CN106989990A - 新型板料拉伸‑剪切双向加载试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型板料拉伸‑剪切双向加载试验系统，属于材料力学试验机领域。本发明包括试验样板和试验机，试验机包括试验台面，试验台面上设置有夹持机构，试验样板包括上定位部、下定位部和变形区；夹持机构包括上约束装置、下约束装置、上定位板和下定位板，两个上定位板和两个下定位板分别用于夹紧上定位部和下定位部；下约束装置包括第一安装块和固定在第一安装块上的第一连杆，第一连杆的末端设置有第一驱动机构；上约束装置包括固定块、第一滑块以及与第一滑块和上定位板固定连接的第二安装块；上约束装置上设置有附加框架，附件框架的一侧连接有用于提供剪切力的第二驱动机构。本发明板料不易起皱，拉伸、剪切互不干涉。
Description
技术领域
本发明涉及材料力学试验机领域，特别是指一种新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统。
背景技术
随着有限元技术的发展，利用有限元模拟预测板料成形工艺中可能出现的缺陷已经成为产品设计和生产中非常重要的一环，但要想得到可靠的模拟结果，必须提供准确真实的材料本构关系。目前关于复杂应变路径条件下的板料力学行为描述一直是研究领域的热点和难点。
针对金属板料的后继屈服面的研究目前仍处于理论阶段。试验方面，考虑板料易起皱和断裂等问题，目前还未有统一的标准。屈服面及其演化规律是描述金属材料塑性变形行为的重要特征，由于材料在制备和后续的塑性变形过程中，微观织构产生取向性，影响了材料在不同加载方向的变形行为。因此研究屈服面演化规律，包括后继屈服面膨胀、移动和畸变现象，对于预测复杂变形条件下的材料变形行为，特别是损伤有着重要的意义。屈服面畸变现象会极大影响材料在变加载路径下的变形行为，但目前还没有关于板料屈服面研究的相关试验设备。
发明内容
本发明提供一种板料不易起皱，拉伸、剪切互不干涉的新型板料拉伸 -剪切双向加载试验系统。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一种新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统，包括试验样板和试验机，所述试验机包括试验台面，所述试验台面上设置有夹持机构，其中：
所述试验样板包括上定位部、下定位部和位于所述上定位部和下定位部之间的变形区，所述上定位部和下定位部上均设置有定位通孔；
所述夹持机构包括上约束装置、下约束装置、上定位板和下定位板，所述上定位板和下定位板均为两个，两个上定位板和两个下定位板分别用于夹紧所述上定位部和下定位部；
所述下约束装置包括第一安装块和连接在所述第一安装块下方的第一连杆，所述下定位板固定连接在所述第一安装块上，所述试验台面上在所述第一安装块的两侧均固定设置有挡板，两个挡板之间形成竖向滑槽，所述第一安装块位于所述竖向滑槽内，所述第一连杆的末端设置有用于提供拉应力的第一驱动机构；
所述上约束装置包括固定块、能够在所述固定块上水平滑动的第一滑块以及与所述第一滑块固定连接且与所述第一安装块相对设置的第二安装块，所述上定位板固定连接在所述第二安装块上；
所述上约束装置上设置有能够推动所述上定位板水平移动的附加框架，所述附加框架的水平两侧分别设置有第二连杆和第三连杆，所述试验台面上设置有水平滑槽，所述第二连杆位于所述水平滑槽内，所述第三连杆连接有用于提供剪切力的第二驱动机构。
进一步的，其中一个上定位板上设置有与所述上定位部的定位通孔相配合的定位柱，其中一个下定位板上也设置有与所述下定位部的定位通孔相配合的定位柱，两个上定位板之间和两个下定位板之间均通过螺栓固定连接。
进一步的，所述第一安装块上设置有U型凹槽，所述下定位板固定连接在所述U型凹槽内。
进一步的，所述附加框架包括前矩形框架和后矩形框架，所述前矩形框架和后矩形框架的内部水平两侧设置有一对第一连接端板，所述前矩形框架和后矩形框架上均设置有所述第二连杆和第三连杆，所述第二连杆和第三连杆的外侧两端设置有一对第二连接端板，所述前矩形框架和后矩形框架上均设置有若干斜撑。
进一步的，所述第三连杆和第二驱动机构之间设置有中间连接杆。
进一步的，所述固定块与第二安装块之间通过竖向设置的第四连杆连接。
进一步的，所述第一滑块和固定块通过滚珠滑槽连接。
进一步的，所述第一驱动机构和第二驱动机构均包括滚珠丝杠和用于驱动滚珠丝杠的驱动电机，所述滚珠丝杠包括底座、螺杆、轴承、第二滑块和顶盖，所述底座固定在所述试验台面上。
进一步的，所述第三连杆与第二驱动机构之间设置有第一轮辐式传感器，所述第一连杆与第一驱动机构之间设置有第二轮辐式传感器。
进一步的，所述变形区的表面涂有标记点，所述新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统还包括用于捕捉所述变形区变化的摄像头。
本发明具有以下有益效果：
本发明的夹持机构的上定位板和下定位板分别夹紧试验样板的上定位部和下定位部，可以防止试验样板在拉伸或剪切过程中起皱；下定位板位于竖向滑槽内，第一驱动机构驱动通过第一连杆驱动下约束装置带动下定位板沿着竖向滑槽上下滑动，此时，上定位板不可上下滑动，实现对试验样板的拉伸；位于附加框架上的第二连杆位于水平滑槽内且上约束装置的固定块和第一滑块配合使用也在水平方面滑动，第二驱动机构通过第三连杆推动附加框架带动上定位板左右滑动，此时，下定位板不能左右滑动，实现对试验样板的剪切。本发明承载能力强，结构紧凑、拆装方便，可以实现拉伸-剪切双向加载而互不干涉，也可实现拉伸、剪切同时进行试验，有利于金属板料在不同加载路径下进行研究，在实际操作中，本发明的试验样本不易起皱，并且能够使试验样板高效、准确的双向加载，适合于实际试验检测过程。
附图说明
图1为本发明的新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统的整体结构示意图；
图2为本发明的新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统的试验样板和夹持机构结构示意图，其中(a)为试验样板示意图，(b)为夹持机构示意图；
图3为本发明的新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统的夹持机构爆炸图；
图4为本发明的新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统的附加框架结构示意图；
图5为图4的立体结构示意图图；
图6为本发明的新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统的滚珠丝杠机构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统，如图1至图6所示，包括试验样板1和试验机，试验机包括试验台面，试验台面上设置有夹持机构2，其中：
试验样板1包括上定位部1-1、下定位部1-2和位于上定位部1-1和下定位部1-2之间的变形区1-3，上定位部1-1和下定位部1-2上均设置有定位通孔1-4；
夹持机构2包括上约束装置2-1、下约束装置2-2、上定位板2-3和下定位板2-4，上定位板2-3和下定位板2-4均为两个，两个上定位板2-3和两个下定位板2-4分别用于夹紧上定位部1-1和下定位部1-2；
下约束装置2-2包括第一安装块2-2-1和连接在第一安装块2-2-1下方的第一连杆2-2-2，下定位板2-4固定连接在第一安装块2-2-1上，试验台面上在第一安装块2-2-1的两侧均固定设置有挡板3，两个挡板3之间形成竖向滑槽，第一安装块2-2-1位于竖向滑槽内，第一连杆2-2-2的末端设置有用于提供拉应力的第一驱动机构4；
上约束装置2-1包括固定块2-1-1、能够在固定块2-1-1上水平滑动的第一滑块2-1-2以及与第一滑块2-1-2固定连接且与第一安装块2-2-1相对设置的第二安装块2-1-3，固定块2-1-1固定设置在试验台面上，上定位板 2-3固定连接在第二安装块2-1-3上；
上约束装置2-1上设置有能够推动上定位板2-3水平移动的附加框架 5，附加框架5的水平两侧分别设置有第二连杆5-1和第三连杆5-2，试验台面上设置有水平滑槽6，第二连杆5-1位于水平滑槽6内，第三连杆5-2 连接有用于提供剪切力的第二驱动机构7。
本发明的夹持机构的上定位板和下定位板分别夹紧试验样板的上定位部和下定位部，可以防止试验样板在拉伸或剪切过程中起皱；下定位板位于竖向滑槽内，第一驱动机构驱动通过第一连杆驱动下约束装置带动下定位板沿着竖向滑槽上下滑动，此时，上定位板不可上下滑动，实现对试验样板的拉伸；位于附加框架上的第二连杆位于水平滑槽内且上约束装置的固定块和第一滑块配合使用也在水平方面滑动，第二驱动机构通过第三连杆推动附加框架带动上定位板左右滑动，此时，下定位板不能左右滑动，实现对试验样板的剪切。本发明承载能力强，结构紧凑、拆装方便，可以实现拉伸-剪切双向加载而互不干涉，也可实现拉伸、剪切同时进行试验，有利于金属板料在不同加载路径下进行研究，在实际操作中，本发明的试验样本不易起皱，并且能够使试验样板高效、准确的双向加载，适合于实际试验检测过程。
进一步的，其中一个上定位板2-3上优选设置有与上定位部1-1的定位通孔1-4相配合的定位柱，其中一个下定位板2-4上也优选设置有与下定位部1-2的定位通孔1-4相配合的定位柱，两个上定位板2-3之间和两个下定位板2-4之间均通过螺栓固定连接，具体的，定位柱的高度小于试验样板的厚度，这样设置不妨碍两个上定位板/下定位板夹紧试验样板，定位柱与定位通孔配合，两个上定位板和两个下定位板紧紧夹住试验样板，防止试验样板在加载的过程中起皱或弯曲，提高了试验的准确性。
进一步的，第一安装块2-2-1上优选设置有U型凹槽2-2-1-1，下定位板2-4固定连接在U型凹槽2-2-1-1内。下定位板卡在U型凹槽内，使得下定位板相对于第一安装块不能左右相对滑动，提高了试验精度。
优选的，附加框架5可以包括前矩形框架5-3和后矩形框架5-4，前矩形框架5-3和后矩形框架5-4的内部水平两侧设置有一对第一连接端板 5-5，优选的，为配合上定位板2-3和第一连接端板5-5的尺寸，第一连接端板5-5与上定位板2-3之间可以设置垫块12，防止上定位板2-3和第一连接端板5-5之间间隙过大，前矩形框架5-3和后矩形框架5-4上均设置有第二连杆5-1和第三连杆5-2，第二连杆5-1和第三连杆5-2的外侧两端设置有一对第二连接端板5-6，前矩形框架5-3和后矩形框架5-4上均设置有若干斜撑5-7。斜撑杆可以增加前矩形框架和后矩形框架的牢固性。
优选的，第三连杆5-2和第二驱动机构7之间可以设置有中间连接杆 8，第二驱动机构通过中间连接杆作用在附加框架的第三连杆上。中间连接杆可以方便第二驱动机构将剪切力作用在第三连接杆，不受第三连杆本身结构的影响。
本发明中，固定块2-1-1优选通过多个支架板13固定在试验台面上，固定块和支架板可以为一体结构，固定块2-1-1与第二安装块2-1-3 之间可以通过竖向设置的第四连杆2-1-4连接。第四连杆可以为2个，2 个第四连杆固定更加牢固，方便安装。
为减小摩擦力，第一滑块2-1-2和固定块2-1-1优选通过滚珠滑槽连接。滚珠滑槽大大降低了第一滑块与固定块之间的摩擦力，降低了部件的磨损率，也提高了精度。
为提高本发明的创造性，第一驱动机构4和第二驱动机构7均包括滚珠丝杠9和用于驱动滚珠丝杠9的驱动电机，滚珠丝杠9包括底座9-1、螺杆9-2、轴承9-3、第二滑块和顶盖，底座9-1固定在试验台面上。滚珠丝杠能得到较高的运动效率，并且能够保证实现精确的微进给。
作为本发明的进一步改进，第三连杆5-2与第二驱动机构7的第二滑块之间可以设置有第一轮辐式传感器10，第一连杆2-2-2与第一驱动机构 4的第二滑块之间可以设置有第二轮辐式传感器11。第一轮辐式传感器和第二轮辐式传感器的精度等级高，抗偏载能力强，值得注意的是，本发明的第一轮辐式传感器和第二轮辐式传感器也可以将应力大小变化通过控制器输入到电脑等设备，便于分析应力大小。
另外，变形区1-3的表面优选涂有标记点，新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统还包括用于捕捉变形区1-3变化的摄像头。摄像头可以追踪变形区的变形，可以将变形实时传输到电脑等设备上。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统，其特征在于，包括试验样板和试验机，所述试验机包括试验台面，所述试验台面上设置有夹持机构，其中：
所述试验样板包括上定位部、下定位部和位于所述上定位部和下定位部之间的变形区，所述上定位部和下定位部上均设置有定位通孔；
所述夹持机构包括上约束装置、下约束装置、上定位板和下定位板，所述上定位板和下定位板均为两个，两个上定位板和两个下定位板分别用于夹紧所述上定位部和下定位部；
所述下约束装置包括第一安装块和连接在所述第一安装块下方的第一连杆，所述下定位板固定连接在所述第一安装块上，所述试验台面上在所述第一安装块的两侧均固定设置有挡板，两个挡板之间形成竖向滑槽，所述第一安装块位于所述竖向滑槽内，所述第一连杆的末端设置有用于提供拉应力的第一驱动机构；
所述上约束装置包括固定块、能够在所述固定块上水平滑动的第一滑块以及与所述第一滑块固定连接且与所述第一安装块相对设置的第二安装块，所述上定位板固定连接在所述第二安装块上；
所述上约束装置上设置有能够推动所述上定位板水平移动的附加框架，所述附加框架的水平两侧分别设置有第二连杆和第三连杆，所述试验台面上设置有水平滑槽，所述第二连杆位于所述水平滑槽内，所述第三连杆连接有用于提供剪切力的第二驱动机构。
2.根据权利要求1所述的新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统，其特征在于，其中一个上定位板上设置有与所述上定位部的定位通孔相配合的定位柱，其中一个下定位板上也设置有与所述下定位部的定位通孔相配合的定位柱，两个上定位板之间和两个下定位板之间均通过螺栓固定连接。
3.根据权利要求1所述的新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统，其特征在于，所述第一安装块上设置有U型凹槽，所述下定位板固定连接在所述U型凹槽内。
4.根据权利要求1所述的新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统，其特征在于，所述附加框架包括前矩形框架和后矩形框架，所述前矩形框架和后矩形框架的内部水平两侧设置有一对第一连接端板，所述前矩形框架和后矩形框架上均设置有所述第二连杆和第三连杆，所述第二连杆和第三连杆的外侧两端设置有一对第二连接端板，所述前矩形框架和后矩形框架上均设置有若干斜撑。
5.根据权利要求4所述的新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统，其特征在于，所述第三连杆和第二驱动机构之间设置有中间连接杆。
6.根据权利要求1所述的新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统，其特征在于，所述固定块与第二安装块之间通过竖向设置的第四连杆连接。
7.根据权利要求1所述的新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统，其特征在于，所述第一滑块和固定块通过滚珠滑槽连接。
8.根据权利要求1-7任一所述的新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统，其特征在于，所述第一驱动机构和第二驱动机构均包括滚珠丝杠和用于驱动所述滚珠丝杠的驱动电机，所述滚珠丝杠包括底座、螺杆、轴承、第二滑块和顶盖，所述底座固定在所述试验台面上。
9.根据权利要求8所述的新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统，其特征在于，所述第三连杆与第二驱动机构之间设置有第一轮辐式传感器，所述第一连杆与第一驱动机构之间设置有第二轮辐式传感器。
10.根据权利要求9所述的新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统，其特征在于，所述变形区的表面涂有标记点，所述新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统还包括用于捕捉所述变形区变化的摄像头。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230703 Address after: 2nd Floor, Room 12, No. 188 Xijiang Road, Kunshan Development Zone, Suzhou City, Jiangsu Province, 215000 Patentee after: Shengyao (Suzhou) Aviation Technology Co.,Ltd. Address before: 264209 No. 180, Wenhua West Road, Shandong, Weihai Patentee before: SHANDONG University |
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