CN113418806B - 一种电辅助拉压循环加载试验装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电辅助拉压循环加载试验装置及其使用方法，可以解决电辅助拉压循环加载过程中存在的绝缘、侧压力测量、温度测量、应变测量以及试样设计等问题，是研究金属板料在电辅助拉压循环加载作用下的流动行为的试验装置，可以测量金属板料在不同温度下的拉压循环加载应力‑应变曲线，用于研究电/热/力场耦合对金属板料在复杂加载路径下成形性能的影响规律，为建立准确的材料本构模型以及实现对零件成形过程的准确预测奠定了基础，从而可以加速电辅助成形工艺在工业界的应用，同时也促进了多能场对金属板料流动的影响规律等基础科学问题的研究。

Description

一种电辅助拉压循环加载试验装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及塑性成形性能基础试验技术领域，尤其涉及一种电辅助拉压循环加载试验装置及其使用方法。

背景技术

在工业领域中，轻量化可以直接降低油耗，减小废气排放，提高效益，因此，各行各业对轻量化提出了迫切要求。一些轻质合金(例如钛合金、镁合金、高强铝合金)以其高比强度、耐腐蚀等优良性能被广泛应用于航空航天、汽车等领域，然而其常温下塑性成形性能差，成形窗口小，限制了其应用。研究发现，金属材料在加载电流后其成形性能会发生显著变化，如塑性提高，变形抗力降低等，这种现象称为电致塑性效应。因此，电辅助成形是实现难变形材料、难成形结构精确成形制造的极具前景的技术之一。

对于电流对材料流动行为的影响规律，目前主要是基于电辅助单拉试验和微观组织试验来研究电热力场耦合作用对材料流动行为的影响规律。对于电辅助成形，板料通常会经历复杂的变形加载路径，例如电辅助冲压过程中，板料流过拉延筋和凹模圆角，会经历加载-卸载-反向加载-再加载的过程，其变形特征不能仅以单向拉伸下的变形特征来表征，而拉压循环加载可以很好的表征材料在复杂加载路径下的变形特征。

对于电辅助拉压循环加载，由于在电辅助拉压循环加载试验过程中，试样两侧被压板盖住，且试样上存在电流，因此，常规的拉压循环装置及应变测量方法难以使用。在电辅助拉压过程中，需要解决绝缘、侧压力测量、温度测量、应变测量以及试样设计等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电辅助拉压循环加载试验装置及其使用方法，用以解决电辅助拉压循环加载过程中存在的绝缘、侧压力测量、温度测量、应变测量以及试样设计等问题。

本发明提供的一种电辅助拉压循环加载试验装置，包括：

电辅助拉压试样，包括：位于两端的夹持部分和位于中间的测试部分；其中，所述测试部分的宽度小于所述夹持部分的宽度，所述夹持部分用于被电子万能试验机夹持从而对所述测试部分进行拉压；由两端的夹持部分引出两个接线孔，用于与直流电源连接；在所述测试部分的两侧对称分布四个凸耳，每侧各两个凸耳，四个凸耳与所述夹持部分、所述测试部分位于同一平面内；

直流电源，用于提供不同的电流，使所述电辅助拉压试样具有不同的温度；

防屈曲部，包括：在所述电辅助拉压试样的一侧依次设置的第一H型绝缘电木板、第一H型压板、第一梯形压板、力传感器和第一方形压板，在所述电辅助拉压试样的另一侧依次设置的第二H型绝缘电木板、第二H型压板、第二梯形压板、弹簧和第二方形压板，依次贯穿所述第二方形压板、所述弹簧、所述第二梯形压板、所述第二H型压板、所述第二H型绝缘电木板、所述第一H型绝缘电木板、所述第一H型压板、所述第一梯形压板和所述第一方形压板的螺栓和螺母，位于所述第一H型绝缘电木板与所述电辅助拉压试样之间的第一绝缘润滑层，以及位于所述第二H型绝缘电木板与所述电辅助拉压试样之间的第二绝缘润滑层；其中，所述第一H型绝缘电木板的腹板的宽度小于所述电辅助拉压试样中测试部分的宽度，所述第一H型绝缘电木板的腹板面向所述电辅助拉压试样的一面设有多个横跨腹板的半圆柱形的第一凹槽；所述第二H型绝缘电木板的腹板的宽度小于所述电辅助拉压试样中测试部分的宽度，所述第二H型绝缘电木板的腹板面向所述电辅助拉压试样的一面设有多个横跨腹板的半圆柱形的第二凹槽；所述第一梯形压板中的小面积底面与所述第一H型压板接触，所述第一梯形压板中的大面积底面与所述力传感器接触，所述第二梯形压板中的小面积底面与所述第二H型压板接触，所述第二梯形压板中的大面积底面与所述弹簧接触；所述防屈曲部用于通过调节所述螺栓和所述螺母的拧紧量，使所述弹簧产生回复力，利用所述第一H型绝缘电木板、所述第一H型压板、所述第一梯形压板、所述第二H型绝缘电木板、所述第二H型压板和所述第二梯形压板将所述电辅助拉压试样的测试部分夹紧，避免在所述夹持部分被夹持时对所述测试部分进行拉压的过程中使所述测试部分弯曲；所述力传感器用于监测所述电辅助拉压试样受到的侧压力；所述第一绝缘润滑层用于减小所述第一H型绝缘电木板与所述电辅助拉压试样之间的摩擦力，所述第二绝缘润滑层用于减小所述第二H型绝缘电木板与所述电辅助拉压试样之间的摩擦力；

测量部，包括：陶瓷引伸计、温度显示器以及与各所述第一凹槽和各所述第二凹槽一一对应的多个热电偶；其中，每个热电偶的一端插入对应的第一凹槽或第二凹槽内，且位于所述第一绝缘润滑层与所述电辅助拉压试样之间或位于所述第二绝缘润滑层与所述电辅助拉压试样之间，各所述热电偶用于测量所述电辅助拉压试样表面的温度；各所述热电偶的另一端插入所述温度显示器内，所述温度显示器用于显示各所述热电偶测量的温度；这样，操作人员可以根据温度显示器所显示的温度来不断调整直流电源输出的电流值，从而可以保证电辅助拉压试样表面温度的稳定性和可控性；所述电辅助拉压试样中测试部分一侧的两个凸耳设有与所述陶瓷引伸计的两个尖端相配合的第三凹槽；所述陶瓷引伸计的标距长度小于所述第一H型绝缘电木板、所述第一H型压板、所述第二H型绝缘电木板和所述第二H型压板中的两个翼缘板间的距离；所述测量部用于在所述电辅助拉压试样被加热至不同温度下，在所述夹持部分被夹持时对所述测试部分进行拉压的过程中，利用所述陶瓷引伸计测量所述测试部分一侧的两个凸耳之间的变形量。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述电辅助拉压循环加载试验装置中，为了防止侧压力传递不均匀，所述第一梯形压板面向所述第一方形压板的一侧设有与所述力传感器相配合的第一定位槽，所述第一定位槽位于所述第一梯形压板的中心，从而将力传感器定位在整个装置的中心，进而可以准确地测量侧压力大小以及将侧压力均匀地传递到电辅助拉压试样的表面；

同样地，所述第一方形压板面向所述第一梯形压板的一侧设有与所述力传感器相配合的第二定位槽，所述第二定位槽位于所述第一方形压板的中心。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述电辅助拉压循环加载试验装置中，所述第一H型绝缘电木板、所述第一H型压板、所述第二H型绝缘电木板和所述第二H型压板中的每个翼缘板的两端分别设有一个通孔，所述第一梯形压板、所述第一方形压板、所述第二梯形压板和所述第二方形压板分别对应设置四个通孔，所述第二梯形压板与所述第二方形压板之间设有四个弹簧，四个螺栓依次穿过所述第二方形压板的四个通孔、四个弹簧、所述第二梯形压板的四个通孔、所述第二H型压板的四个通孔、所述第二H型绝缘电木板的四个通孔、所述第一H型绝缘电木板的四个通孔、所述第一H型压板的四个通孔、所述第一梯形压板的四个通孔和所述第一方形压板的四个通孔后与四个螺母连接。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述电辅助拉压循环加载试验装置中，为了防止侧压力传递不均匀，所述第二梯形压板面向所述第二方形压板的一侧设有与四个弹簧相配合的四个第三定位槽，从而可以将弹簧定位在第三定位槽中；

同样地，所述第二方形压板面向所述第二梯形压板的一侧设有与四个弹簧相配合的四个第四定位槽，从而可以将弹簧定位在第四定位槽中。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述电辅助拉压循环加载试验装置中，所述电辅助拉压试样中测试部分两侧的四个凸耳的宽度为1mm～2mm，这样，可以在减小对测试部分应变分布均匀性的影响的同时，使四个凸耳保持一定的刚度。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述电辅助拉压循环加载试验装置中，所述第一凹槽的底面直径为2mm～3mm，所述第二凹槽的底面直径为2mm～3mm，这样，一方面可以减小第一凹槽和第二凹槽对测试部分温度分布均匀性的影响，另一方面可以为热电偶的放置提供空间；

所述第一绝缘润滑层的厚度为0.3mm～0.5mm，所述第二绝缘润滑层的厚度为0.3mm～0.5mm，这样，一方面可以使第一绝缘润滑层和第二绝缘润滑层具有很好的柔性，另一方面可以减小第一凹槽和第二凹槽所需的直径，从而降低对温度分布均匀性的影响；

每个热电偶的直径为0.4mm～0.6mm。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述电辅助拉压循环加载试验装置中，为了防止试验过程中陶瓷引伸计与第一H型绝缘电木板、第二H型绝缘电木板、第一H型压板、第二H型压板发生干涉，所述第一H型绝缘电木板、所述第一H型压板、所述第二H型绝缘电木板、所述第二H型压板中两个翼缘板间的距离与陶瓷引伸计的标距长度的差值为15mm～25mm。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述电辅助拉压循环加载试验装置中，为了防止第一H型绝缘电木板对电辅助拉压试样上的凸耳产生摩擦力，影响应变的测量，所述电辅助拉压试样中测试部分的宽度与所述第一H型绝缘电木板中腹板的宽度的差值为1mm～2mm；同样地，为了防止第二H型绝缘电木板对电辅助拉压试样上的凸耳产生摩擦力，影响应变的测量，所述电辅助拉压试样中测试部分的宽度与所述第二H型绝缘电木板中腹板的宽度的差值为1mm～2mm。

本发明还提供了一种电辅助拉压循环加载试验装置的使用方法，包括如下步骤：

S1：在第二H型绝缘电木板设有第二凹槽的一面贴附第二绝缘润滑层，并将第二凹槽处的第二绝缘润滑层压入第二凹槽内；

S2：依次将第二方形压板、弹簧、第二梯形压板、第二H型压板和贴附有第二绝缘润滑层的第二H型绝缘电木板穿到螺栓上；其中，第二梯形压板中小面积底面与第二H型压板接触，第二梯形压板中大面积底面与弹簧接触；第二H型绝缘电木板未贴附第二绝缘润滑层的一面与第二H型压板接触；

S3：将电辅助拉压试样放到贴附有第二绝缘润滑层的第二H型绝缘电木板上；其中，第二H型绝缘电木板贴附有第二绝缘润滑层的一面与电辅助拉压试样接触；

S4：在第一H型绝缘电木板设有第一凹槽的一面贴附第一绝缘润滑层，并将第一凹槽处的第一绝缘润滑层压入第一凹槽内；

S5：将贴附有第一绝缘润滑层的第一H型绝缘电木板穿到螺栓上；其中，第一H型绝缘电木板贴附有第一绝缘润滑层的一面与电辅助拉压试样接触；

S6：将每个热电偶的一端插入对应的第一凹槽或第二凹槽内，位于电辅助拉压试样与第一绝缘润滑层之间或位于电辅助拉压试样与第二绝缘润滑层之间；将各热电偶的另一端插入温度显示器；

S7：依次将第一H型压板和第一梯形压板穿到螺栓上，在第一梯形压板上放置力传感器，将第一方形压板穿到螺栓上，将螺母拧到螺栓上；

S8：调节螺栓和螺母的拧紧量，通过力传感器监测电辅助拉压试样受到的侧压力，使侧压力达到预设压力值；

S9：将电子万能试验机夹在电辅助拉压试样两端的夹持部分，将电辅助拉压试样的两个接线孔与直流电源电性连接；

S10：将陶瓷引伸计插到电辅助拉压试样中测试部分一侧的两个凸耳的第三凹槽内；

S11：利用直流电源对电辅助拉压试样进行加热，达到预设温度后，利用电子万能试验机对测试部分进行拉压，同时利用陶瓷引伸计测量测试部分一侧的两个凸耳之间的变形量，得到预设温度下电辅助拉压试样的拉压应力-应变曲线，在拉压过程中实时调节直流电源输出的电流值，使电辅助拉压试样的温度控制在预设温度；

S12：利用直流电源改变对电辅助拉压试样的加热温度，测量不同温度下电辅助拉压试样的拉压应力-应变曲线。

本发明提供的上述电辅助拉压循环加载试验装置及其使用方法，可以解决电辅助拉压循环加载过程中存在的绝缘、侧压力测量、温度测量、应变测量以及试样设计等问题，是研究金属板料在电辅助拉压循环加载作用下的流动行为的试验装置，可以测量金属板料在不同温度下的拉压循环加载应力-应变曲线，用于研究电/热/力场耦合对金属板料在复杂加载路径下成形性能的影响规律，为建立准确的材料本构模型以及实现对零件成形过程的准确预测奠定了基础，从而可以加速电辅助成形工艺在工业界的应用，同时也促进了多能场对金属板料流动的影响规律等基础科学问题的研究。

附图说明

图1为本发明提供的一种电辅助拉压循环加载试验装置的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为本发明提供的一种电辅助拉压循环加载试验装置中电辅助拉压试样的结构示意图；

图4为本发明提供的一种电辅助拉压循环加载试验装置中第一H型绝缘电木板的结构示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为本发明提供的一种电辅助拉压循环加载试验装置中测量部的结构示意图；

图7为第一H型绝缘电木板和第一绝缘润滑层之间的相对位置示意图；

图8为第二H型绝缘电木板和第二绝缘润滑层之间的相对位置示意图；

图9为本发明提供的一种电辅助拉压循环加载试验装置中第一梯形压板的结构示意图；

图10为本发明提供的一种电辅助拉压循环加载试验装置中第二梯形压板的结构示意图。

附图标记说明：电辅助拉压试样1；夹持部分2；测试部分3；接线孔4；凸耳5；第一H型绝缘电木板6；第一H型绝缘电木板6的腹板6a；第一H型绝缘电木板6的翼缘板6b；第一H型压板7；第一梯形压板8；力传感器9；第一方形压板10；第二H型绝缘电木板11；第二H型压板12；第二梯形压板13；弹簧14；第二方形压板15；螺栓16；螺母17；第一绝缘润滑层18；第二绝缘润滑层19；第一凹槽20；陶瓷引伸计21；温度显示器22；热电偶23；第三凹槽24；第一定位槽25；通孔26；第三定位槽27。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本发明。

本发明提供的一种电辅助拉压循环加载试验装置，如图1和图2所示，图2为图1的侧视图，包括：

电辅助拉压试样1，如图3所示，包括：位于两端的夹持部分2和位于中间的测试部分3；其中，测试部分3的宽度(如图3所示的w₁所示)小于夹持部分2的宽度(如图3所示的w₂所示)，测试部分3与两端的夹持部分2之间连接可以呈圆弧形，夹持部分2用于被电子万能试验机夹持从而对测试部分3进行拉压；由两端的夹持部分2引出两个接线孔4，用于与直流电源连接；在测试部分3的两侧对称分布四个凸耳5，对称分布可以提高试样上应变分布的均匀性，每侧各两个凸耳5，四个凸耳5与夹持部分2、测试部分3位于同一平面内；

直流电源，用于提供不同的电流，使电辅助拉压试样1具有不同的温度；

防屈曲部，如图1和图2所示，包括：在电辅助拉压试样1的一侧依次设置的第一H型绝缘电木板6、第一H型压板7、第一梯形压板8、力传感器9和第一方形压板10，在电辅助拉压试样1的另一侧依次设置的第二H型绝缘电木板11、第二H型压板12、第二梯形压板13、弹簧14和第二方形压板15，依次贯穿第二方形压板15、弹簧14、第二梯形压板13、第二H型压板12、第二H型绝缘电木板11、第一H型绝缘电木板6、第一H型压板7、第一梯形压板8和第一方形压板10的螺栓16和螺母17，位于第一H型绝缘电木板6与电辅助拉压试样1之间的第一绝缘润滑层，以及位于第二H型绝缘电木板11与电辅助拉压试样1之间的第二绝缘润滑层；其中，如图4所示，第一H型绝缘电木板6由中间的腹板6a和两侧的翼缘板6b组成，如图6中的局部放大图所示，第一H型绝缘电木板6中腹板6a的宽度(如图4和图6所示的w₃所示)小于电辅助拉压试样1中测试部分3的宽度(如图3和图6所示的w₁所示)，如图4和图5所示，图5为图4的俯视图，第一H型绝缘电木板6的腹板6a面向电辅助拉压试样1的一面设有多个横跨腹板6a的半圆柱形的第一凹槽20(图4和图5以设置5个第一凹槽20为例)，用于放置热电偶，综上可知，如图7所示，第一绝缘润滑层18位于第一H型绝缘电木板6设有第一凹槽20的一面，并且为了后续在第一凹槽20内插入热电偶时能够使热电偶与电辅助拉压试样1接触，需要将第一绝缘润滑层18压入第一凹槽20内；同样地，第二H型绝缘电木板11的腹板的宽度小于电辅助拉压试样1中测试部分3的宽度，第二H型绝缘电木板11的腹板面向电辅助拉压试样1的一面设有多个横跨腹板的半圆柱形的第二凹槽(与第一凹槽20的结构相同，不再赘述)，同样用于放置热电偶，如图8所示，第二绝缘润滑层19位于第二H型绝缘电木板11设有第二凹槽的一面，并且为了后续在第二凹槽内插入热电偶时能够使热电偶与电辅助拉压试样1接触，需要将第二绝缘润滑层19压入第二凹槽内；如图1和图2所示，第一梯形压板8中的小面积底面与第一H型压板7接触，第一梯形压板8中的大面积底面与力传感器9接触，第二梯形压板13中的小面积底面与第二H型压板12接触，第二梯形压板13中的大面积底面与弹簧14接触；防屈曲部用于通过调节螺栓16和螺母17的拧紧量，使弹簧14产生回复力，利用第一H型绝缘电木板6、第一H型压板7、第一梯形压板8、第二H型绝缘电木板11、第二H型压板12和第二梯形压板13将电辅助拉压试样1的测试部分3夹紧，避免在夹持部分2被夹持时对测试部分3进行拉压的过程中使测试部分3弯曲；力传感器9用于监测电辅助拉压试样1受到的侧压力；第一绝缘润滑层18用于减小第一H型绝缘电木板6与电辅助拉压试样1之间的摩擦力，第二绝缘润滑层19用于减小第二H型绝缘电木板11与电辅助拉压试样1之间的摩擦力；上述绝缘电木板和压板采用H型的原因是为了给应变测量提供空间，即为后面提到的测量部中的陶瓷引伸计和热电偶提供空间；

测量部，如图1和图6所示，包括：陶瓷引伸计21、温度显示器22以及与各第一凹槽20和各第二凹槽一一对应的多个热电偶23；即热电偶23的数量等于第一凹槽20与第二凹槽的数量之和，例如图1和图6设有5个第一凹槽20和5个第二凹槽，则需要10个热电偶23，其中，每个热电偶23的一端插入对应的第一凹槽20或第二凹槽内，且位于第一绝缘润滑层18与电辅助拉压试样1之间或位于第二绝缘润滑层19与电辅助拉压试样1之间，各热电偶23用于测量电辅助拉压试样1表面的温度；各热电偶23的另一端插入温度显示器22内，温度显示器22用于显示各热电偶23测量的温度；这样，操作人员可以根据温度显示器22所显示的温度来不断调整直流电源输出的电流值，从而可以保证电辅助拉压试样1表面温度的稳定性和可控性；如图3所示，电辅助拉压试样1中测试部分3一侧的两个凸耳5设有与陶瓷引伸计21的两个尖端相配合的第三凹槽24，可以防止陶瓷引伸计21打滑；如图6所示，陶瓷引伸计21的标距长度(如图6所示的l₁)小于第一H型绝缘电木板6中的两个翼缘板6b间的距离(如图6所示的l₂所示)，同样，如图1所示，陶瓷引伸计21的标距长度也小于第一H型压板7、第二H型绝缘电木板11和第二H型压板12中的两个翼缘板间的距离；测量部用于在电辅助拉压试样1被加热至不同温度下，在夹持部分2被夹持时对测试部分3进行拉压的过程中，利用陶瓷引伸计21测量测试部分3一侧(任意一侧)的两个凸耳5之间的变形量，从而可以得到电辅助拉压试样1在不同温度下的拉压应力-应变曲线。

需要说明的是，在本发明提供的上述电辅助拉压循环加载试验装置中，由于利用直流电源对电辅助拉压试样的测试部分进行加热，因此，与测试部分的凸耳接触的陶瓷引伸计、与热电偶接触的第一绝缘润滑层和第二绝缘润滑层、距离热电偶较近的第一H型绝缘电木板和第二H型绝缘电木板，均需要具有耐高温的性能。

较佳地，在本发明提供的上述电辅助拉压循环加载试验装置中，为了防止侧压力传递不均匀，如图9所示，可以在第一梯形压板8面向第一方形压板的一侧设置与力传感器相配合的第一定位槽25，第一定位槽25位于第一梯形压板8的中心，从而将力传感器定位在整个装置的中心，进而可以准确地测量侧压力大小以及将侧压力均匀地传递到电辅助拉压试样的表面；同样地，也可以在第一方形压板面向第一梯形压板的一侧设置与力传感器相配合的第二定位槽，第二定位槽位于第一方形压板的中心，第二定位槽与第一定位槽的设置相同，不再给出示意图。

在具体实施时，在本发明提供的上述电辅助拉压循环加载试验装置中，如图1所示，第一H型绝缘电木板6、第一H型压板7、第二H型绝缘电木板11和第二H型压板12中的每个翼缘板的两端分别设有一个通孔，例如如图4所示，第一H型绝缘电木板6的两个翼缘板6b的两端分别设有一个通孔26，共设有四个通孔26；如图1所示，第一梯形压板8、第一方形压板10、第二梯形压板13和第二方形压板15分别对应(与第一H型绝缘电木板6、第一H型压板7、第二H型绝缘电木板11和第二H型压板12中的通孔对应)设置四个通孔，例如，如图9所示，第一梯形压板8对应设置四个通孔26；如图1所示，第二梯形压板13与第二方形压板15之间设有四个弹簧14，四个螺栓16依次穿过第二方形压板15的四个通孔、四个弹簧14、第二梯形压板13的四个通孔、第二H型压板12的四个通孔、第二H型绝缘电木板11的四个通孔、第一H型绝缘电木板6的四个通孔、第一H型压板7的四个通孔、第一梯形压板8的四个通孔和第一方形压板10的四个通孔后与四个螺母17连接。

较佳地，在本发明提供的上述电辅助拉压循环加载试验装置中，为了防止侧压力传递不均匀，如图10所示，可以在第二梯形压板13面向第二方形压板的一侧设置与四个弹簧相配合的四个第三定位槽27，从而可以将弹簧定位在第三定位槽中；同样地，也可以在第二方形压板面向第二梯形压板的一侧设置与四个弹簧相配合的四个第四定位槽，从而可以将弹簧定位在第四定位槽中，第四定位槽与第三定位槽的设置相同，不再给出示意图。

在具体实施时，在本发明提供的上述电辅助拉压循环加载试验装置中，电辅助拉压试样中测试部分两侧的四个凸耳的宽度可以设置为1mm～2mm范围，这样，可以在减小对测试部分应变分布均匀性的影响的同时，使四个凸耳保持一定的刚度。

较佳地，在本发明提供的上述电辅助拉压循环加载试验装置中，为了避免对试验过程中电辅助拉压试样表面的温度分布的均匀性造成影响，可以选择直径在0.4mm～0.6mm范围的热电偶；第一绝缘润滑层的厚度可以设置为0.3mm～0.5mm范围，第二绝缘润滑层的厚度可以设置为0.3mm～0.5mm范围，这样，一方面可以使第一绝缘润滑层和第二绝缘润滑层具有很好的柔性，另一方面可以减小第一凹槽和第二凹槽所需的直径，从而降低对温度分布均匀性的影响；热电偶和第一绝缘润滑层需要置于第一凹槽内，热电偶和第二绝缘润滑层需要置于第二凹槽内，基于此，第一凹槽的底面直径可以设置为2mm～3mm范围，第二凹槽的底面直径可以设置为2mm～3mm范围，这样，一方面可以减小第一凹槽和第二凹槽对测试部分温度分布均匀性的影响，另一方面可以为热电偶的放置提供空间。

较佳地，在本发明提供的上述电辅助拉压循环加载试验装置中，为了防止试验过程中陶瓷引伸计与第一H型绝缘电木板、第二H型绝缘电木板、第一H型压板、第二H型压板发生干涉，需要满足第一H型绝缘电木板、第一H型压板、第二H型绝缘电木板、第二H型压板中两个翼缘板间的距离大于陶瓷引伸计的标距长度，二者的差值可以控制在15mm～25mm范围。

较佳地，在本发明提供的上述电辅助拉压循环加载试验装置中，为了防止第一H型绝缘电木板对电辅助拉压试样上的凸耳产生摩擦力，影响应变的测量，需要满足电辅助拉压试样中测试部分的宽度大于第一H型绝缘电木板中腹板的宽度，可以将二者的差值控制在1mm～2mm范围；同样地，为了防止第二H型绝缘电木板对电辅助拉压试样上的凸耳产生摩擦力，影响应变的测量，需要满足电辅助拉压试样中测试部分的宽度大于第二H型绝缘电木板中腹板的宽度，可以将二者的差值控制在1mm～2mm范围。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种电辅助拉压循环加载试验装置的使用方法，包括如下步骤：

S1：在第二H型绝缘电木板设有第二凹槽的一面贴附第二绝缘润滑层，并将第二凹槽处的第二绝缘润滑层压入第二凹槽内；将第二绝缘润滑层压入第二凹槽内的原因是，为后续将热电偶插入第二凹槽内时能够使热电偶与电辅助拉压试样接触做准备；第二绝缘润滑层一方面可以降低第二H型绝缘电木板与电辅助拉压试样之间的摩擦力，另一方面可以保证在试验过程中热电偶与电辅助拉压试样的表面紧密接触，防止热电偶滑落；

S2：依次将第二方形压板、弹簧、第二梯形压板、第二H型压板和贴附有第二绝缘润滑层的第二H型绝缘电木板穿到螺栓上；其中，第二梯形压板中小面积底面与第二H型压板接触，第二梯形压板中大面积底面与弹簧接触；第二H型绝缘电木板未贴附第二绝缘润滑层的一面与第二H型压板接触；

较佳地，可以将弹簧定位到第二梯形压板的第三定位槽中以及第二方形压板的第四定位槽中；

S3：将电辅助拉压试样放到贴附有第二绝缘润滑层的第二H型绝缘电木板上；其中，第二H型绝缘电木板贴附有第二绝缘润滑层的一面与电辅助拉压试样接触；

S4：在第一H型绝缘电木板设有第一凹槽的一面贴附第一绝缘润滑层，并将第一凹槽处的第一绝缘润滑层压入第一凹槽内；将第一绝缘润滑层压入第一凹槽内的原因也是，为后续将热电偶插入第一凹槽内时能够使热电偶与电辅助拉压试样接触做准备；第一绝缘润滑层一方面可以降低第一H型绝缘电木板与电辅助拉压试样之间的摩擦力，另一方面可以保证在试验过程中热电偶与电辅助拉压试样的表面紧密接触，防止热电偶滑落；

S5：将贴附有第一绝缘润滑层的第一H型绝缘电木板穿到螺栓上；其中，第一H型绝缘电木板贴附有第一绝缘润滑层的一面与电辅助拉压试样接触；

S6：将每个热电偶的一端插入对应的第一凹槽或第二凹槽内，位于电辅助拉压试样与第一绝缘润滑层之间或位于电辅助拉压试样与第二绝缘润滑层之间；将各热电偶的另一端插入温度显示器；

需要注意的是，需要在拧紧螺母前插入热电偶，以便保证热电偶易于安装，且在侧压力的作用下，能使热电偶紧密接触电辅助拉压试样的表面；

S7：依次将第一H型压板和第一梯形压板穿到螺栓上，在第一梯形压板上放置力传感器，将第一方形压板穿到螺栓上，将螺母拧到螺栓上；

较佳地，可以将力传感器放入第一梯形压板的第一定位槽内以及第一方形压板的第二定位槽内，且保证力传感器位于整个装置的中心位置，以便准确地测量侧压力大小以及将侧压力均匀地传递到电辅助拉压试样的表面；

S8：调节螺栓和螺母的拧紧量，通过力传感器监测电辅助拉压试样受到的侧压力，使侧压力达到预设压力值；

需要注意的是，所有螺母的拧紧量需要保持一致,以保证电辅助拉压试样受到的侧压力大小均匀；

S9：将电子万能试验机夹在电辅助拉压试样两端的夹持部分，将电辅助拉压试样的两个接线孔与直流电源电性连接；

S10：将陶瓷引伸计插到电辅助拉压试样中测试部分一侧的两个凸耳的第三凹槽内；这样，可以防止陶瓷引伸计打滑；

S11：利用直流电源对电辅助拉压试样进行加热，达到预设温度后，利用电子万能试验机对测试部分进行拉压，同时利用陶瓷引伸计测量测试部分一侧的两个凸耳之间的变形量，得到预设温度下电辅助拉压试样的拉压应力-应变曲线，在拉压过程中实时调节直流电源输出的电流值，使电辅助拉压试样的温度控制在预设温度；

S12：利用直流电源改变对电辅助拉压试样的加热温度，测量不同温度下电辅助拉压试样的拉压应力-应变曲线。

本发明提供的上述电辅助拉压循环加载试验装置及其使用方法，可以解决电辅助拉压循环加载过程中存在的绝缘、侧压力测量、温度测量、应变测量以及试样设计等问题，是研究金属板料在电辅助拉压循环加载作用下的流动行为的试验装置，可以测量金属板料在不同温度下的拉压循环加载应力-应变曲线，用于研究电/热/力场耦合对金属板料在复杂加载路径下成形性能的影响规律，为建立准确的材料本构模型以及实现对零件成形过程的准确预测奠定了基础，从而可以加速电辅助成形工艺在工业界的应用，同时也促进了多能场对金属板料流动的影响规律等基础科学问题的研究。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种电辅助拉压循环加载试验装置，其特征在于，包括：

电辅助拉压试样(1)，包括：位于两端的夹持部分(2)和位于中间的测试部分(3)；其中，所述测试部分(3)的宽度小于所述夹持部分(2)的宽度，所述夹持部分(2)用于被电子万能试验机夹持从而对所述测试部分(3)进行拉压；由两端的夹持部分(2)引出两个接线孔(4)，用于与直流电源连接；在所述测试部分(3)的两侧对称分布四个凸耳(5)，每侧各两个凸耳(5)，四个凸耳(5)与所述夹持部分(2)、所述测试部分(3)位于同一平面内；

直流电源，用于提供不同的电流，使所述电辅助拉压试样(1)具有不同的温度；

防屈曲部，包括：在所述电辅助拉压试样(1)的一侧依次设置的第一H型绝缘电木板(6)、第一H型压板(7)、第一梯形压板(8)、力传感器(9)和第一方形压板(10)，在所述电辅助拉压试样(1)的另一侧依次设置的第二H型绝缘电木板(11)、第二H型压板(12)、第二梯形压板(13)、弹簧(14)和第二方形压板(15)，依次贯穿所述第二方形压板(15)、所述弹簧(14)、所述第二梯形压板(13)、所述第二H型压板(12)、所述第二H型绝缘电木板(11)、所述第一H型绝缘电木板(6)、所述第一H型压板(7)、所述第一梯形压板(8)和所述第一方形压板(10)的螺栓(16)和螺母(17)，位于所述第一H型绝缘电木板(6)与所述电辅助拉压试样(1)之间的第一绝缘润滑层(18)，以及位于所述第二H型绝缘电木板(11)与所述电辅助拉压试样(1)之间的第二绝缘润滑层(19)；其中，所述第一H型绝缘电木板(6)的腹板(6a)的宽度小于所述电辅助拉压试样(1)中测试部分(3)的宽度，所述第一H型绝缘电木板(6)的腹板(6a)面向所述电辅助拉压试样(1)的一面设有多个横跨腹板(6a)的半圆柱形的第一凹槽(20)；所述第二H型绝缘电木板(11)的腹板的宽度小于所述电辅助拉压试样(1)中测试部分(3)的宽度，所述第二H型绝缘电木板(11)的腹板面向所述电辅助拉压试样(1)的一面设有多个横跨腹板的半圆柱形的第二凹槽；所述第一梯形压板(8)中的小面积底面与所述第一H型压板(7)接触，所述第一梯形压板(8)中的大面积底面与所述力传感器(9)接触，所述第二梯形压板(13)中的小面积底面与所述第二H型压板(12)接触，所述第二梯形压板(13)中的大面积底面与所述弹簧(14)接触；所述防屈曲部用于通过调节所述螺栓(16)和所述螺母(17)的拧紧量，使所述弹簧(14)产生回复力，利用所述第一H型绝缘电木板(6)、所述第一H型压板(7)、所述第一梯形压板(8)、所述第二H型绝缘电木板(11)、所述第二H型压板(12)和所述第二梯形压板(13)将所述电辅助拉压试样(1)的测试部分(3)夹紧，避免在所述夹持部分(2)被夹持时对所述测试部分(3)进行拉压的过程中使所述测试部分(3)弯曲；所述力传感器(9)用于监测所述电辅助拉压试样(1)受到的侧压力；所述第一绝缘润滑层(18)用于减小所述第一H型绝缘电木板(6)与所述电辅助拉压试样(1)之间的摩擦力，所述第二绝缘润滑层(19)用于减小所述第二H型绝缘电木板(11)与所述电辅助拉压试样(1)之间的摩擦力；

测量部，包括：陶瓷引伸计(21)、温度显示器(22)以及与各所述第一凹槽(20)和各所述第二凹槽一一对应的多个热电偶(23)；其中，每个热电偶(23)的一端插入对应的第一凹槽(20)或第二凹槽内，且位于所述第一绝缘润滑层(18)与所述电辅助拉压试样(1)之间或位于所述第二绝缘润滑层(19)与所述电辅助拉压试样(1)之间，各所述热电偶(23)用于测量所述电辅助拉压试样(1)表面的温度；各所述热电偶(23)的另一端插入所述温度显示器(22)内，所述温度显示器(22)用于显示各所述热电偶(23)测量的温度；所述电辅助拉压试样(1)中测试部分(3)一侧的两个凸耳(5)设有与所述陶瓷引伸计(21)的两个尖端相配合的第三凹槽(24)；所述陶瓷引伸计(21)的标距长度小于所述第一H型绝缘电木板(6)、所述第一H型压板(7)、所述第二H型绝缘电木板(11)和所述第二H型压板(12)中的两个翼缘板间的距离；所述测量部用于在所述电辅助拉压试样(1)被加热至不同温度下，在所述夹持部分(2)被夹持时对所述测试部分(3)进行拉压的过程中，利用所述陶瓷引伸计(21)测量所述测试部分(3)一侧的两个凸耳(5)之间的变形量。

2.如权利要求1所述的电辅助拉压循环加载试验装置，其特征在于，所述第一梯形压板(8)面向所述第一方形压板(10)的一侧设有与所述力传感器(9)相配合的第一定位槽(25)，所述第一定位槽(25)位于所述第一梯形压板(8)的中心；

所述第一方形压板(10)面向所述第一梯形压板(8)的一侧设有与所述力传感器(9)相配合的第二定位槽，所述第二定位槽位于所述第一方形压板(10)的中心。

3.如权利要求1所述的电辅助拉压循环加载试验装置，其特征在于，所述第一H型绝缘电木板(6)、所述第一H型压板(7)、所述第二H型绝缘电木板(11)和所述第二H型压板(12)中的每个翼缘板的两端分别设有一个通孔(26)，所述第一梯形压板(8)、所述第一方形压板(10)、所述第二梯形压板(13)和所述第二方形压板(15)分别对应设置四个通孔(26)，所述第二梯形压板(13)与所述第二方形压板(15)之间设有四个弹簧(14)，四个螺栓(16)依次穿过所述第二方形压板(15)的四个通孔(26)、四个弹簧(14)、所述第二梯形压板(13)的四个通孔(26)、所述第二H型压板(12)的四个通孔(26)、所述第二H型绝缘电木板(11)的四个通孔(26)、所述第一H型绝缘电木板(6)的四个通孔(26)、所述第一H型压板(7)的四个通孔(26)、所述第一梯形压板(8)的四个通孔(26)和所述第一方形压板(10)的四个通孔(26)后与四个螺母(17)连接。

4.如权利要求3所述的电辅助拉压循环加载试验装置，其特征在于，所述第二梯形压板(13)面向所述第二方形压板(15)的一侧设有与四个弹簧(14)相配合的四个第三定位槽(27)；

所述第二方形压板(15)面向所述第二梯形压板(13)的一侧设有与四个弹簧(14)相配合的四个第四定位槽。

5.如权利要求1所述的电辅助拉压循环加载试验装置，其特征在于，所述电辅助拉压试样(1)中测试部分(3)两侧的四个凸耳(5)的宽度为1mm～2mm。

6.如权利要求1所述的电辅助拉压循环加载试验装置，其特征在于，所述第一凹槽(20)的底面直径为2mm～3mm，所述第二凹槽的底面直径为2mm～3mm；

所述第一绝缘润滑层(18)的厚度为0.3mm～0.5mm，所述第二绝缘润滑层(19)的厚度为0.3mm～0.5mm；

每个热电偶(23)的直径为0.4mm～0.6mm。

7.如权利要求1所述的电辅助拉压循环加载试验装置，其特征在于，所述第一H型绝缘电木板(6)、所述第一H型压板(7)、所述第二H型绝缘电木板(11)、所述第二H型压板(12)中两个翼缘板间的距离与陶瓷引伸计(21)的标距长度的差值为15mm～25mm。

8.如权利要求1所述的电辅助拉压循环加载试验装置，其特征在于，所述电辅助拉压试样(1)中测试部分(3)的宽度与所述第一H型绝缘电木板(6)中腹板(6a)的宽度的差值为1mm～2mm；所述电辅助拉压试样(1)中测试部分(3)的宽度与所述第二H型绝缘电木板(11)中腹板的宽度的差值为1mm～2mm。

9.一种如权利要求1～8任一项所述的电辅助拉压循环加载试验装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：在第二H型绝缘电木板设有第二凹槽的一面贴附第二绝缘润滑层，并将第二凹槽处的第二绝缘润滑层压入第二凹槽内；

S2：依次将第二方形压板、弹簧、第二梯形压板、第二H型压板和贴附有第二绝缘润滑层的第二H型绝缘电木板穿到螺栓上；其中，第二梯形压板中小面积底面与第二H型压板接触，第二梯形压板中大面积底面与弹簧接触；第二H型绝缘电木板未贴附第二绝缘润滑层的一面与第二H型压板接触；

S3：将电辅助拉压试样放到贴附有第二绝缘润滑层的第二H型绝缘电木板上；其中，第二H型绝缘电木板贴附有第二绝缘润滑层的一面与电辅助拉压试样接触；

S4：在第一H型绝缘电木板设有第一凹槽的一面贴附第一绝缘润滑层，并将第一凹槽处的第一绝缘润滑层压入第一凹槽内；

S5：将贴附有第一绝缘润滑层的第一H型绝缘电木板穿到螺栓上；其中，第一H型绝缘电木板贴附有第一绝缘润滑层的一面与电辅助拉压试样接触；

S6：将每个热电偶的一端插入对应的第一凹槽或第二凹槽内，位于电辅助拉压试样与第一绝缘润滑层之间或位于电辅助拉压试样与第二绝缘润滑层之间；将各热电偶的另一端插入温度显示器；

S7：依次将第一H型压板和第一梯形压板穿到螺栓上，在第一梯形压板上放置力传感器，将第一方形压板穿到螺栓上，将螺母拧到螺栓上；

S8：调节螺栓和螺母的拧紧量，通过力传感器监测电辅助拉压试样受到的侧压力，使侧压力达到预设压力值；

S9：将电子万能试验机夹在电辅助拉压试样两端的夹持部分，将电辅助拉压试样的两个接线孔与直流电源电性连接；

S10：将陶瓷引伸计插到电辅助拉压试样中测试部分一侧的两个凸耳的第三凹槽内；

S11：利用直流电源对电辅助拉压试样进行加热，达到预设温度后，利用电子万能试验机对测试部分进行拉压，同时利用陶瓷引伸计测量测试部分一侧的两个凸耳之间的变形量，得到预设温度下电辅助拉压试样的拉压应力-应变曲线，在拉压过程中实时调节直流电源输出的电流值，使电辅助拉压试样的温度控制在预设温度；

S12：利用直流电源改变对电辅助拉压试样的加热温度，测量不同温度下电辅助拉压试样的拉压应力-应变曲线。

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