CN106353181A - 薄板压缩的非对称夹持装置及实验方法 - Google Patents
薄板压缩的非对称夹持装置及实验方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种薄板压缩的非对称夹持装置及实验方法，非对称夹持装置的两个夹持板位于中心弹簧支架底板上的卡槽内，通过夹持板和滑块对薄板施加侧压力，使薄板不在厚度方向起皱和宽度方向失稳。两个回程弹簧分别固定在各夹持板与滑块之间。通过两个夹持板侧边上连接拉伸弹簧，为夹板提供均匀对称的压力。通过弹簧施加侧压力，通过夹持装置让试样受到平面夹持力，使试样材料保持厚度方向均匀移动，保证夹持间隙能够随着薄板厚度的变化自动调整；滑块运动区域位于试样非标距段，这样试样材料所受的横向摩擦力不会影响到标距区域，从而消除了滑块运动导致的宽度方向摩擦力对实验结果的影响。本发明提供了三个行程选择，能够满足多样的薄板拉伸‑压缩实验需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄板压缩的非对称夹持装置，属于板材成形测试技术领域。
背景技术
板材成形是材料加工领域的重要组成部分，已经成为国民经济发展的支柱产业之一，在汽车工业及航空航天工业中占据重要地位，是先进制造技术的重要组成部分。其中板材性能是成形工艺参数确定的重要依据，掌握板材的屈服极限、拉伸应力应变曲线、拉—压应力应变曲线等基本的材料性能参数具有重要意义。
随着薄壁轻量化构件制造技术的发展，对板材的成形精度要求越来越高。各种板材先进成形方式的不断提出，使得板材在塑性成形过程中承受复杂的应力状态和加载历史。由于包申格效应的存在，材料在应力状态发生变化时会表现出不同的材料性能。因此需要对应力状态发生变化时的材料性能进行测定，而薄板拉—压实验是行之有效的研究方法。对于密排六方结构的金属材料，其滑移系十分有限，孪生成为其主要塑性变形机制之一，表现出对应力符号的敏感性。汪清等在《加工工艺对AZ61镁合金拉压不对称性的影响》中指出，由于镁合金是密排六方结构，对镁合金进行塑性变形时会形成挤压丝织构，使得镁合金在挤压方向上产生强烈的拉压不对称性。因此对于这类材料压应力状态下的材料性能需要进一步研究，这就需要金属在压应力状态下产生较大的变形量。因此，为了提高板材的成形精度，有必要发明一种实验装置，用于实现大变形量的薄板连续拉-压/压-拉实验。
在薄板压缩实验过程中，在试样侧向自由两端受压的情况下，非常容易产生失稳起皱，不能得到符合工程应用的材料性能参数。这就需要设计一种夹持装置给试样施加适当的侧向约束，防止过早失稳。为此，陈世锦在《金属薄板的压缩实验》中提出了一种夹持装置，采用两块刚度较高的平板夹住试样防止失稳，并采用弹性夹紧及刚性限位结构使试样在厚度方向上有一定的变形自由度。该夹持装置能够完成小变形量的薄板压缩实验，国家标准“GB/T 7314-2005金属材料室温压缩实验方法”也推荐了该夹持装置。但是在试验机夹头和该装置之间存在未约束区，这一区域在试验过程中容易发生失稳起皱，导致该装置不能用于大变形量的压缩实验，也不能进行连续的薄板拉—压实验。在公开号103257075A的发明专利中公开了一种夹持装置，利用梳状模夹住试样防止失稳；利用导杆和弹簧的结构给试样施加侧向压力并保留厚度方向上的变形自由度；利用上下对称梳状模的结构特点实现了较大的压缩变形量。Toshihiko Kuwabara在《Advances of Plasticity Experimentson Metal Sheets and Tubes and Their Applications to Constitutive Modeling》中也应用了类似结构的装置。但是该装置中的梳状结构会导致试样平面上的压力分布不均匀，试样表面存在压力为零的盲区。Jian Cao在《Experimental and numericalinvestigation of combined isotropic-kinematic hardening behavior of sheetmetals》中提到了一种夹持装置，利用对称布置的滑块模夹住试样防止失稳；上下滑块对称布置，通过导向键在一个斜面上相互滑动，实现较大的变形行程；利用弹簧来施加侧向压力防止失稳，同时消除了试验机夹头和夹持装置之间的未约束区。但是该装置的滑块在运动过程中，会在试样主要变形区产生宽度方向的摩擦力，使试样标距段发生变形；而且该装置在厚度方向上的运动受到较大的摩擦力影响。综上所述，为了提高薄板拉-压实验的精度，有必要发明一种新的夹持装置。
发明内容
为了克服薄板大变形量压缩失稳起皱的问题，并且实现试样侧面全约束，同时消除试样标距段宽度方向的摩擦力，本发明提出一种薄板压缩的非对称夹持装置及实验方法。
所述的薄板压缩的非对称夹持装置包括导向轮、实验机工作台面、中心弹簧支架、第一夹持板、第一滑块、第二滑块、第二夹持板、回程弹簧、中心弹簧和导向键。其中：
所述的第一夹持板和第二夹持板位于中心弹簧支架底板上的卡槽内，被安装在实验机工作台面上，并分别通过中心弹簧固定在中心弹簧支架上。安装后的第一夹持板的工作面与第二夹持板的工作面相向将薄板夹持在中间。导向轮有四个，分为两组，其中一组嵌装入所述第一夹持板两侧外表面上的卡槽内，另一组装入所述第二夹持板两侧外表面上的卡槽内。所述第一滑块通过导向键安装在第一夹持板上表面的，第二滑块通过导向键安装在第二夹持板的上表面。所述第一夹持板和第二夹持板之间通过侧边弹簧连接。回程弹簧有两个，其中一个回程弹簧的一端固定在所述第一夹持板的外表面，另一端穿过该第一夹持板上的三角窗固定在所述第一滑块上；另一个回程弹簧的一端固定在所述第二夹持板的外表面，另一端穿过该第二夹持板上的三角窗固定在所述第二滑块上。
在第二夹持板上表面加工有45°斜面，在该斜面上有条形的键槽，导向键的一端安放在该键槽内，并与该键槽滑动配合。所述的斜面为第二滑块的滑动面。该滑动面的宽度占所述第二夹持板上表面总宽度的4/5，使所述第二夹持板上表面的一侧形成了挡板。在所述挡板上部开有贯通该挡板的三角窗。在所述三角窗与夹板台阶孔之间有中心弹簧光孔。在该第二夹持板工作面的底部有亦分布有四个用于安装夹板导杆的连接通孔，该连接通孔与位于所述第二夹持板底部的连接盲孔同轴并同径，将夹板导杆装入所述连接通孔内并进入位于第一夹持板上的连接盲孔内，将所述第一夹持板与第二夹持板连接。在与所述挡板对称的第二夹持板的一侧表面为该第二夹持板的工作面。与所述第二夹持板有挡板的表面垂直的一个侧表面的上部和下部分别开有侧边弹簧的安装孔；在该侧表面的下部开有导向轮的卡槽。与所述第二夹持板有挡板的表面垂直的另一个侧表面的上部因所述第二滑块的滑动面被加工掉；在该侧表面的下部开有导向轮的卡槽；在所述卡槽的一侧有侧边弹簧的安装孔。
在所述第一夹持板上表面加工有45°斜面，在该斜面上有条形的键槽，导向键的一端安放在该键槽内，并与该键槽滑动配合。所述的斜面为第一滑块的滑动面。该滑动面的宽度占所述第一夹持板上表面总宽度的4/5，使所述第一夹持板上表面的一侧形成了挡板。在所述挡板上部开有贯通该挡板的三角窗。在所述三角窗与夹板台阶孔之间有中心弹簧光孔。在与所述挡板对称的第一夹持板的一侧表面为该第一夹持板的工作面。与所述第二夹持板不同的是，位于该第一夹持板工作面的上部的夹板导杆安装孔和位于该第一夹持板工作面的底部四个夹板导杆安装孔均为盲孔。
与所述第一夹持板有挡板的表面垂直的一个侧表面的上部和下部分别开有侧边弹簧的安装孔；在该侧表面的下部开有导向轮卡槽。与所述第一夹持板有挡板的表面垂直的另一个侧表面的上部因所述第一滑块的滑动面被加工掉；在该侧表面的下部开有导向轮的卡槽；在所述卡槽的一侧有侧边弹簧的安装孔。
所述第二滑块为三角形块，并且该第二滑块的斜面为45°，在该斜面上固定安装有与所述键槽滑动配合的键。在所述第二滑块与第二夹持板上的挡板配合的侧表面上部靠近直角处加工有长圆形的滑块台阶孔，在该长圆形的滑块台阶孔下方有圆形的滑块台阶孔；所述长圆形的滑块台阶孔与滑块导杆滑动配合，将第一滑块和第二滑块固定在一起，使其在压缩或者拉伸过程中可以一起滑动；在靠近第二滑块的斜边处分布有三个行程螺纹孔，分别是第一行程螺纹孔、第二行程螺纹孔和第三行程螺纹孔。
所述第一滑块为三角形块，并且该第一滑块的斜面为45°，在该斜面上固定安装有与所述键槽滑动配合的键。在所述第一滑块位于第一夹持板工作面一侧的侧表面上部和下部分别有盲孔，该盲孔与第二滑块上的滑块台阶孔同轴并同径；当各滑块导杆装入所述第二滑块上的滑块台阶孔后，同时装入所述第一滑块上的盲孔内，实现第一滑块与第二滑块连接。在靠近所述第一滑块的斜边处分布有三个行程螺纹孔，分别是第一行程螺纹孔、第二行程螺纹孔和第三行程螺纹孔。
所述导向轮包括开口挡圈、导向轮、轮轴和导向轮架。所述导向轮架为矩形块，其外形尺寸与分别位于所述第一夹持板和第二夹持板上的导向轮卡槽的内形相同。轮轴位于导向轮的内表面，导向轮套装在该轮轴上，并通过开口挡圈定位。所述轮轴的中心线垂直与所述导向轮架的表面。在所述导向轮架的上部有贯通的回形孔，该回形孔位于所述轮轴的上方，通过该回形孔将所述各导向轮架分别固定在所述第一夹持板和第二夹持板上的导向轮卡槽内。
本发明提出的利用所述薄板压缩的非对称夹持装置进行实验的方法，包括薄板压缩实验、薄板拉-压实验和薄板压-拉实验。
A当进行薄板压缩实验时，具体过程是：
步骤1、安装实验装置，具体过程如下：
Ⅰ、将中心弹簧支架放置在试验机工作台面上，使多功能试验机夹头的中心对准中心弹簧支架的对称面。
Ⅱ、调节导向轮架在第一夹持板和第二夹持板上的位置，使导向轮的最低点高于第一夹持板和第二夹持板的底平面并固定。
Ⅲ、将各夹持板导杆穿入第二夹持板的夹板台阶孔，套入垫片，旋入第一夹持板的夹板螺纹孔，从而将第一夹持板和第二夹持板连接到一起。在中心弹簧光孔上插入圆柱销，将组装的夹持板放置在实验机工作台面上，中心弹簧支架的开口处。
Ⅳ、将各滑块导杆穿入第二滑块的滑块台阶孔，套入垫片，旋入第一滑块的滑块螺纹孔，从而将第一滑块与第二滑块连接到一起。将导向键安装到键槽上，第一滑块与第一夹持板相对应，第二滑块与第二夹持板相对应，将第一滑块和第二滑块同时安装到第一夹持板和第二夹持板的45°斜面上。
Ⅴ、将2个回程螺钉分别固定到第一夹持板和第二夹持板的回程螺纹孔上，再分别将对应的回程螺钉固定到第一滑块和第二滑块的第二行程螺纹孔内，最后分别连接回程弹簧。
Ⅵ、安装中心弹簧和中心弹簧座，调节中心弹簧压缩量为1mm。
步骤2、安装试样和侧边弹簧，具体过程如下：
Ⅰ、将试样安装到装置中，凸耳伸出装置外5～10mm，试样的上端和下端分别伸出装置外12mm。通过万能试验机夹头加紧该试样。
Ⅱ、将螺栓旋入第一夹持板和第二夹持板的侧边螺纹孔中，连接侧边弹簧。
步骤3、通过实验确定所述中心弹簧的压缩量，具体如下：
Ⅰ、调节中心弹簧螺栓的旋入量，使中心弹簧的初始压缩量为ΔX0；中心弹簧的初始压缩量ΔX0略大于实际的中心弹簧压缩量。
Ⅱ、将激光引伸计的量程设定为0～5mm，校准后连接到电脑上，打开万能试验机控制程序并进行联机，选择引伸计为激光引伸计。
Ⅲ、在程序的工具栏里选择编辑实验方案，然后选择位移控制：从0mm～-5mm，保存实验方案。
Ⅳ、将程序上的位移、力和变形全部清零
Ⅴ、点击实验机程序上的开始实验按钮。
Ⅵ、实验结束，卸下侧边弹簧，减小中心弹簧螺栓的旋入量，放松侧压力，去除试样。
Ⅶ、根据试样压缩结果调整中心弹簧压缩量：若试样压缩后表面无起皱，进入步骤4；若试样压缩后起皱，则采用二分法调整中心弹簧压缩量。调整中心弹簧压缩量的具体过程是：若试样在宽度方向扭曲，说明侧压力过大，故确定下一次实验的中心弹簧压缩量为(0+6)/2＝3mm，以减小侧压力。
Ⅷ、通过多次重复步骤2和步骤3中的Ⅰ-Ⅴ步，直至压缩实验后获得的压缩试样无起皱和扭曲，从而确定出合适的中心弹簧压缩量ΔXn。
Ⅸ、卸除试样。
步骤4、进行薄板压缩实验，具体如下：
Ⅰ、重复步骤2，安装新的试样和侧边弹簧。
Ⅱ、按实验确定的中心弹簧压缩量ΔXn调节中心弹簧螺栓的旋入量。
Ⅲ、将激光引伸计的量程设定为0～5mm，校准后连接到电脑上，打开万能试验机控制程序并进行联机，选择引伸计为激光引伸计。
Ⅳ、选择编辑实验方案，选择位移控制：从0mm～-5mm，保存实验方案。
Ⅴ、将计算机实验机程序上的位移、力和变形全部清零。
Ⅵ、点击实验机程序上的开始实验按钮。
Ⅶ、得到试样压缩过程的应力-应变曲线。
Ⅷ、实验结束后，卸下侧边弹簧，减小中心弹簧螺栓的旋入量，放松侧压力，去除试样。
B当进行薄板拉-压实验时，具体过程是：
步骤1、安装实验装置，具体过程如下：
Ⅰ、将中心弹簧支架放置在试验机工作台面上，尽量保证多功能试验机夹头的中心对准中心弹簧支架的对称面。
Ⅱ、调节导向轮架在第一夹持板和第二夹持板上的位置，使导向轮的最低点距离第一夹持板和第二夹持板的底平面之间保持间距。
Ⅲ、将各夹持板导杆穿入第二夹持板的夹板台阶孔，套入垫片，旋入第一夹持板的夹板螺纹孔，从而将第一夹持板和第二夹持板连接到一起。在中心弹簧光孔上插入圆柱销，将组装的夹持板放置在实验机工作台面上，中心弹簧支架的开口处。
Ⅳ、将多根滑块导杆穿入第二滑块的滑块台阶孔，套入垫片，旋入第一滑块的滑块螺纹孔，从而将第一滑块与第二滑块连接到一起。将导向键安装到键槽上，第一滑块与第一夹持板相对应，第二滑块与第二夹持板相对应，将第一滑块和第二滑块同时安装到第一夹持板和第二夹持板的45°斜面上。
Ⅴ、将回程螺钉固定到第一夹持板和第二夹持板的回程螺纹孔上，再将回程螺钉固定到第一滑块和第二滑块的第一行程螺纹孔内，最后连接回程弹簧。
Ⅵ、安装中心弹簧和中心弹簧座，调节中心弹簧螺栓，施加较小的侧压力。
步骤2、安装试样和侧边弹簧，具体过程如下：
Ⅰ、将试样安装到装置中，凸耳伸出装置外5～10mm，试样的上端和下端分别伸出装置外12mm。通过万能试验机夹头加紧该试样。
Ⅱ、将螺栓旋入第一夹持板和第二夹持板的侧边螺纹孔中，连接侧边弹簧。
步骤3、通过实验确定所述中心弹簧的压缩量，具体如下：
Ⅰ、调节中心弹簧螺栓的旋入量，使中心弹簧的初始压缩量为ΔX0；中心弹簧的初始压缩量ΔX0略大于实际的中心弹簧压缩量。
Ⅱ、将激光引伸计的量程设定为0～5mm，校准后连接到电脑上，打开万能试验机控制程序并进行联机，选择引伸计为激光引伸计。
Ⅲ、选择编辑实验方案；选择位移控制从0mm～-5mm。
Ⅳ、将程序上的位移、力和变形全部清零
Ⅴ、点击实验机程序上的开始实验按钮。
Ⅵ、实验结束，卸下侧边弹簧，减小中心弹簧螺栓的旋入量，放松侧压力，去除试样。
Ⅶ、根据试样压缩结果调整中心弹簧压缩量：若试样压缩后表面无起皱，进入步骤4；若试样压缩后起皱，则采用二分法调整中心弹簧压缩量。调整中心弹簧压缩量的具体过程是：若试样在宽度方向扭曲，说明侧压力过大，故确定下一次实验的中心弹簧压缩量为(0+6)/2＝3mm，以减小侧压力。
Ⅷ、通过多次重复步骤2和步骤3中的Ⅰ-Ⅴ步，直至压缩实验后获得的压缩试样无起皱和扭曲，从而确定出合适的中心弹簧压缩量ΔXn。
Ⅸ、卸除试样。
步骤4、进行薄板拉-压实验，具体如下：
Ⅰ、重复步骤2，安装新的试样和侧边弹簧。
Ⅱ、板料拉伸量为5mm，下压量为10mm；调整中心弹簧压缩量ΔXn。
Ⅲ、将激光引伸计的量程设定为0～10mm，选择引伸计为激光引伸计。Ⅳ、选择位移控制：第一步从0mm到5mm，第二步从5mm到-5mm，保存实验方案
Ⅴ、将计算机实验机程序上的位移、力和变形全部清零。
Ⅵ、点击实验机程序上的开始实验按钮。
Ⅶ、得到试样在连续拉-压条件下的应力-应变曲线。
Ⅷ、实验结束后，卸下侧边弹簧，减小中心弹簧螺栓的旋入量，放松侧压力，去除试样。
C当进行薄板压-拉实验时，具体过程是：
步骤1、安装实验装置，具体过程如下：
Ⅰ、将中心弹簧支架放置在试验机工作台面上，并使多功能试验机夹头的中心对准中心弹簧支架的对称面。
Ⅱ、调节导向轮架在第一夹持板和第二夹持板上的位置，使导向轮的最低点与第一夹持板和第二夹持板的底平面之间保持距离。
Ⅲ、将多根夹持板导杆分别穿入第二夹持板的夹板台阶孔，套入垫片，旋入第一夹持板的夹板螺纹孔，从而将第一夹持板和第二夹持板连接到一起。在中心弹簧光孔上插入圆柱销，将组装的夹持板放置在实验机工作台面上，中心弹簧支架的开口处。
Ⅳ、将多根滑块导杆穿入第二滑块的滑块台阶孔，套入垫片，旋入第一滑块的滑块螺纹孔，从而将第一滑块与第二滑块连接到一起。将导向键安装到键槽上，第一滑块与第一夹持板相对应，第二滑块与第二夹持板相对应，将第一滑块和第二滑块同时安装到第一夹持板和第二夹持板的45°斜面上。
Ⅴ、将回程螺钉固定到第一夹持板和第二夹持板的回程螺纹孔上，再将回程螺钉固定到第一滑块和第二滑块的第三行程螺纹孔内，最后连接回程弹簧。
Ⅵ、安装中心弹簧和中心弹簧座，调节中心弹簧螺栓，施加较小的侧压力。
步骤2、安装试样和侧边弹簧，具体过程如下：
Ⅰ、将试样安装到装置中，凸耳伸出装置外5～10mm，试样的上端和下端分别伸出装置外12mm。通过万能试验机夹头加紧该试样。
Ⅱ、将M4的螺栓旋入第一夹持板和第二夹持板的侧边螺纹孔中，连接侧边弹簧。
步骤3、通过实验确定所述中心弹簧的压缩量，具体如下：
Ⅰ、调节中心弹簧螺栓的旋入量，使中心弹簧的初始压缩量为ΔX0；中心弹簧的初始压缩量ΔX0略大于实际的中心弹簧压缩量。
Ⅱ、将激光引伸计的量程设定为0～5mm，；选择引伸计为激光引伸计。
Ⅲ、在程序的工具栏里选择编辑实验方案，然后选择位移控制：从0mm～-5mm，保存实验方案。
Ⅳ、将程序上的位移、力和变形全部清零
Ⅴ、点击实验机程序上的开始实验按钮。
Ⅵ、实验结束，卸下侧边弹簧，减小中心弹簧螺栓的旋入量，放松侧压力，去除试样。
Ⅶ、根据试样压缩结果调整中心弹簧压缩量：若试样压缩后表面无起皱，进入步骤4；若试样压缩后起皱，则采用二分法调整中心弹簧压缩量。调整中心弹簧压缩量的具体过程是：若试样在宽度方向扭曲，说明侧压力过大，故确定下一次实验的中心弹簧压缩量为(0+6)/2＝3mm，以减小侧压力。
Ⅷ、通过多次重复步骤2和步骤3中的Ⅰ～Ⅴ步，直至压缩实验后获得的压缩试样无起皱和扭曲，从而确定出合适的中心弹簧压缩量ΔXn。
Ⅸ、卸除试样。
步骤4、进行压-拉实验，具体如下：
Ⅰ、重复步骤2，安装新的试样和侧边弹簧。
Ⅱ、板料下压量为5mm，拉伸量为10mm；调整中心弹簧压缩量ΔXn＝4.9mm。
Ⅲ、将激光引伸计量程设定为为0～10mm，校准后连接到电脑上，打开万能试验机控制程序并进行联机，选择引伸计为激光引伸计。
Ⅳ、在工具栏里选择编辑实验方案，然后选择位移控制：第一步从0mm到-5mm，第二步从-5mm到5mm，保存实验方案
Ⅴ、将计算机实验机程序上的位移、力和变形全部清零。
Ⅵ、点击实验机程序上的开始实验按钮。
Ⅶ、得到试样在连续压-拉条件下的应力-应变曲线。
Ⅷ、实验结束后，卸下侧边弹簧，减小中心弹簧螺栓的旋入量，放松侧压力，去除试样。
本发明中，所述第二夹持板和第一夹持板的侧边上设计螺纹孔，用螺栓连接拉伸弹簧，为夹板提供均匀对称的压力。为了提供更大的压力，在第一夹持板和第二夹持板的几何中心设计光孔，用弹簧芯杆固定压缩弹簧。通过多个弹簧的对称布置，对试样提供足够大的厚向压力，防止失稳。
所述的第二夹持板上设计台阶孔，与夹持板导杆相互配合，第二夹持板能够在导杆上自由滑动。所述第一夹持板上设计螺纹孔，将夹持板导杆固定在第一夹持板上。通过第二夹持板在导杆上的滑动，实现第二夹持板与第一夹持板的相对运动，从而使试样在厚度方向上可以自由变形。
在所述第一夹持板和第二夹持板的侧面，设计用于配合导向滑轮架的凹槽，通过凹槽限制导向滑轮架水平方向的错动。在凹槽的底部加工螺纹孔，用螺栓将导向滑轮架固定到夹持板上。
在所述第一夹持板和第二夹持板的顶部，分别加工45°斜面，在斜面上加工键槽，利用导向键分别与第一滑块、第二滑块滑动配合。键槽的尺寸要留出足够大的行程余量。为了消除试样标距段宽度方向的摩擦力，将45°斜面加工到试样标距段的上部，从而将宽度方向的摩擦力转移到试样非标距段。
在所述的导向滑轮架的设计中，一端的轴承杆与624Z轴承的配合，利用开口挡圈实现轴承的固定；另一端有回形孔，用螺栓将其固定到夹持板上。通过回形孔调节滑轮架在夹持板垂直方向的位置，能够调节四个导向轮的位置，进而精确调节夹持板下端面与实验机工作台面之间的间隙。通过该结构，可以在减小试样厚度变化阻力的前提下，将试样未约束区减小到可以忽略的程度。
所述的第二滑块底部和第一滑块的底部均加工成45°斜面，在斜面上加工键槽，利用导向键分别与第二夹持板、第一夹持板滑动配合。在非试样配合面上加工三个螺纹孔，利用螺钉连接拉伸弹簧的一端，拉伸弹簧的另一端连接到第二夹持板上，通过选择不同的螺纹孔，以选择不同的拉伸和压缩行程。拉伸弹簧始终产生向上的拉力分量，保证第二滑块始终紧贴实验机上夹头的下端面。所述三个行程螺纹孔中，螺纹孔Ⅰ只能进行先拉后压的连续拉-压实验，拉伸和压缩的行程均为16mm；螺纹孔Ⅲ只能进行先压后拉的连续压-拉实验，拉伸和压缩行程均为16mm；螺纹孔Ⅱ对于先拉后压或者先压后拉可以自由选择，但是拉伸和压缩行程均只有8mm。在第二滑块上加工台阶孔，与滑块导杆实现滑动配合；在第一滑块试样配合面上加工螺纹孔，与滑块导杆的螺纹端固定连接；通过导杆，第二滑块的垂直运动可以保持一致，其间隙可以随着试样厚度的变化而改变。
所述的第一滑块和第二滑块，上端面与上夹头的下端面紧密贴合。上夹头向下运动时，第一滑块和第二滑块在第一夹持板和第二夹持板的45°斜面上滑动，实现试样的压缩变形。上夹头向上运动时，在回程弹簧的拉力下，第一滑块和第二滑块在第二夹持板和第一夹持板的45°斜面上滑动，实现试样的拉伸变形。本发明的优点是：
1、本发明通过夹持板和滑块在45°斜面上的滑动配合，保证试样在连续的大变形压缩和拉伸过程中，能有可靠的侧压力，从而避免薄板的失稳起皱。
2、本发明通过应用轴承作为导向轮，滚动摩擦力小，提供厚向变形空间。
3、本发明采用对称布置的弹簧施加侧压力，压力在试样上分布均匀。通过调节中心弹簧的压缩量，可以施加不同的侧压力。
4、本发明提供了三个行程选择，能够满足多样的薄板拉伸-压缩实验需求。
5、本发明通过回形孔调节导向轮架在夹持板垂直方向的位置，从而精确调节夹持板下端面与实验机工作台面之间的间隙，将试样下部未约束区减小到可以忽略的程度。
6、回程弹簧的上拉力，使滑块的上端面与实验机上夹头的下端面贴合到一起，从而实现试样侧面的全约束。
7、将45°斜面加工到试样标距段的上部，将滑块运动导致的宽度方向摩擦力转移到试样非标距段，不会影响实验结果。
本发明通过夹持板和滑块对薄板施加侧压力，使薄板不在厚度方向起皱和宽度方向失稳。所采用的弹簧施加侧压力，通过夹持装置让试样受到平面夹持力，使试样材料保持厚度方向均匀移动，保证夹持间隙能够随着薄板厚度的变化自动调整；滑块运动区域位于试样非标距段，这样试样材料所受的横向摩擦力不会影响到标距区域，从而消除了滑块运动导致的宽度方向摩擦力对实验结果的影响，实验中上述效果均得到验证。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明没有中心弹簧支撑架的整体装配示意图；；
图3为图2的右视图；
图4为第一夹持板、第一滑块与试样的配合右视图；
图5为图2的左视图；
图6为第二夹持板、第二滑块与试样的配合左视图；
图7为第二夹持板、第二滑块、导向轮架与实验机工作台面的配合示意图；
图8为第一夹持板、第一滑块、导向轮架与实验机工作台面的配合示意图；
图9为导向杆、第二夹持板、第二滑块、试样的装配示意图；
图10为导向轮架与导向轮的装配示意图；
图11为中心弹簧支撑架、中心弹簧座与中心弹簧的装配示意图；
图12为第二夹持板、第二滑块与回程弹簧的装配示意图；
图13为第二夹持板的结构示意图；
图14为第一夹持板的结构示意图；
图15为第二滑块的结构示意图；
图16为第一滑块的结构示意图；
图17为中心弹簧座的结构示意图；
图18为试样的结构示意图；
图中：1.导向轮；2.实验机工作台面；3.中心弹簧座；4.中心弹簧支架；5.侧边弹簧；6.第一夹持板；7.第一滑块；8.试样；9.第二滑块；10.第二夹持板；11.回程弹簧；12.中心弹簧；13.开口挡圈；14.导向键；15.导向轮架；16滑块导杆；17.夹持导杆；18.轴承杆；19.回形孔；20.中心弹簧螺栓；21.侧边螺纹孔；22.导向轮架凹槽；23.中心弹簧光孔；24.夹板台阶孔；25.回程螺钉；26.三角窗；27.回程螺纹孔；28.键槽；29.导向轮螺纹孔；30.夹板螺纹孔；31凸耳槽；32.第一行程螺纹孔；33.第二行程螺纹孔；34.第三行程螺纹孔；35.滑块台阶孔；36.滑块螺纹孔；37.中心弹簧座尾孔；38.中心弹簧座轴端；39.凸耳。
具体实施方式
实施例1：
本实施例是一种薄板压缩的非对称夹持装置，包括导向轮1、实验机工作台面2、中心弹簧座3、中心弹簧支架4、侧边弹簧5、第一夹持板6、第一滑块7、第二滑块9、第二夹持板10、回程弹簧11、中心弹簧12、导向键14、导向轮架15、滑块导杆16和夹板导杆17。
所述的第一夹持板6和第二夹持板10位于所述中心弹簧支架4底板上的卡槽内，被安装在实验机工作台面上，并分别通过中心弹簧12固定在中心弹簧支架4上。安装后的第一夹持板6的工作面与第二夹持板10的工作面相向将薄板夹持在中间。导向轮1有四个，分为两组，其中一组嵌装入所述第一夹持板6两侧外表面上的卡槽内，另一组装入所述第二夹持板10两侧外表面上的卡槽内。所述第一滑块7通过导向键14安装在第一夹持板6上表面的，第二滑块9通过导向键14安装在第二夹持板10的上表面。所述第一夹持板6和第二夹持板10之间通过侧边弹簧5连接。回程弹簧11有两个，其中一个回程弹簧的一端固定在所述第一夹持板6的外表面，另一端穿过该第一夹持板上的三角窗26固定在所述第一滑块7上；另一个回程弹簧的一端固定在所述第二夹持板10的外表面，另一端穿过该第二夹持板上的三角窗26固定在所述第二滑块9上。工作时，在回程弹簧11的拉力作用下，使第一夹持板6与第一滑块7紧密贴合到一起，使第二夹持板10与第二滑块9紧密贴合到一起。
所述第二夹持板10为方形块状。在该第二夹持板上表面加工有45°斜面，在该斜面上有条形的键槽28，导向键14的一端安放在该键槽内，并与该键槽滑动配合。所述的斜面为第二滑块9的滑动面。该滑动面的宽度占所述第二夹持板上表面总宽度的4/5，使所述第二夹持板上表面的一侧形成了挡板。在所述挡板上部开有贯通该挡板的三角窗26。在所述三角窗与夹板台阶孔24之间有中心弹簧光孔23。在该第二夹持板工作面的底部有亦分布有四个用于安装夹板导杆17的连接通孔，该连接通孔与位于所述第二夹持板10底部的连接盲孔同轴并同径，将夹板导杆17装入所述连接通孔内并进入位于第一夹持板上的连接盲孔内，将所述第一夹持板与第二夹持板连接。在与所述挡板对称的第二夹持板的一侧表面为该第二夹持板的工作面。与所述第二夹持板有挡板的表面垂直的一个侧表面的上部和下部分别开有侧边弹簧5的安装孔；在该侧表面的下部开有导向轮1的卡槽。与所述第二夹持板有挡板的表面垂直的另一个侧表面的上部因所述第二滑块的滑动面被加工掉；在该侧表面的下部开有导向轮1的卡槽；在所述卡槽的一侧有侧边弹簧5的安装孔。
所述第一夹持板6为方形块状，其结构特征与所述第二夹持板基本相同。在该第一夹持板上表面加工有45°斜面，在该斜面上有条形的键槽28，导向键14的一端安放在该键槽内，并与该键槽滑动配合。所述的斜面为第一滑块7的滑动面。该滑动面的宽度占所述第一夹持板上表面总宽度的4/5，使所述第一夹持板上表面的一侧形成了挡板。在所述挡板上部开有贯通该挡板的三角窗26。在所述三角窗与夹板台阶孔24之间有中心弹簧光孔23。在与所述挡板对称的第一夹持板的一侧表面为该第一夹持板的工作面。与所述第二夹持板不同的是，位于该第一夹持板工作面的上部的夹板导杆安装孔和位于该第一夹持板工作面的底部四个夹板导杆安装孔均为盲孔。
在与所述挡板对称的第一夹持板的一侧表面为该第一夹持板的工作面。与所述第一夹持板有挡板的表面垂直的一个侧表面的上部和下部分别开有侧边弹簧5的安装孔；在该侧表面的下部开有导向轮卡槽。与所述第一夹持板有挡板的表面垂直的另一个侧表面的上部因所述第一滑块的滑动面被加工掉；在该侧表面的下部开有导向轮1的卡槽；在所述卡槽的一侧有侧边弹簧5的安装孔。
所述第二滑块9为三角形块，并且该第二滑块的斜面为45°，在该斜面上固定安装有与所述键槽28滑动配合的键。在所述第二滑块9与第二夹持板上的挡板配合的侧表面上部靠近直角处加工有长圆形的滑块台阶孔35，在该长圆形的滑块台阶孔下方有圆形的滑块台阶孔35；所述长圆形的滑块台阶孔35与滑块导杆16滑动配合，将第一滑块7和第二滑块9固定在一起，使其在压缩或者拉伸过程中可以一起滑动；在靠近第二滑块9的斜边处分布有三个行程螺纹孔，分别是第一行程螺纹孔32、第二行程螺纹孔33和第三行程螺纹孔34。工作时，将所述回程弹簧11与第二滑块连接的一端通过回程螺钉25装入某个选定的行程螺纹孔内；
所述第一滑块7为三角形块，并且该第一滑块的斜面为45°，在该斜面上固定安装有与所述键槽28滑动配合的键。在所述第一滑块位于第一夹持板工作面一侧的侧表面上部和下部分别有盲孔，该盲孔与第二滑块上的滑块台阶孔35同轴并同径；当各滑块导杆16装入所述第二滑块上的滑块台阶孔后，同时装入所述第一滑块上的盲孔内，实现第一滑块7与第二滑块9连接。
在靠近所述第一滑块7的斜边处分布有三个行程螺纹孔，分别是第一行程螺纹孔32、第二行程螺纹孔33和第三行程螺纹孔34。工作时，将所述回程弹簧11与第二滑块连接的一端通过回程螺钉25装入某个选定的行程螺纹孔内。
所述导向轮1包括开口挡圈13、导向轮1、轮轴18和导向轮架15。所述导向轮架15为矩形块，其外形尺寸与分别位于所述第一夹持板6和第二夹持板10上的导向轮卡槽的内形相同。轮轴18位于导向轮的内表面，导向轮1套装在该轮轴上，并通过开口挡圈13定位。所述轮轴18的中心线垂直与所述导向轮架15的表面。在所述导向轮架的上部有贯通的回形孔19，该回形孔位于所述轮轴18的上方，通过该回形孔将所述各导向轮架分别固定在所述第一夹持板6和第二夹持板10上的导向轮卡槽内。
本实施例中，成形时的拉伸行程和压缩行程均为8mm，为了留出足够大的行程余量，所述分别位于第一夹持板6和第二夹持板10上的键槽28的长度为51mm。
与此相对应的第一滑块7和第二滑块9上也加工45°斜面，并在斜面上加工键槽。选用的导向键14为宽度8mm，长度25mm的导向平键。通过斜面的滑动配合，可以实现滑块相对于夹持板的上下运动。
在第一夹持板6和第二夹持板10上分别加工深度为3mm的导向轮架凹槽22，并在凹槽底部加工M3的导向轮螺纹孔29，用于实现导向轮架15的固定。在导向轮架15上加工回形孔19，回形孔19的宽度为3mm，长度为6mm，通过调整螺栓在回形孔19上的位置来实现导向轮架15垂直位置的调整，进而能够调整第一夹持板6和第二夹持板10的底平面与实验机工作台面2之间的间隙，本实施例中的间隙值为0.2mm。所述的导向轮1，选用624Z轴承，利用开口挡圈13将624Z轴承固定到导向轮架的轴承杆18上。
在第一夹持板6和第二夹持板10的侧边上加工M4的侧边螺纹孔21，用M4的螺钉连接侧边弹簧5，在侧边弹簧5的压力作用下第一夹持板6和第二夹持板10连接到一起。本实施例的侧边弹簧5为线径0.8mm、中径6mm、长度30mm的拉伸弹簧，侧边弹簧5总共有4个，前后各有两个。为了施加足够的侧压力，在第一夹持板6和第二夹持板10上加工了直径为10mm的中心弹簧光孔23，用直径10mm的圆柱销固定中心弹簧12，本实施例的中心弹簧12为线径1.5mm、中经12mm、长度30mm的压缩弹簧。为了改善试样表面的压力条件，在第一夹持板6和第二夹持板10之间、第一滑块7和第二滑块9之间安装与试样厚度相同的垫片，本实施例中垫片厚度为1mm。通过垫片抵消安装和加工等误差导致的非对称压力，从而提高试样表面的压力均匀性。
在第一夹持板6和第二夹持板10上加工三角窗26，并加工M4的回程螺纹孔27，利用M4的螺钉来固定回程弹簧11。在回程弹簧11的拉力作用下，第一夹持板6与第一滑块7紧密贴合到一起，第二夹持板10与第二滑块9紧密贴合到一起。
在第二夹持板10上加工夹板台阶孔24，夹板台阶孔24与夹板导杆17滑动配合。夹板导杆17的直径为3mm，端部有M3的螺纹，本实施例总共需要6个夹板导杆17。在第一夹持板6上加工M3的夹板螺纹孔30，第一夹持板6与夹板导杆17固定连接。
在第一滑块7和第二滑块9上加工M4的第一行程螺纹孔32、第二行程螺纹孔33和第三行程螺纹孔34，用于连接回程弹簧11。本实施例选用第三行程螺纹孔34进行薄板压缩实验。
在第二滑块9上加工滑块台阶孔35，与滑块导杆16滑动配合。滑块导杆16的直径为3mm，端部有M3的螺纹，本实施例总共需要3根滑块导杆16。在第一滑块7上加工M3的滑块螺纹孔36，第一滑块7与滑块导杆16固定连接。第一夹持板6、第二夹持板10、第一滑块7和第二滑块9共同对试样8施加侧压力，防止板材在压缩过程中起皱。
在中心弹簧支架4上加工M10的螺纹孔，旋入中心弹簧螺栓20，中心弹簧螺栓20插入中心弹簧座3的中心弹簧座尾孔37中，通过调节螺栓的旋入量调节中心弹簧12的压缩量，从而调节侧压力的大小。本实施例的中心弹簧座尾孔37的直径为10mm，中心弹簧座轴端38的直径为10mm，中心弹簧12的一端紧靠中心弹簧座，另一端紧靠夹持板。
为了防止结构变形，中心弹簧支架4要有足够大的刚度，因此主要承力部分的尺寸不能太小。为了不干涉装置的运动，要留出足够的空间余量。本实施例中，中心弹簧支架4放置在实验机工作台面2上。
实施例2
本实施例是一种利用实施例1所述非对称夹持装置进行薄板压缩实验的方法，试样厚度为1mm，材质为DP600。测量凸耳39伸出装置外10mm，试样上下伸出装置外12mm供实验机的夹头夹持。试样上下不对称，非标距段的上部分比下部分长15mm，由非标距段的上部分来承受宽度方向的摩擦力，能够消除滑块运动带来的宽度方向摩擦力对试样的影响。
本实施例的具体过程是：
步骤1、安装实验装置，具体过程如下：
Ⅰ、将中心弹簧支架4放置在试验机工作台面2上，使多功能试验机夹头的中心对准中心弹簧支架4的对称面。
Ⅱ、调节导向轮架15在第一夹持板6和第二夹持板10上的位置，使导向轮1的最低点高于第一夹持板6和第二夹持板10的底平面2mm，并用螺栓固定好。
Ⅲ、将6根夹持板导杆17穿入第二夹持板10的夹板台阶孔24，套入垫片，旋入第一夹持板6的夹板螺纹孔30，从而将第一夹持板6和第二夹持板10连接到一起。在中心弹簧光孔23上插入直径10mm的圆柱销，将组装的夹持板放置在实验机工作台面2上，中心弹簧支架4的开口处。
Ⅳ、将3根滑块导杆16穿入第二滑块9的滑块台阶孔35，套入垫片，旋入第一滑块7的滑块螺纹孔36，从而将第一滑块7与第二滑块9连接到一起。将导向键14安装到键槽28上，第一滑块7与第一夹持板6相对应，第二滑块9与第二夹持板10相对应，将第一滑块7和第二滑块9同时安装到第一夹持板6和第二夹持板10的45°斜面上。
Ⅴ、将2个回程螺钉25分别固定到第一夹持板6和第二夹持板10的回程螺纹孔27上，再分别将对应的回程螺钉固定到第一滑块7和第二滑块9的第二行程螺纹孔33内，最后分别连接回程弹簧11。
Ⅵ、安装中心弹簧12和中心弹簧座3，调节中心弹簧螺栓20，使弹簧压缩量为1mm。
步骤2、安装试样和侧边弹簧，具体过程如下：
Ⅰ、将试样18安装到装置中，凸耳39伸出装置外5～10mm，试样的上端和下端分别伸出装置外12mm。通过万能试验机夹头加紧该试样。
Ⅱ、将M4的螺栓旋入第一夹持板6和第二夹持板10的侧边螺纹孔21中，连接侧边弹簧5。
步骤3、通过实验确定所述中心弹簧的压缩量，具体如下：
Ⅰ、调节中心弹簧螺栓的旋入量，使中心弹簧的初始压缩量ΔX0＝6mm；中心弹簧的初始压缩量ΔX0略大于实际的中心弹簧压缩量。
Ⅱ、将激光引伸计量程设定为0～5mm，校准后连接到电脑上，打开万能试验机控制程序并进行联机，选择引伸计为激光引伸计。
Ⅲ、在程序的工具栏里选择编辑实验方案，然后选择位移控制：从0mm～-5mm，保存实验方案。
Ⅳ、将程序上的位移、力和变形全部清零
Ⅴ、点击实验机程序上的开始实验按钮。
Ⅵ、实验结束，卸下侧边弹簧5，减小中心弹簧螺栓的旋入量，放松侧压力，去除试样。
Ⅶ、根据试样压缩结果调整中心弹簧压缩量：若试样压缩后表面无起皱，进入步骤4；若试样压缩后起皱，则采用二分法调整中心弹簧压缩量。调整中心弹簧压缩量的具体过程是：若试样在宽度方向扭曲，说明侧压力过大，故确定下一次实验的中心弹簧12压缩量为(0+6)/2＝3mm，以减小侧压力。
Ⅷ、通过4次重复步骤2和步骤3中的Ⅰ-Ⅴ步，其中4次实验的中心弹簧压缩量根据上次压缩实验结果分别确定为3mm、4.5mm、5.3mm、4.9mm，第4次压缩实验后获得的压缩试样无起皱和扭曲，从而确定出合适的中心弹簧压缩量ΔXn＝4.9mm。
Ⅸ、卸除试样18。
步骤4、进行薄板压缩实验，具体如下：
Ⅰ、重复步骤2，安装新的试样和侧边弹簧。
Ⅱ、按实验确定的中心弹簧压缩量ΔXn＝4.9mm调节中心弹簧螺栓的旋入量。
Ⅲ、将激光引伸计量程设定为0～5mm。校准后连接到电脑上，打开万能试验机控制程序并进行联机，选择引伸计为激光引伸计。
Ⅳ、选择位移控制：从0mm～-5mm，保存实验方案。
Ⅴ、将计算机实验机程序上的位移、力和变形全部清零。
Ⅵ、点击实验机程序上的开始实验按钮。
Ⅶ、得到试样压缩过程的应力-应变曲线。
Ⅷ、实验结束后，卸下侧边弹簧5，减小中心弹簧螺栓的旋入量，放松侧压力，去除试样。
实施例3：
本实施例是使用该非对称夹持装置进行的薄板拉-压实验；拉伸量为5mm，压缩量为10mm。
本实施例的试样厚度为1mm，材质为DP600。测量凸耳39伸出装置外10mm，试样上下伸出装置外12mm供实验机的夹头夹持。试样上下不对称，非标距段的上部分比下部分长15mm，由非标距段的上部分来承受宽度方向的摩擦力，可以消除滑块运动带来的宽度方向摩擦力对试样的影响。
本实施例的薄板连续拉-压实验具体步骤如下：
步骤1、安装实验装置，具体过程如下：
Ⅰ、将中心弹簧支架4放置在试验机工作台面2上，尽量保证多功能试验机夹头的中心对准中心弹簧支架4的对称面。
Ⅱ、调节导向轮架15在第一夹持板6和第二夹持板10上的位置，使导向轮1的最低点距离第一夹持板6和第二夹持板10的底平面保持一定高度，这个高度可以根据各自实验要求进行调整，并用螺栓固定好。
Ⅲ、将6根夹持板导杆17穿入第二夹持板10的夹板台阶孔24，套入垫片，旋入第一夹持板6的夹板螺纹孔30，从而将第一夹持板6和第二夹持板10连接到一起。在中心弹簧光孔23上插入直径10mm的圆柱销，将组装的夹持板放置在实验机工作台面2上，中心弹簧支架4的开口处。
Ⅳ、将3根滑块导杆16穿入第二滑块9的滑块台阶孔35，套入垫片，旋入第一滑块7的滑块螺纹孔36，从而将第一滑块7与第二滑块9连接到一起。将导向键14安装到键槽28上，第一滑块7与第一夹持板6相对应，第二滑块9与第二夹持板10相对应，将第一滑块7和第二滑块9同时安装到第一夹持板6和第二夹持板10的45°斜面上。
Ⅴ、将回程螺钉25固定到第一夹持板6和第二夹持板10的回程螺纹孔27上，再将回程螺钉25固定到第一滑块7和第二滑块9的第一行程螺纹孔32内，最后连接回程弹簧11。
Ⅵ、安装中心弹簧12和中心弹簧座3，调节中心弹簧螺栓20，施加较小的侧压力。
步骤2、安装试样和侧边弹簧，具体过程如下：
Ⅰ、将试样18安装到装置中，凸耳39伸出装置外5～10mm，试样的上端和下端分别伸出装置外12mm。通过万能试验机夹头加紧该试样。
Ⅱ、将M4的螺栓旋入第一夹持板6和第二夹持板10的侧边螺纹孔21中，连接侧边弹簧5。
步骤3、通过实验确定所述中心弹簧的压缩量，具体如下：
Ⅰ、调节中心弹簧螺栓的旋入量，使中心弹簧的初始压缩量ΔX0＝6mm；中心弹簧的初始压缩量ΔX0略大于实际的中心弹簧压缩量。
Ⅱ、将激光引伸计量程设定为0～5mm，校准后连接到电脑上，打开万能试验机控制程序并进行联机，选择引伸计为激光引伸计。
Ⅲ、在程序的工具栏里选择编辑实验方案，然后选择位移控制：从0mm～-5mm，保存实验方案。
Ⅳ、将程序上的位移、力和变形全部清零
Ⅴ、点击实验机程序上的开始实验按钮。
Ⅵ、实验结束，卸下侧边弹簧5，减小中心弹簧螺栓的旋入量，放松侧压力，去除试样。
Ⅶ、根据试样压缩结果调整中心弹簧压缩量：若试样压缩后表面无起皱，进入步骤4；若试样压缩后起皱，则采用二分法调整中心弹簧压缩量。调整中心弹簧压缩量的具体过程是：若试样在宽度方向扭曲，说明侧压力过大，故确定下一次实验的中心弹簧12压缩量为(0+6)/2＝3mm，以减小侧压力。
Ⅷ、通过4次重复步骤2和步骤3中的Ⅰ-Ⅴ步，其中4次实验的中心弹簧压缩量根据上次压缩实验结果分别确定为3mm、4.5mm、5.3mm、4.9mm，第4次压缩实验后获得的压缩试样无起皱和扭曲，从而确定出合适的中心弹簧压缩量ΔXn＝4.9mm。
Ⅸ、卸除试样18。
步骤4、进行薄板拉-压实验，具体如下：
Ⅰ、重复步骤2，安装新的试样和侧边弹簧。
Ⅱ、板料拉伸量为5mm，下压量为10mm；调整中心弹簧压缩量ΔXn＝4.9mm。
Ⅲ、将激光引伸计量程设定为0-10mm，校准后连接到电脑上，打开万能试验机控制程序并进行联机，选择引伸计为激光引伸计。
Ⅳ、选择位移控制：第一步从0mm到5mm，第二步从5mm到-5mm，保存实验方案
Ⅴ、将计算机实验机程序上的位移、力和变形全部清零。
Ⅵ、点击实验机程序上的开始实验按钮。
Ⅶ、得到试样在连续拉-压条件下的应力-应变曲线。
Ⅷ、实验结束后，卸下侧边弹簧5，减小中心弹簧螺栓的旋入量，放松侧压力，去除试样。
实施例4：
本实施例是使用该非对称夹持装置进行先压后拉的薄板压-拉实验；压缩量为5mm，拉伸量为10mm。
本实施例的试样厚度为1mm，材质为DP600。测量凸耳39伸出装置外10mm，试样上下伸出装置外12mm供实验机的夹头夹持。试样上下不对称，非标距段的上部分比下部分长15mm，由非标距段的上部分来承受宽度方向的摩擦力，可以消除滑块运动带来的宽度方向摩擦力对试样的影响。
本实施例的薄板连续压-拉实验具体步骤如下：
步骤1、安装实验装置，具体过程如下：
Ⅰ、将中心弹簧支架4放置在试验机工作台面2上，尽量保证多功能试验机夹头的中心对准中心弹簧支架4的对称面。
Ⅱ、调节导向轮架15在第一夹持板6和第二夹持板10上的位置，使导向轮1的最低点距离第一夹持板6和第二夹持板10的底平面保持一定高度，这个高度可以根据各自实验要求进行调整，并用螺栓固定好。
Ⅲ、将6根夹持板导杆17穿入第二夹持板10的夹板台阶孔24，套入垫片，旋入第一夹持板6的夹板螺纹孔30，从而将第一夹持板6和第二夹持板10连接到一起。在中心弹簧光孔23上插入直径10mm的圆柱销，将组装的夹持板放置在实验机工作台面2上，中心弹簧支架4的开口处。
Ⅳ、将3根滑块导杆16穿入第二滑块9的滑块台阶孔35，套入垫片，旋入第一滑块7的滑块螺纹孔36，从而将第一滑块7与第二滑块9连接到一起。将导向键14安装到键槽28上，第一滑块7与第一夹持板6相对应，第二滑块9与第二夹持板10相对应，将第一滑块7和第二滑块9同时安装到第一夹持板6和第二夹持板10的45°斜面上。
Ⅴ、将回程螺钉25固定到第一夹持板6和第二夹持板10的回程螺纹孔27上，再将回程螺钉25固定到第一滑块7和第二滑块9的第三行程螺纹孔34内，最后连接回程弹簧11。
Ⅵ、安装中心弹簧12和中心弹簧座3，调节中心弹簧螺栓20，施加较小的侧压力。
步骤2、安装试样和侧边弹簧，具体过程如下：
Ⅰ、将试样18安装到装置中，凸耳39伸出装置外5～10mm，试样的上端和下端分别伸出装置外12mm。通过万能试验机夹头加紧该试样。
Ⅱ、将M4的螺栓旋入第一夹持板6和第二夹持板10的侧边螺纹孔21中，连接侧边弹簧5。
步骤3、通过实验确定所述中心弹簧的压缩量，具体如下：
Ⅰ、调节中心弹簧螺栓的旋入量，使中心弹簧的初始压缩量ΔX0＝6mm；中心弹簧的初始压缩量ΔX0略大于实际的中心弹簧压缩量。
Ⅱ、将激光引伸计量程设定为0～5mm，校准后连接到电脑上，打开万能试验机控制程序并进行联机，选择引伸计为激光引伸计。
Ⅲ、在程序的工具栏里选择编辑实验方案，然后选择位移控制：从0mm～-5mm，保存实验方案。
Ⅳ、将程序上的位移、力和变形全部清零
Ⅴ、点击实验机程序上的开始实验按钮。
Ⅵ、实验结束，卸下侧边弹簧5，减小中心弹簧螺栓的旋入量，放松侧压力，去除试样。
Ⅶ、根据试样压缩结果调整中心弹簧压缩量：若试样压缩后表面无起皱，进入步骤4；若试样压缩后起皱，则采用二分法调整中心弹簧压缩量。调整中心弹簧压缩量的具体过程是：若试样在宽度方向扭曲，说明侧压力过大，故确定下一次实验的中心弹簧12压缩量为(0+6)/2＝3mm，以减小侧压力。
Ⅷ、通过4次重复步骤2和步骤3中的Ⅰ-Ⅴ步，其中4次实验的中心弹簧压缩量根据上次压缩实验结果分别确定为3mm、4.5mm、5.3mm、4.9mm，第4次压缩实验后获得的压缩试样无起皱和扭曲，从而确定出合适的中心弹簧压缩量ΔXn＝4.9mm。
Ⅸ、卸除试样18。
步骤4、进行压-拉实验，具体如下：
Ⅰ、重复步骤2，安装新的试样和侧边弹簧。
Ⅱ、板料下压量为5mm，拉伸量为10mm；调整中心弹簧压缩量ΔXn＝4.9mm。
Ⅲ、将激光引伸计量程设定为0-10mm，校准后连接到电脑上，打开万能试验机控制程序并进行联机，选择引伸计为激光引伸计。
Ⅳ、在工具栏里选择编辑实验方案，然后选择位移控制：第一步从0mm到-5mm，第二步从-5mm到5mm，保存实验方案
Ⅴ、将计算机实验机程序上的位移、力和变形全部清零。
Ⅵ、点击实验机程序上的开始实验按钮。
Ⅶ、得到试样在连续压-拉条件下的应力-应变曲线。
Ⅷ、实验结束后，卸下侧边弹簧5，减小中心弹簧螺栓的旋入量，放松侧压力，去除试样。
三个实施例表明，本发明的夹持装置能够实现连续大变形量的薄板连续拉-压/压-拉实验，有效避免薄板的过早失稳，同时又不会影响板材厚度方向的自由变形。本发明通过更换弹簧和调节弹簧变形量，能够施加不同数值的侧压力。本发明的多行程选择模式，为多种多样的薄板拉-压/压-拉实验提供了便利。
Claims (8)
1.一种薄板压缩的非对称夹持装置，其特征在于，包括导向轮、实验机工作台面、中心弹簧支架、第一夹持板、第一滑块、第二滑块、第二夹持板、回程弹簧、中心弹簧和导向键；其中：
所述的第一夹持板和第二夹持板位于中心弹簧支架底板上的卡槽内，被安装在实验机工作台面上，并分别通过中心弹簧固定在中心弹簧支架上；安装后的第一夹持板的工作面与第二夹持板的工作面相向将薄板夹持在中间；导向轮有四个，分为两组，其中一组嵌装入所述第一夹持板两侧外表面上的卡槽内，另一组装入所述第二夹持板两侧外表面上的卡槽内；所述第一滑块通过导向键安装在第一夹持板上表面的，第二滑块通过导向键安装在第二夹持板的上表面；所述第一夹持板和第二夹持板之间通过侧边弹簧连接；回程弹簧有两个，其中一个回程弹簧的一端固定在所述第一夹持板的外表面，另一端穿过该第一夹持板上的三角窗固定在所述第一滑块上；另一个回程弹簧的一端固定在所述第二夹持板的外表面，另一端穿过该第二夹持板上的三角窗固定在所述第二滑块上。
2.如权利要求1所述薄板压缩的非对称夹持装置，其特征在于，在第二夹持板上表面加工有45°斜面，在该斜面上有条形的键槽，导向键的一端安放在该键槽内，并与该键槽滑动配合；所述的斜面为第二滑块的滑动面；该滑动面的宽度占所述第二夹持板上表面总宽度的4/5，使所述第二夹持板上表面的一侧形成了挡板；在所述挡板上部开有贯通该挡板的三角窗；在所述三角窗与夹板台阶孔之间有中心弹簧光孔；在该第二夹持板工作面的底部有亦分布有四个用于安装夹板导杆的连接通孔，该连接通孔与位于所述第二夹持板底部的连接盲孔同轴并同径，将夹板导杆装入所述连接通孔内并进入位于第一夹持板上的连接盲孔内，将所述第一夹持板与第二夹持板连接；在与所述挡板对称的第二夹持板的一侧表面为该第二夹持板的工作面；与所述第二夹持板有挡板的表面垂直的一个侧表面的上部和下部分别开有侧边弹簧的安装孔；在该侧表面的下部开有导向轮的卡槽；与所述第二夹持板有挡板的表面垂直的另一个侧表面的上部因所述第二滑块的滑动面被加工掉；在该侧表面的下部开有导向轮的卡槽；在所述卡槽的一侧有侧边弹簧的安装孔。
3.如权利要求1所述薄板压缩的非对称夹持装置，其特征在于，在所述第一夹持板上表面加工有45°斜面，在该斜面上有条形的键槽，导向键的一端安放在该键槽内，并与该键槽滑动配合；所述的斜面为第一滑块的滑动面；该滑动面的宽度占所述第一夹持板上表面总宽度的4/5，使所述第一夹持板上表面的一侧形成了挡板；在所述挡板上部开有贯通该挡板的三角窗；在所述三角窗与夹板台阶孔之间有中心弹簧光孔；在与所述挡板对称的第一夹持板的一侧表面为该第一夹持板的工作面；与所述第二夹持板不同的是，位于该第一夹持板工作面的上部的夹板导杆安装孔和位于该第一夹持板工作面的底部四个夹板导杆安装孔均为盲孔。
4.如权利要求3所述薄板压缩的非对称夹持装置，其特征在于，与所述第一夹持板有挡板的表面垂直的一个侧表面的上部和下部分别开有侧边弹簧的安装孔；在该侧表面的下部开有导向轮卡槽；与所述第一夹持板有挡板的表面垂直的另一个侧表面的上部因所述第一滑块的滑动面被加工掉；在该侧表面的下部开有导向轮的卡槽；在所述卡槽的一侧有侧边弹簧的安装孔。
5.如权利要求1所述薄板压缩的非对称夹持装置，其特征在于，所述第二滑块为三角形块，并且该第二滑块的斜面为45°，在该斜面上固定安装有与所述键槽滑动配合的键；在所述第二滑块与第二夹持板上的挡板配合的侧表面上部靠近直角处加工有长圆形的滑块台阶孔，在该长圆形的滑块台阶孔下方有圆形的滑块台阶孔；所述长圆形的滑块台阶孔与滑块导杆滑动配合，将第一滑块和第二滑块固定在一起，使其在压缩或者拉伸过程中可以一起滑动；在靠近第二滑块的斜边处分布有三个行程螺纹孔，分别是第一行程螺纹孔、第二行程螺纹孔和第三行程螺纹孔。
6.如权利要求1所述薄板压缩的非对称夹持装置，其特征在于，所述第一滑块为三角形块，并且该第一滑块的斜面为45°，在该斜面上固定安装有与所述键槽滑动配合的键；在所述第一滑块位于第一夹持板工作面一侧的侧表面上部和下部分别有盲孔，该盲孔与第二滑块上的滑块台阶孔同轴并同径；当各滑块导杆装入所述第二滑块上的滑块台阶孔后，同时装入所述第一滑块上的盲孔内，实现第一滑块与第二滑块连接；在靠近所述第一滑块的斜边处分布有三个行程螺纹孔，分别是第一行程螺纹孔、第二行程螺纹孔和第三行程螺纹孔。
7.如权利要求1所述薄板压缩的非对称夹持装置，其特征在于，所述导向轮包括开口挡圈、导向轮、轮轴和导向轮架；所述导向轮架为矩形块，其外形尺寸与分别位于所述第一夹持板和第二夹持板上的导向轮卡槽的内形相同；轮轴位于导向轮的内表面，导向轮套装在该轮轴上，并通过开口挡圈定位；所述轮轴的中心线垂直与所述导向轮架的表面；在所述导向轮架的上部有贯通的回形孔，该回形孔位于所述轮轴的上方，通过该回形孔将所述各导向轮架分别固定在所述第一夹持板和第二夹持板上的导向轮卡槽内。
8.一种利用权利要求1所述薄板压缩的非对称夹持装置进行实验的方法，其特征在于，所述的实验包括薄板压缩实验、薄板拉-压实验和薄板压-拉实验；
A当进行薄板压缩实验时，具体过程是：
步骤1、安装实验装置，具体过程如下：
Ⅰ、将中心弹簧支架放置在试验机工作台面上，使多功能试验机夹头的中心对准中心弹簧支架的对称面；
Ⅱ、调节导向轮架在第一夹持板和第二夹持板上的位置，使导向轮的最低点高于第一夹持板和第二夹持板的底平面并固定；
Ⅲ、将各夹持板导杆穿入第二夹持板的夹板台阶孔，套入垫片，旋入第一夹持板的夹板螺纹孔，从而将第一夹持板和第二夹持板连接到一起；在中心弹簧光孔上插入圆柱销，将组装的夹持板放置在实验机工作台面上，中心弹簧支架的开口处；
Ⅳ、将各滑块导杆穿入第二滑块的滑块台阶孔，套入垫片，旋入第一滑块的滑块螺纹孔，从而将第一滑块与第二滑块连接到一起；将导向键安装到键槽上，第一滑块与第一夹持板相对应，第二滑块与第二夹持板相对应，将第一滑块和第二滑块同时安装到第一夹持板和第二夹持板的45°斜面上；
Ⅴ、将2个回程螺钉分别固定到第一夹持板和第二夹持板的回程螺纹孔上，再分别将对应的回程螺钉固定到第一滑块和第二滑块的第二行程螺纹孔内，最后分别连接回程弹簧；
Ⅵ、安装中心弹簧和中心弹簧座，调节中心弹簧压缩量为1mm；
步骤2、安装试样和侧边弹簧，具体过程如下：
Ⅰ、将试样安装到装置中，凸耳伸出装置外5～10mm，试样的上端和下端分别伸出装置外12mm；通过万能试验机夹头加紧该试样；
Ⅱ、将螺栓旋入第一夹持板和第二夹持板的侧边螺纹孔中，连接侧边弹簧；
步骤3、通过实验确定所述中心弹簧的压缩量，具体如下：
Ⅰ、调节中心弹簧螺栓的旋入量，使中心弹簧的初始压缩量为ΔX0；中心弹簧的初始压缩量ΔX0略大于实际的中心弹簧压缩量；
Ⅱ、将激光引伸计的量程设定为0～5mm，校准后连接到电脑上，打开万能试验机控制程序并进行联机，选择引伸计为激光引伸计；
Ⅲ、选择编辑实验方案；选择位移控制：从0mm～-5mm；
Ⅳ、将程序上的位移、力和变形全部清零
Ⅴ、点击实验机程序上的开始实验按钮；
Ⅵ、实验结束，卸下侧边弹簧，减小中心弹簧螺栓的旋入量，放松侧压力，去除试样；
Ⅶ、根据试样压缩结果调整中心弹簧压缩量：若试样压缩后表面无起皱，进入步骤4；若试样压缩后起皱，则采用二分法调整中心弹簧压缩量；调整中心弹簧压缩量的具体过程是：若试样在宽度方向扭曲，说明侧压力过大，故确定下一次实验的中心弹簧压缩量为(0+6)/2＝3mm，以减小侧压力；
Ⅷ、通过多次重复步骤2和-步骤3中的Ⅰ-Ⅴ步，直至压缩实验后获得的压缩试样无起皱和扭曲，从而确定出合适的中心弹簧压缩量ΔXn；
Ⅸ、卸除试样；
步骤4、进行薄板压缩实验，具体如下：
Ⅰ、重复步骤2，安装新的试样和侧边弹簧；
Ⅱ、按实验确定的中心弹簧压缩量ΔXn调节中心弹簧螺栓的旋入量；
Ⅲ、将激光引伸计的量程设定为0～5mm；选择引伸计为激光引伸计；
Ⅳ、选择编辑实验方案，选择位移控制：从0mm～-5mm，保存实验方案；
Ⅴ、将计算机实验机程序上的位移、力和变形全部清零；
Ⅵ、点击实验机程序上的开始实验按钮；
Ⅶ、得到试样压缩过程的应力-应变曲线；
Ⅷ、实验结束后，卸下侧边弹簧，减小中心弹簧螺栓的旋入量，放松侧压力，去除试样；
B当进行薄板拉-压实验时，具体过程是：
步骤1、安装实验装置，具体过程如下：
Ⅰ、将中心弹簧支架放置在试验机工作台面上，尽量保证多功能试验机夹头的中心对准中心弹簧支架的对称面；
Ⅱ、调节导向轮架在第一夹持板和第二夹持板上的位置，使导向轮的最低点距离第一夹持板和第二夹持板的底平面之间保持间距；
Ⅲ、将各夹持板导杆穿入第二夹持板的夹板台阶孔，套入垫片，旋入第一夹持板的夹板螺纹孔，从而将第一夹持板和第二夹持板连接到一起；在中心弹簧光孔上插入圆柱销，将组装的夹持板放置在实验机工作台面上，中心弹簧支架的开口处；
Ⅳ、将多根滑块导杆穿入第二滑块的滑块台阶孔，套入垫片，旋入第一滑块的滑块螺纹孔，从而将第一滑块与第二滑块连接到一起；将导向键安装到键槽上，第一滑块与第一夹持板相对应，第二滑块与第二夹持板相对应，将第一滑块和第二滑块同时安装到第一夹持板和第二夹持板的45°斜面上；
Ⅴ、将回程螺钉固定到第一夹持板和第二夹持板的回程螺纹孔上，再将回程螺钉固定到第一滑块和第二滑块的第一行程螺纹孔内，最后连接回程弹簧；
Ⅵ、安装中心弹簧和中心弹簧座，调节中心弹簧螺栓，施加较小的侧压力；
步骤2、安装试样和侧边弹簧，具体过程如下：
Ⅰ、将试样安装到装置中，凸耳伸出装置外5～10mm，试样的上端和下端分别伸出装置外12mm；通过万能试验机夹头加紧该试样；
Ⅱ、将螺栓旋入第一夹持板和第二夹持板的侧边螺纹孔中，连接侧边弹簧；
步骤3、通过实验确定所述中心弹簧的压缩量，具体如下：
Ⅰ、调节中心弹簧螺栓的旋入量，使中心弹簧的初始压缩量为ΔX0；中心弹簧的初始压缩量ΔX0略大于实际的中心弹簧压缩量；
Ⅱ、将激光引伸计的量程设定为0～5mm；选择引伸计为激光引伸计；
Ⅲ、编辑实验方案；选择位移控制从0mm～-5mm；
Ⅳ、将程序上的位移、力和变形全部清零
Ⅴ、点击实验机程序上的开始实验按钮；
Ⅵ、实验结束，卸下侧边弹簧，减小中心弹簧螺栓的旋入量，放松侧压力，去除试样；
Ⅶ、根据试样压缩结果调整中心弹簧压缩量：若试样压缩后表面无起皱，进入步骤4；若试样压缩后起皱，则采用二分法调整中心弹簧压缩量；调整中心弹簧压缩量的具体过程是：若试样在宽度方向扭曲，说明侧压力过大，故确定下一次实验的中心弹簧压缩量为(0+6)/2＝3mm，以减小侧压力；
Ⅷ、通过多次重复步骤2和步骤3中的Ⅰ-Ⅴ步，直至压缩实验后获得的压缩试样无起皱和扭曲，从而确定出合适的中心弹簧压缩量ΔXn；
Ⅸ、卸除试样；
步骤4、进行薄板拉-压实验，具体如下：
Ⅰ、重复步骤2，安装新的试样和侧边弹簧；
Ⅱ、板料拉伸量为5mm，下压量为10mm；调整中心弹簧压缩量ΔXn；
Ⅲ、将激光引伸计的量程设定为0～10mm；选择引伸计为激光引伸计；
Ⅳ、选择位移控制：第一步从0mm到5mm，第二步从5mm到-5mm，保存实验方案
Ⅴ、将计算机实验机程序上的位移、力和变形全部清零；
Ⅵ、点击实验机程序上的开始实验按钮；
Ⅶ、得到试样在连续拉-压条件下的应力-应变曲线；
Ⅷ、实验结束后，卸下侧边弹簧，减小中心弹簧螺栓的旋入量，放松侧压力，去除试样；
C当进行薄板压-拉实验时，具体过程是：
步骤1、安装实验装置，具体过程如下：
Ⅰ、将中心弹簧支架放置在试验机工作台面上，并使多功能试验机夹头的中心对准中心弹簧支架的对称面；
Ⅱ、调节导向轮架在第一夹持板和第二夹持板上的位置，使导向轮的最低点与第一夹持板和第二夹持板的底平面之间保持距离；
Ⅲ、将多根夹持板导杆分别穿入第二夹持板的夹板台阶孔，套入垫片，旋入第一夹持板的夹板螺纹孔，从而将第一夹持板和第二夹持板连接到一起；在中心弹簧光孔上插入圆柱销，将组装的夹持板放置在实验机工作台面上，中心弹簧支架的开口处；
Ⅳ、将多根滑块导杆穿入第二滑块的滑块台阶孔，套入垫片，旋入第一滑块的滑块螺纹孔，从而将第一滑块与第二滑块连接到一起；将导向键安装到键槽上，第一滑块与第一夹持板相对应，第二滑块与第二夹持板相对应，将第一滑块和第二滑块同时安装到第一夹持板和第二夹持板的45°斜面上；
Ⅴ、将回程螺钉固定到第一夹持板和第二夹持板的回程螺纹孔上，再将回程螺钉固定到第一滑块和第二滑块的第三行程螺纹孔内，最后连接回程弹簧；
Ⅵ、安装中心弹簧和中心弹簧座，调节中心弹簧螺栓，施加较小的侧压力；
步骤2、安装试样和侧边弹簧，具体过程如下：
Ⅰ、将试样安装到装置中，凸耳伸出装置外5～10mm，试样的上端和下端分别伸出装置外12mm；通过万能试验机夹头加紧该试样；
Ⅱ、将M4的螺栓旋入第一夹持板和第二夹持板的侧边螺纹孔中，连接侧边弹簧；
步骤3、通过实验确定所述中心弹簧的压缩量，具体如下：
Ⅰ、调节中心弹簧螺栓的旋入量，使中心弹簧的初始压缩量为ΔX0；中心弹簧的初始压缩量ΔX0略大于实际的中心弹簧压缩量；
Ⅱ、将激光引伸计的量程设定为0～5mm；选择引伸计为激光引伸计；
Ⅲ、在程序的工具栏里选择编辑实验方案，然后选择位移控制：从0mm～-5mm，保存实验方案；
Ⅳ、将程序上的位移、力和变形全部清零
Ⅴ、点击实验机程序上的开始实验按钮；
Ⅵ、实验结束，卸下侧边弹簧，减小中心弹簧螺栓的旋入量，放松侧压力，去除试样；
Ⅶ、根据试样压缩结果调整中心弹簧压缩量：若试样压缩后表面无起皱，进入步骤4；若试样压缩后起皱，则采用二分法调整中心弹簧压缩量；调整中心弹簧压缩量的具体过程是：若试样在宽度方向扭曲，说明侧压力过大，故确定下一次实验的中心弹簧压缩量为(0+6)/2＝3mm，以减小侧压力；
Ⅷ、通过多次重复步骤2和步骤3中的Ⅰ～Ⅴ步，直至压缩实验后获得的压缩试样无起皱和扭曲，从而确定出合适的中心弹簧压缩量ΔXn；
Ⅸ、卸除试样；
步骤4、进行压-拉实验，具体如下：
Ⅰ、重复步骤2，安装新的试样和侧边弹簧；
Ⅱ、板料下压量为5mm，拉伸量为10mm；调整中心弹簧压缩量ΔXn＝4.9mm；
Ⅲ、将激光引伸计量程设定为0-10mm，校准后连接到电脑上，打开万能试验机控制程序并进行联机，选择引伸计为激光引伸计；
Ⅳ、选择编辑实验方案；选择位移控制：第一步从0mm到-5mm，第二步从-5mm到5mm，保存实验方案
Ⅴ、将计算机实验机程序上的位移、力和变形全部清零；
Ⅵ、点击实验机程序上的开始实验按钮；
Ⅶ、得到试样在连续压-拉条件下的应力-应变曲线；
Ⅷ、实验结束后，卸下侧边弹簧，减小中心弹簧螺栓的旋入量，放松侧压力，去除试样。
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