个凹坑1-2位于十字型拉伸件1的同一侧面上。各臂之间圆角处的凹坑1-2部位在受到外力作用时，其几何变形远大于塑性变形；随着试件双向拉应力的增大，中心区域的变形也开始增大，凹坑1-2部位发生更大几何变形，甚至到最后可能被完全展平，发生显著形状变形，此几何变形过程缓解了原来大部分的应力集中效应，使十字型臂上的拉应力可以顺利的传递到试样中心区域，中心区域得到的应力状态较现有的十字型试件具有更高的均匀变形区。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的每个凹坑1-2沿其相邻两臂之间的角平分线截面形状为四分之一椭圆形或四分之一圆弧形。根据十字型拉伸件1所受双向载荷比例的不同，选择凹坑1-2的形状。其它组成与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的十字型拉伸件1上的每个臂1-1的壁厚上设有长孔1-1-1。长孔1-1-1可以缓解中心区域的应力集中，使得中心区域的应力分布更加均匀。其它组成与具体实施方式一相同。

本发明的试验实例： ⑴、模拟试验：采用本发明的试件进行拉伸试验，从模拟过程可以看出从试验一开始，应力就通过十字型拉伸件1上的四个臂1-1良好的传递到了试样中心区域，见图10，凹坑1-2明显缓解了应力集中带来的影响，整个加载过程中，试样中心区域的应力水平明显高于十字臂上，凹坑1-2的几何形状发生变化，缓解、吸收了应力集中，使中心区域的试样得到较大的变形，中心区域首先达到材料极限而发生破坏，见图11。⑵、物理试验：试验过程与模拟试验相同，应力通过十字型拉伸件1上的四个臂1-1良好的传递到了试样中心区域，凹坑1-2的几何形状发生变化，使中心区域的试样得到较大的变形，中心区域材料最后首先达到材料极限而发生破坏，见图12。

通过本发明的试件与现有的十字型试件对比可以明显得出，本发明的凹坑1-2在受到双向拉应力作用下，凹坑1-2部位发生明显空间变形，最终几乎被完全展平，缓解、吸收了各臂之间圆角处的应力集中，最后试样中心区域得到较大变形，并且破坏发生在试样的中心区域。

Claims (3)

1.一种三维十字型双向拉伸试件，其特征在于：所述三维十字型双向拉伸试件由一个十字型拉伸件（1）构成，十字型拉伸件（1）上的四个臂（1-1）中每相邻两个臂的交界处端面上设有凹坑（1-2），四个凹坑（1-2）位于十字型拉伸件（1）的同一侧面上。 

2.根据权利要求1所述三维十字型双向拉伸试件，所述每个凹坑（1-2）沿其相邻两臂之间的角平分线截面形状为四分之一椭圆形或四分之一圆弧形。

3.根据权利要求1或2所述三维十字型双向拉伸试件，所述十字型拉伸件（1）上的每个臂（1-1）的壁厚上设有长孔（1-1-1）。  

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