CN104897480A - 一种不等壁厚金属管弯曲力学性能评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不等壁厚金属管弯曲力学性能评价方法，包括：1)取不等壁厚金属管的厚壁处、薄壁处分别作为施力点施加弯曲力进行弯曲力学性能测试，得厚壁受压数据和薄壁受压数据；2)将厚壁受压数据与薄壁受压数据进行数据处理形成拟合曲线，用于评价不等壁厚金属管的弯曲力学性能。本发明的不等壁厚金属管弯曲力学性能评价方法，实现了不等壁厚金属管弯曲力学性能的测试与评价，能更准确的反映扶手管在实际服役过程中的受力表现，能有效的进行产品开发和质量控制；利用原有标准测试装置即可进行测试，不需要增加新的设备，操作简单，适合推广应用。
Description
技术领域
本发明属于力学性能测试技术领域，具体涉及一种不等壁厚金属管弯曲力学性能评价方法。
背景技术
公交车扶手管目前有等壁厚和不等壁厚两种圆管：等壁厚圆管的横截面内腔形状为空心圆，其管壁横截面厚度均等，长度方向无加强筋，存在抗弯强度不足的问题，使用时需考虑增大管壁厚度抗弯曲；不等壁厚圆管的管壁横截面厚度呈有规则的凹、凸部，长度方向有多个凸部作为加强筋，具有较强的抗弯性。不等壁厚圆管的常见形式有波形花型管和内花键管，如CN202629559U公开的铝合金制成的波形花型圆管，及CN102335810A公开的精密细长的钢制内花键管。
公交车扶手管对管材的弯曲力学性能要求较高，因此需要对管材进行弯曲力学性能测试与评价。目前，弯曲试验方法主要有《GB/T 244-2008金属管弯曲试验方法》、《GB/T14452-1993金属弯曲力学性能试验方法》以及《YB/T 5349-2006金属弯曲力学性能试验方法》(GB/T 14452-1993调整)。GB/T 244-2008中规定的实验方法和装置仅适用于圆形截面的金属管(等壁厚)，其原理是将一根全截面的金属直管绕着一个规定半径和带槽的弯心弯曲，与扶手管实际工况(管端头有支座进行固定)相差较大。GB/T 14452-1993及YB/T5349-2006中规定使用三点弯曲或者四点弯曲方式对圆形或矩形横截面积试样施加弯曲力，一般直至断裂，测定其弯曲力学性能，适用于测定脆性断裂和低塑性断裂的金属材料；若采用此方法，铝合金内花键管在三点弯曲试验过程中不会被压断，导致试验过程中上压头下压一定距离后无法继续下压，试验被迫终止，无法对内花键管的弯曲力学性能进行测试和评价。目前没有针对波形花型管、内花键管等不等壁厚金属管的抗弯测试方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种不等壁厚金属管弯曲力学性能评价方法，解决现有技术不能准确评价不等壁厚金属管弯曲力学性能的问题。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种不等壁厚金属管弯曲力学性能评价方法，包括下列步骤：
1)取不等壁厚金属管的厚壁处、薄壁处分别作为施力点施加弯曲力进行弯曲力学性能测试，得厚壁受压数据和薄壁受压数据；
2)将步骤1)所得厚壁受压数据与薄壁受压数据进行数据处理形成拟合曲线，用于评价不等壁厚金属管的弯曲力学性能。
步骤1)中所述弯曲力学性能测试的具体操作步骤可参照《GB/T 14452-1993金属弯曲力学性能试验方法》或《YB/T 5349-2006金属弯曲力学性能试验方法》。上述测试方法适用于所有不等壁厚金属管，厚壁处、薄壁处选择壁厚最厚处和最薄处；弯曲力施力点位于壁厚最厚处或最薄处对应的金属管外壁上。具体操作是取一根不等壁厚金属管的厚壁处、另一根相同规格的不等壁厚金属管的薄壁处分别作为施力点施加弯曲力进行弯曲力学性能测试。
优选的，所述不等壁厚金属管的管壁横截面厚度呈有规则的凹、凸部；进一步优选的，所述不等壁厚金属管为波形花型管或内花键管。
优选的，步骤1)中所述弯曲力学性能测试采用三点弯曲方式。三点弯曲的方式操作更加简便，适用性更广。
步骤1)所得厚壁受压数据、薄壁受压数据是指载荷(弯曲力)随挠度变化的数据。载荷对挠度变化的数据可制成弯曲力-挠度曲线。
所述挠度的最大限值不大于跨距的一半。
步骤2)中，数据处理形成拟合曲线的具体方法为：计算同一挠度对应的厚壁受压与薄壁受压载荷的平均值，形成平均载荷随挠度变化的拟合曲线。
上述评价方法中，取拟合曲线的第一个峰值作为所测不等壁厚金属管的抗弯力学性能最大值。根据所得拟合曲线，若有不同的峰值取第一个峰值作为所测不等壁厚金属管的抗弯力学性能最大值进行评价；若仅有一个峰值，可将此峰值作为所测不等壁厚金属管的抗弯力学性能最大值进行评价。该最大值用来评价不等壁厚金属管的弯曲力学性能，该值越大表明其抗弯性能越好。
本发明的不等壁厚金属管弯曲力学性能评价方法，分别取不等壁厚金属管的厚壁处、薄壁处作为施力点施加弯曲力进行弯曲力学性能测试，将所得厚壁受压数据与薄壁受压数据进行数据处理形成拟合曲线，用于评价不等壁厚金属管的弯曲力学性能；该方法实现了不等壁厚金属管弯曲力学性能的测试与评价，能更准确的反映扶手管在实际服役过程中的受力表现，能有效的进行产品开发和质量控制；利用原有标准测试装置即可进行测试，不需要增加新的设备，操作简单，适合在实际设计、检验时推广应用。
附图说明
图1为实施例1的评价方法所测波形花型管的横截面示意图，其中1为厚壁、2为薄壁；
图2为实施例1所得压弯试验曲线示意图；
图3为实施例2的评价方法所测内花键管的横截面示意图，其中1为厚壁、2为薄壁。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例的待测不等壁厚金属管为波形花型管，其横截面如图1所示，管壁横截面厚度呈有规则的凹、凸部，凸部为厚壁1，凹部为薄壁2；厚壁处施力点位于厚壁1对应的金属管外壁处，薄壁处施力点位于薄壁2对应的金属管外壁处。
本实施例的波形花型管弯曲力学性能评价方法，包括下列步骤：
1)取一根波形花型管的厚壁处作为施力点施加弯曲力进行三点弯曲力学性能测试(厚壁受压是将图1中的厚壁1对应的金属管外壁处与压头相接触，通过加载，弯曲至定挠度值)，控制挠度的最大限值(定挠度值)不大于跨距的一半，得载荷随挠度变化的厚壁受压数据，形成的厚壁受压载荷-挠度曲线如图2所示；
取另一根相同规格的波形花型管的薄壁处作为施力点施加弯曲力进行三点弯曲力学性能测试(薄壁受压是将图1中的薄壁2对应的金属管外壁处与压头相接触，通过加载，弯曲至定挠度值)，控制挠度的最大限值(定挠度值)不大于跨距的一半，得载荷随挠度变化的薄壁受压数据，形成的薄壁受压载荷-挠度曲线如图2所示；
2)将步骤1)所得厚壁受压数据与薄壁受压数据进行数据处理，即计算同一挠度对应的厚壁受压与薄壁受压载荷的平均值，形成平均载荷随挠度变化的拟合曲线(如图2所示)，取拟合曲线的第一个峰值(挠度＝12mm，载荷＝11.5KN)作为所测不等壁厚金属管的抗弯力学性能最大值，该最大值用来评价不等壁厚金属管的弯曲力学性能(该值越大表明其抗弯性能越好)。
上述评价方法中，所述三点弯曲力学性能测试的具体操作参照《GB/T 14452-1993金属弯曲力学性能试验方法》或《YB/T 5349-2006金属弯曲力学性能试验方法》。
本实施例的波形花型管的载荷-挠度曲线不同于普通圆管。如图2所示，在厚壁受压过程中，由于厚壁受压弯曲时受压位置伴有压扁，逐步变为薄壁受压，曲线上表现为厚壁受压载荷先达到一个峰值，然后到薄壁受压阶段曲线下降，随着下压继续进行，会再次遇到厚壁受压，力值继续增大，曲线上表现为载荷会达到一个新的峰值，且该峰值大于第一个峰值。在薄壁受压过程中，随着挠度的增加，薄壁受压弯曲时也伴有压扁，逐步变为厚壁受压，曲线上表现为载荷持续增加至峰值，过了厚壁后力值会有所下降。根据工程应用特点，进行弯曲力学性能评价时，只取厚壁或薄壁受压的数据不能准确的反映公交车上扶手受力情况，无法进行力学弯曲性能评价。本实施例的评价方法分别进行厚壁和薄壁加压，厚壁受压的数据取至薄壁受压载荷最大值处，取两者载荷的平均值，形成平均载荷与挠度变化的曲线(如图2所示)，能更准确的反映扶手管在实际服役过程中的受力表现，取拟合曲线的第一个峰值作为所测不等壁厚金属管的抗弯力学性能最大值，实现了不等壁厚金属管的弯曲力学性能的测试与评价。
实施例2
本实施例的待测不等壁厚金属管为内花键管，其横截面如图3所示，管壁横截面厚度呈有规则的凹、凸部，凸部为厚壁1，凹部为薄壁2；厚壁处施力点位于厚壁1对应的金属管外壁处，薄壁处施力点位于薄壁2对应的金属管外壁处。
本实施例的内花键管弯曲力学性能评价方法，包括下列步骤：
1)取一根内花键管的厚壁处作为施力点施加弯曲力进行三点弯曲力学性能测试(厚壁受压是将图3中的厚壁1对应的金属管外壁处与压头相接触，通过加载，弯曲至定挠度值)，控制挠度的最大限值(定挠度值)不大于跨距的一半，得载荷随挠度变化的厚壁受压数据；
取另一根相同规格的内花键管的薄壁处作为施力点施加弯曲力进行三点弯曲力学性能测试(薄壁受压是将图3中的薄壁2对应的金属管外壁处与压头相接触，通过加载，弯曲至定挠度值)，控制挠度的最大限值(定挠度值)不大于跨距的一半，得载荷随挠度变化的薄壁受压数据；
2)将步骤1)所得厚壁受压数据与薄壁受压数据进行数据处理，即计算同一挠度对应的厚壁受压与薄壁受压载荷的平均值，形成平均载荷随挠度变化的拟合曲线，取拟合曲线的第一个峰值作为所测不等壁厚金属管的抗弯力学性能最大值，该最大值用来评价不等壁厚金属管的弯曲力学性能。
上述评价方法中，所述三点弯曲力学性能测试的具体操作参照《GB/T 14452-1993金属弯曲力学性能试验方法》或《YB/T 5349-2006金属弯曲力学性能试验方法》。
本实施例所得的内花键管的载荷-挠度曲线同实施例1的波形花型管的曲线走势。本实施例的评价方法分别进行厚壁和薄壁加压，厚壁受压的数据取至薄壁受压载荷最大值处，取两者载荷的平均值，形成平均载荷与挠度变化的曲线，能更准确的反映扶手管在实际服役过程中的受力表现，取拟合曲线的第一个峰值作为所测不等壁厚金属管的抗弯力学性能最大值(该值越大表明其抗弯性能越好)，实现了不等壁厚金属管的弯曲力学性能的测试与评价。
在本发明的其他实施例中，不等壁厚金属管弯曲力学性能评价方法也可先进行薄壁受压测试，再进行厚壁受压测试；厚壁受压数据取至薄壁受压载荷最大值处，即可进行后续数据处理。
Claims (7)
1.一种不等壁厚金属管弯曲力学性能评价方法，其特征在于：包括下列步骤：
1)取不等壁厚金属管的厚壁处、薄壁处分别作为施力点施加弯曲力进行弯曲力学性能测试，得厚壁受压数据和薄壁受压数据；
2)将步骤1)所得厚壁受压数据与薄壁受压数据进行数据处理形成拟合曲线，用于评价不等壁厚金属管的弯曲力学性能。
2.根据权利要求1所述的不等壁厚金属管弯曲力学性能评价方法，其特征在于：所述不等壁厚金属管为波形花型管或内花键管。
3.根据权利要求1所述的不等壁厚金属管弯曲力学性能评价方法，其特征在于：步骤1)中所述弯曲力学性能测试采用三点弯曲方式。
4.根据权利要求3所述的不等壁厚金属管弯曲力学性能评价方法，其特征在于：步骤1)所得厚壁受压数据、薄壁受压数据是指载荷随挠度变化的数据。
5.根据权利要求4所述的不等壁厚金属管弯曲力学性能评价方法，其特征在于：所述挠度的最大限值不大于跨距的一半。
6.根据权利要求4或5所述的不等壁厚金属管弯曲力学性能评价方法，其特征在于：步骤2)中，数据处理形成拟合曲线的具体方法为：计算同一挠度对应的厚壁受压与薄壁受压载荷的平均值，形成平均载荷随挠度变化的拟合曲线。
7.根据权利要求6所述的不等壁厚金属管弯曲力学性能评价方法，其特征在于：取拟合曲线的第一个峰值作为所测不等壁厚金属管的抗弯力学性能最大值。
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