CN106153458A - 一种拉压型残余应力标定用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种拉压型残余应力标定用装置，属于材料加工过程中实验应力测量技术领域。该装置包括拉压加载机构、夹持机构和支撑机构。所述拉压加载机构在标定材料全厚度方向上施加均匀拉伸或压缩应力；所述夹持机构可以根据标定材料的拉压类型调整夹持位置；所述支撑机构上安装拉压加载机构和夹持机构，并可以自行调整高度。本发明可以作为盲孔法、压痕应变法等残余应力检测方法的配套加载装置，准确标定拉伸应力状态下和压缩应力状态下的材料应力应变关系，同时装置操作简单灵活，使用方便，克服了三点弯曲加载时方便易用但应力场不均匀的问题，或采用拉伸试验机标定时需要大尺寸试样且不好加载等诸多问题。

Description

一种拉压型残余应力标定用装置
技术领域
本发明涉及材料加工过程中实验应力测量技术领域，具体涉及一种拉压型残余应力标定用装置，该装置可以标定拉伸应力状态或压缩应力状态下材料的应力应变关系。
背景技术
焊接、铸造和塑性成形等冷热加工技术已经广泛应用于民用及军用各个领域，对国民经济及国防事业发展起着极其重要的作用。热加工过程中的不均匀加热和冷却会使构件产生相当大的残余应力，残余应力对构件的力学性能产生不同程度影响，尤其使得构件疲劳性能、应力腐蚀性能降低。冷加工过程材料的不均匀变形造成构件表层和内层应力分布不均，使得加工后构件变形，影响尺寸精度。因此残余应力的准确测量，对于确保构件的安全性和可靠性有着非常重要的意义。
残余应力测量方法主要分为应力释放法、无损测量和应力叠加法三类。无损测量方法因不破坏构件具有一定优越性，而盲孔法则是应力释放法的代表性工程应用方法。压痕法是一种近年来得到广泛关注的一种近乎无损的残余应力测量方法。无论是压痕应变法还是盲孔法，测量残余应力之前最好能够针对材料的应力应变关系进行试验标定。标定时加载方法可以是单向拉伸或者压缩，也可以采用三点弯曲方法实现。单向加载因不存在厚度方向上的应力不均性而精度更高，但普通拉伸或压缩试验机多为立式机构对于材料的标定过程有很多不便。如要求更大的试样尺寸，且压缩时容易弯曲失稳。三点弯曲的加载方式虽然灵活性很高，但应力均匀区窄，需要的材料尺寸也较大。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种拉压型残余应力标定用装置，该装置通过调节不同加载器(千斤顶)，能够更加准确方便地进行拉伸应力状态和压缩应力状态下材料应力应变关系的标定。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：
一种拉压型残余应力标定用装置，该装置包括支撑机构、拉压加载机构和夹持机构，其中：所述支撑机构包括长方形框架和底脚，所述框架是由四根方钢(方钢Ⅰ、方钢Ⅱ、方钢Ⅲ和方钢Ⅳ)拼焊而成，所述底脚用于支撑框架，固定在框架底部，底脚末端设有调节高度的调节螺栓，通过调节螺栓使框架保持水平放置。
所述拉压加载机构包括滑轨、拉伸用千斤顶、拉伸挡板、压缩用千斤顶、压缩挡板和加载销；所述滑轨为两根平行排列的钢管，滑轨穿装在框架的方钢Ⅰ和方钢Ⅱ上；所述拉伸挡板和压缩挡板放置在滑轨上且分别位于方钢Ⅰ的两侧(拉伸挡板位于框架外，压缩挡板位于框架内)，滑轨上各设置两个加载销用于对拉伸挡板和压缩挡板的限位；所述拉伸用千斤顶和压缩用千斤顶固定在框架的方钢Ⅰ上，其中：拉伸用千斤顶固定在方钢Ⅰ的外侧，压缩用千斤顶固定在方钢Ⅰ的内侧。
所述夹持机构是指用于夹持待标定材料的夹头Ⅰ和夹头Ⅱ，夹头Ⅰ和夹头Ⅱ为开有凹槽的柱体，夹头Ⅰ的封闭端通过螺栓固定在压缩挡板上，夹头Ⅱ的封闭端通过螺栓固定在框架的方钢Ⅱ上。待标定材料的两端分别伸入夹头Ⅰ和夹头Ⅱ的凹槽后，采用夹持销进行固定(所述夹头Ⅰ和夹头Ⅱ上都设有压缩夹持孔和拉伸夹持孔，待标定材料根据实际需要通过压缩夹持孔或者拉伸夹持孔固定在夹头Ⅰ和夹头Ⅱ上)。
所述待标定材料为板状，其规格与夹头Ⅰ和夹头Ⅱ的凹槽相配合。
本发明设计原理如下：
本发明通过调节装置上的拉伸用千斤顶或压缩用千斤顶，可以标定拉伸应力状态或压缩应力状态下材料的应力应变关系，加载力作用在待标定材料全厚度方向，克服厚度方向上应力不均匀，所用标定试板尺寸较常规拉伸机缩小5倍，较三点弯曲设备缩小2倍，同时能够更加方便准确标定拉伸状态和压缩状态下材料的应力应变关系。
本发明可根据标定材料加载类型和长度调节夹持位置，从而有效避免高压缩应力下加载失稳问题。
本发明拉压型残余应力标定用装置，与拉伸试验机或三点弯曲设备相比具有如下优势：
1、操作简单，可以同时实现拉伸和压缩状态下应力标定；
2、应力加载在全厚度方向上，克服厚度方向上应力分布不均引起的标定误差；
3、试板尺寸可以做得较小，方便一些不易获得材料的标定；
4、成本低廉，易于制造和安装。
附图说明
图1为本发明装置俯视图。
图2为本发明装置框架示意图。
图3为本发明装置夹持机构示意图。
图中：1-框架；101-方钢Ⅰ；102-方钢Ⅱ；103-方钢Ⅲ；104-方钢Ⅳ；2-滑轨；3-拉伸挡板；4-拉伸用千斤顶；5-压缩用千斤顶；6-压缩挡板；7-加载销；8-夹持机构；801-夹头Ⅰ；802-夹头Ⅱ；9-待标定材料；10-底脚；11-安装螺栓；12-压缩夹持孔；13-拉伸夹持孔；14-夹持销，15-应变片；16-调节螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步详细说明。
如图1-3所示，本发明拉压型残余应力标定用装置，包括支撑机构、拉压加载机构和夹持机构8，其中：所述支撑机构包括长方形框架1和底脚10，框架1是由四根方钢(方钢Ⅰ101、方钢Ⅱ102、方钢Ⅲ103和方钢Ⅳ104)拼焊而成，所述底脚10用于支撑框架1，固定在框架1底部，底脚10末端设有安装调节高度孔及调节螺栓16，通过调节螺栓16调整框架1高度并使框架1保持水平放置状态。
所述拉压加载机构包括滑轨2、拉伸用千斤顶(50T)4、拉伸挡板(方钢)3、压缩用千斤顶(50T)5、压缩挡板(方钢)6和加载销7；所述滑轨2为两根平行排列的50mm厚壁钢管，滑轨2穿装在框架1的方钢Ⅰ101和方钢Ⅱ102上；所述拉伸挡板3和压缩挡板6放置在滑轨2上且分别位于方钢Ⅰ101的两侧(拉伸挡板位于框架外，压缩挡板位于框架内)，滑轨2上各设置两个直径16mm的加载销7用于对拉伸挡板3和压缩挡板6的限位；所述拉伸用千斤顶4和压缩用千斤顶5固定在框架的方钢Ⅰ101上，其中：拉伸用千斤顶4固定在方钢Ⅰ的外侧(框架外)，压缩用千斤顶5固定在方钢Ⅰ的内侧(框架内)。
所述夹持机构8用于夹持待标定材料(板状)9，包括夹头Ⅰ801和夹头Ⅱ802，夹头Ⅰ801和夹头Ⅱ802为开有凹槽的柱体，夹头Ⅰ801的封闭端通过安装螺栓(M26)11固定在压缩挡板上，夹头Ⅱ802的封闭端通过安装螺栓(M26)11固定在框架1的方钢Ⅱ102上。所述夹持机构8通过插销结构进行夹持，选择相应夹持孔进行拉伸或压缩，不需要更换夹头，并能保证高应力条件下材料的拉伸或压缩过程稳定性。具体为：所述夹头Ⅰ801和夹头Ⅱ802上都设有压缩夹持孔(φ17)12和拉伸夹持孔(φ17)13，将待标定材料9的两端分别伸入夹头Ⅰ801和夹头Ⅱ802的凹槽后(凹槽规格与板状待标定材料规格相适应)，采用夹持销(φ16)14进行固定，待标定材料9通过压缩夹持孔12或者拉伸夹持孔13固定在夹头Ⅰ801和夹头Ⅱ802上。
采用本发明装置标定拉伸应力条件下材料的应力应变关系时，安装所有加载销7，将拉伸挡板3通过拉伸夹持孔13连接，用拉伸用千斤顶4加载，滑轨2在框架1内滑动带动标定试板(待标定材料)向外移动；标定压缩应力条件下材料的应力应变关系时，将压缩挡板6通过压缩夹持孔12连接，拔出拉伸挡板3的加载销，使拉伸挡板3可以自由滑动，避免与拉伸用千斤顶4碰撞，用压缩千斤顶5加载，滑轨2在框架1内滑动带动标定试板(待标定材料)向内移动。
本发明通过分别调整拉伸用千斤顶和压缩用千斤顶在待标定材料的全厚度方向上施加均匀应力，使材料加载到屈服强度以下的任意规定应力，实现拉伸状态和压缩状态下应力应变关系的准确标定。
上述实施是对本发明进行具体描述，只是对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，技术人员根据上述发明内容做出一些非本质改进和调整均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种拉压型残余应力标定用装置，其特征在于：该装置包括支撑机构、拉压加载机构和夹持机构，其中：
所述支撑机构包括长方形框架和底脚，所述框架是由方钢Ⅰ、方钢Ⅱ、方钢Ⅲ和方钢Ⅳ拼焊而成，所述底脚用于支撑框架，固定在框架底部；
所述拉压加载机构包括滑轨、拉伸用千斤顶、拉伸挡板、压缩用千斤顶和压缩挡板；所述滑轨为两根平行排列的钢管，滑轨穿装在框架的方钢Ⅰ和方钢Ⅱ上；所述拉伸挡板和压缩挡板放置在滑轨上且分别位于方钢Ⅰ的两侧；所述拉伸用千斤顶和压缩用千斤顶固定在框架的方钢Ⅰ上，其中：拉伸用千斤顶固定在方钢Ⅰ的外侧，压缩用千斤顶固定在方钢Ⅰ的内侧；
所述夹持机构用于夹持待标定材料，包括夹头Ⅰ和夹头Ⅱ，夹头Ⅰ和夹头Ⅱ为开有凹槽的柱体，待标定材料的两端分别伸入夹头Ⅰ和夹头Ⅱ的凹槽后，再采用夹持销进行固定。
2.根据权利要求1所述的拉压型残余应力标定用装置，其特征在于：所述支撑机构中，底脚末端设有调节螺栓，调节螺栓用于调节框架高度以及使框架保持水平放置。
3.根据权利要求1所述的拉压型残余应力标定用装置，其特征在于：所述拉压加载机构中，滑轨上还设有加载销，用于对拉伸挡板和压缩挡板进行限位和固定。
4.根据权利要求1所述的拉压型残余应力标定用装置，其特征在于：所述夹持机构中，夹头Ⅰ的封闭端通过螺栓固定在压缩挡板上，夹头Ⅱ的封闭端通过螺栓固定在框架的方钢Ⅱ上。
5.根据权利要求1所述的拉压型残余应力标定用装置，其特征在于：所述夹持机构中，夹头Ⅰ和夹头Ⅱ上都设有压缩夹持孔和拉伸夹持孔，待标定材料通过压缩夹持孔或拉伸夹持孔固定在夹头Ⅰ和夹头Ⅱ上。
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