CN110208085B - 一种金属材料孔挤压试验装置及试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种金属材料孔挤压试验装置，包括平头双耳、引伸计、引伸计支架和金属试验件，平头双耳下端设置有一个大螺纹孔，金属试验件上部设置有与大螺纹孔相匹配的大安装孔，金属试验件上部穿过平头双耳中部的间隙，并通过受剪螺栓穿过大螺纹孔和大安装孔，将金属试验件固定在平头双耳的间隙内，平头双耳的下端两侧均设置有两个对称的小螺纹孔，小螺纹孔内设置有圆头螺栓一，引伸计支架上也设置小螺纹孔，并通过圆头螺栓二穿过设置在其本体上的小螺纹孔，固定在金属试验件上，平头双耳两侧对称设有第一V型槽，引伸计支架两侧对称设有第二V型槽，引伸计安装在第一V型槽和第二V型槽上，本发明满足高强度金属材料孔挤压强度测试。

Description

一种金属材料孔挤压试验装置及试验方法
技术领域
本发明涉及材料性能测试技术领域，尤其涉及一种金属材料孔挤压试验装置及试验方法。
背景技术
机械连接是借助于紧固件(螺栓、销轴和铆钉等)，把两个以上连接件通过装配孔连接成一个整体，因其具有易装拆以及可重复使用等特点，广泛应用于工程结构中。在使用过程中，一旦连接结构任何部分发生失效破坏，其结构的完整性和功能的完备性将受到严峻的考验，装配孔挤压破坏是最为常见的破坏模式。因此，研究孔挤压强度问题变得尤为重要。
孔挤压试验是获取材料和结构孔挤压强度数据的重要途径。现有的钉－孔挤压试验夹具只是针对复合材料，对于金属材料并不适用，且具有如下缺点：(1)试验夹具零件繁多，结构复杂，不易安装，可操作性差；(2)试验夹具强度低，易变形和磨损，不易更换，从而缩短试验夹具寿命，提高试验成本；(3)试验连接环节繁琐，无法保证试验件和试验机轴线的对中度，直接影响到试验数据的准确性；(4)不能满足高强度金属材料孔挤压强度试验。
发明内容
本发明的目的：提供一种金属材料孔挤压试验装置及试验方法，可用于试验机上，适用于不同边距孔径比和不同厚度的试验件，满足高强度金属材料孔挤压强度测试，获得准确的试验数据。
本发明的技术方案：
一种金属材料孔挤压试验装置，包括平头双耳、引伸计、引伸计支架和金属试验件，所述的平头双耳下端设置有一个大螺纹孔，金属试验件上部设置有与所述大螺纹孔相匹配的大安装孔，所述的金属试验件上部穿过平头双耳中部的间隙，并通过受剪螺栓穿过所述的大螺纹孔和大安装孔，将金属试验件固定在平头双耳的间隙内，平头双耳的下端两侧均设置有两个对称的小螺纹孔，所述的小螺纹孔内设置有圆头螺栓一，所述的引伸计支架上也只设置小螺纹孔，引伸计支架通过圆头螺栓二穿过设置在其本体上的小螺纹孔，固定在金属试验件上，所述的平头双耳两侧对称设有第一V型槽，所述的引伸计支架两侧对称设有第二V型槽，引伸计安装在第一V型槽和第二V型槽上。
所述的平头双耳上端夹持安装在试验机上。
所述的金属试验件下端夹持固定在试验机上。
所述的平头双耳间隙的间距为金属试验件厚度的2－3倍，间隙的宽度和试验机夹头宽度相同。
所述的平头双耳材料为30CrMnSiA，热处理后硬度为HRC30－34。
所述的受剪螺栓材料为Cr12MoV，热处理后硬度为HRC60－62。
一种金属材料孔挤压试验装置，所述的试验方法包括以下步骤：
1)将本发明所述的试验装置安装在试验机上，调整对中后进行试验；
2)开始试验，以2mm/min的加载速率加载，直至金属试验件(7)破坏，记录最大载荷Fmax和破坏模式；
3)计算挤压强度；
4)计算挤压屈服强度，在金属材料孔挤压试验应力－应变曲线上，截取挤压应力－应变曲线弹性直线段部分，拟合求直线段弹性模量，将弹性模量直线沿挤压应力－应变轴从原点平移到2％的挤压应变的偏移量，确定该直线与挤压应力－应变曲线的交点即为挤压屈服强度。
步骤3所述的计算挤压强度，挤压强度计算公式为：
Figure BDA0002073596560000021
式中：σbru—挤压强度，Fmax—试验最大载荷，D—孔直径，t—厚度值。
本发明的有益效果：
1)本发明的零件加工和安装简单方便，易拆卸和更换，提高了试验效率，降低了试验成本；
2)本发明的零件强度高耐用，满足高强度金属材料孔挤压强度测试；
3)本发明适用于不同边距孔径比和不同厚度的试验件，具有通用性；
4)本发明通过旋转安装在平头双耳下端螺纹孔内的圆头螺栓一，可以调节金属试验件和试验机轴线的对中度，保证试验数据的准确性。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
图2为平头双耳结构示意图；
图3为金属试验件结构示意图；
图4为圆头螺栓一结构示意图；
图5为引伸计支架结构示意图；
图6为孔挤压试验应力－应变曲线示意图；
其中：1－平头双耳、2－受剪螺栓、3－圆头螺栓一、4－引伸计、5－圆头螺栓二、6－引伸计支架、7－金属试验件。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，所描述的实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种金属材料孔挤压试验装置，包括平头双耳1、引伸计4、引伸计支架6和金属试验件7，所述的平头双耳1下端设置有一个大螺纹孔，金属试验件7上部设置有与所述大螺纹孔相匹配的大安装孔，所述的金属试验件7上部穿过平头双耳1中部的间隙，并通过受剪螺栓2穿过所述的大螺纹孔和大安装孔，将金属试验件7固定在平头双耳1的间隙内，平头双耳1的下端两侧均设置有两个对称的小螺纹孔，所述的小螺纹孔内设置有圆头螺栓一3，数量4件，安装在平头双耳1下端螺纹孔内，用于调节金属试验件7对中度，所述的引伸计支架6上也只设置小螺纹孔，引伸计支架6通过圆头螺栓二5穿过设置在其本体上的小螺纹孔，固定在金属试验件7上，圆头螺栓二5与圆头螺栓一3相同，数量4件。所述的平头双耳1两侧对称设有第一V型槽，所述的引伸计支架6两侧对称设有第二V型槽，引伸计4安装在第一V型槽和第二V型槽上，用于测量金属试验件的孔挤压变形。
所述的平头双耳1上端夹持安装在试验机上。
所述的金属试验件7下端夹持固定在试验机上。
所述的平头双耳1间隙的间距为金属试验件7厚度的2－3倍，间隙的宽度和试验机夹头宽度相同。
所述的平头双耳1材料为30CrMnSiA，热处理后硬度为HRC30－34。
所述的受剪螺栓2材料为Cr12MoV，热处理后硬度为HRC60－62。
一种金属材料孔挤压试验装置，所述的试验方法包括以下步骤：
1)将本发明所述的试验装置安装在试验机上，调整对中后进行试验；
将平头双耳1上端放入试验机上夹头中，调节平头双耳1位置，保证平头双耳1与试验机上夹头轴线对中后夹紧上夹头；将金属试验件7放入平头双耳1下端中间，通过受剪螺栓2将平头双耳1和金属试验件7连接；将圆头螺栓一3安装在平头双耳1下端螺纹孔内，旋转圆头螺栓一3调节金属试验件7位置，保证金属试验件7和平头双耳1平行且对中；将引伸计支架6通过圆头螺栓二5固定在金属试验件7上，金属试验件7下端夹持固定在试验机下夹头上；将引伸计4安装在第一V型槽和第二V型槽上，用于测量金属试验件的孔挤压变形；
2)开始试验，以2mm/min的加载速率加载，直至金属试验件7破坏，记录最大载荷Fmax和破坏模式；
3)计算挤压强度；挤压强度计算公式为：
Figure BDA0002073596560000051
式中：σbru—挤压强度，Fmax—试验最大载荷，D—孔直径，t—厚度值；
4)计算挤压屈服强度，在金属材料孔挤压试验应力－应变曲线上，截取挤压应力－应变曲线弹性直线段部分，拟合求直线段弹性模量，将弹性模量直线沿挤压应力－应变轴从原点平移到2％的挤压应变的偏移量，确定该直线与挤压应力－应变曲线的交点即为挤压屈服强度，孔挤压试验应力－应变曲线如图6所示。

Claims (8)

1.一种金属材料孔挤压试验装置，用于不同边距孔径比和不同厚度的试验件的孔挤压试验，其特征在于：包括平头双耳（1）、引伸计（4）、引伸计支架（6）和金属试验件（7），所述的平头双耳（1）下端设置有一个大螺纹孔，金属试验件（7）上部设置有与所述大螺纹孔相匹配的大安装孔，所述的金属试验件（7）上部穿过平头双耳（1）中部的间隙，并通过受剪螺栓（2）穿过所述的大螺纹孔和大安装孔，将金属试验件（7）固定在平头双耳（1）的间隙内，平头双耳（1）的下端两侧均设置有两个对称的小螺纹孔，所述的小螺纹孔内设置有圆头螺栓一（3），调节金属试验件和试验机轴线的对中度，所述的引伸计支架（6）上也设置小螺纹孔，引伸计支架（6）通过圆头螺栓二（5）穿过设置在其本体上的小螺纹孔，固定在金属试验件（7）上，所述的平头双耳（1）两侧对称设有第一V型槽，所述的引伸计支架（6）两侧对称设有第二V型槽，引伸计（4）安装在第一V型槽和第二V型槽上。
2.根据权利要求1所述的一种金属材料孔挤压试验装置，其特征在于：所述的平头双耳（1）上端夹持安装在试验机上。
3.根据权利要求1所述的一种金属材料孔挤压试验装置，其特征在于：所述的金属试验件（7）下端夹持固定在试验机上。
4.根据权利要求1所述的一种金属材料孔挤压试验装置，其特征在于：所述的平头双耳（1）间隙的间距为金属试验件（7）厚度的2-3倍，间隙的宽度和试验机夹头宽度相同。
5.根据权利要求1所述的一种金属材料孔挤压试验装置，其特征在于：所述的平头双耳（1）材料为30CrMnSiA，热处理后硬度为HRC30-34。
6.根据权利要求1所述的一种金属材料孔挤压试验装置，其特征在于：所述的受剪螺栓（2）材料为Cr12MoV，热处理后硬度为HRC60-62。
7.一种如权利要求1-6任意一项权利要求所述金属材料孔挤压试验装置的试验方法，其特征在于：所述的试验方法包括以下步骤：
1)将本发明所述的试验装置安装在试验机上，调整对中后进行试验；
2)开始试验，以2mm/min的加载速率加载，直至金属试验件（7）破坏，记录最大载荷F max和破坏模式；
3)计算挤压强度；
4)计算挤压屈服强度，在金属材料孔挤压试验应力-应变曲线上，截取挤压应力-应变曲线弹性直线段部分，拟合求直线段弹性模量，将弹性模量直线沿挤压应力-应变轴从原点平移到2%的挤压应变的偏移量，确定该直线与挤压应力-应变曲线的交点即为挤压屈服强度。
8.根据权利要求7所述的一种金属材料孔挤压试验装置的试验方法，其特征在于：步骤3所述的计算挤压强度，挤压强度计算公式为：
Figure 643215DEST_PATH_IMAGE002
式中：
Figure 232460DEST_PATH_IMAGE004
—挤压强度，F max—试验最大载荷，D—孔直径，t—厚度值。
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