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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