CN113552005A - 一种高强度薄板十字弯曲试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高强度薄板十字弯曲试验装置，涉及金属力学测试技术领域，解决了相关技术中缺乏根据板材之间相互挤压弯曲产生形变的实际情况来进行试样拉伸模拟试验的技术问题。试验装置包括第一模具、第二模具、第一试样和第二试样，第二模具叠设于第一模具，第一模具设有第一开口槽道，第二模具设有第二开口槽道，第一试样穿过第一开口槽道，第二试样穿过第二开口槽道，第一试样的两端与第二模具可拆卸连接，第二试样的两端与第一模具可拆卸连接，第一模具和第二模具分别被拉伸试验机的两个夹具夹持。该试验装置有利于对板材的抗形变断裂能力进行更准确的评价，有利于模拟汽车在碰撞过程中板材之间相互挤压弯曲，保障结构抵抗形变的作用。
Description
技术领域
本发明涉及金属力学测试技术领域，尤其涉及一种高强度薄板十字弯曲试验装置及方法。
背景技术
随着汽车工业快速发展，车体轻量化趋势明显，而车体轻量化同时必须兼顾安全性。汽车的某些安全结构件以高强度薄板材料为原料，在汽车发生碰撞时，车体板材之间发生挤压形变继而可能破裂、断裂。因此，安全结构件必须充分发挥抵抗形变的作用。
目前，汽车碰撞试验一般采取整车或者局部零部件检测，试验成本较高。通过加工特定形状的拉伸试样，再进行高速拉伸试验方法获得的板材力学性能参数可以间接反映材料的抗碰撞能力。但是，拉伸试样的高速拉伸方法无法根据板材之间相互挤压弯曲产生形变的实际情况来进行模拟试验。
发明内容
本申请提供一种高强度薄板十字弯曲试验装置，解决了相关技术中缺乏根据板材之间相互挤压弯曲产生形变的实际情况来进行试样拉伸模拟试验的技术问题。
本申请提供一种高强度薄板十字弯曲试验装置，包括第一模具、第二模具、第一试样和第二试样，第二模具叠设于第一模具，第一模具靠近第二模具的侧面设有第一开口槽道，第二模具靠近第一模具的侧面设有第二开口槽道，第一试样穿过第一开口槽道设置，第二试样穿过第二开口槽道设置，第一试样的两端与第二模具可拆卸连接，第二试样的两端与第一模具可拆卸连接，第一模具远离第二模具的侧面固定设有第一夹持棒，第二模具远离第一模具的侧面固定设有第二夹持棒，第一夹持棒和第二夹持棒分别被拉伸试验机的两个夹具夹持。
可选地，第一试样的两端与第二模具螺栓连接，第二试样的两端与第一模具螺栓连接。
可选地，还设有螺丝垫片，螺丝垫片安装于第一试样的一端且置于第一试样与第二模具之间，第一开口槽道的深度大于第一试样的厚度。
可选地，第一试样水平安装于第二模具，第二试样水平安装于第一模具。
可选地，第一试样与第二试样呈十字交叉分布；
第一模具的中心点、第一试样的中心点、第二试样的中心点和第二模具的中心点的连线垂直于水平面。
可选地，第一试样与第二试样相同，第一模具与第二模具形状结构相同。
可选地，第一开口槽道的横截面呈凸形设置。
一种高强度薄板十字弯曲试验方法，采用上述的高强度薄板十字弯曲试验装置，包括步骤：
S1.将第一试样固定于第二模具；
S2.将第二试样穿过第二开口槽道，并与第一模具固定；
S3.拉伸试验机的上、下夹具分别夹持住第一夹持棒和第二夹持棒，拉伸试验机动作；
S4.记录数据，评价板材的抗形变断裂的能力。
可选地，还可通过拉伸试验装置旋转调整第一夹持棒和/或第二夹持棒后，再进行步骤S3中的拉伸试验机动作。
可选地，步骤S4中的记录数据包括：
读取试样弯曲断裂时的强度值；
和/或记录试样由接触弯曲至断裂过程的力-位移曲线，根据曲线面积的计算值，得出板材由接触弯曲至断裂所吸收的能量，评价板材的抗形变断裂的能力。
本申请有益效果如下：本申请利用拉伸试验机在分别夹持第一夹持棒和第二夹持棒的基础上，带动第一模具和第二模具动作，第一模具与第二试样固定连接，第二模具与第一试样固定连接，且第一试样与第二试样交叉叠加分布，第一试样相较于第二试样更靠近第一模具设置，因此在第一试样与第二试样远离的过程中会发生运动干涉，从而实现第一试样与第二试样的相互挤压弯曲产生形变，来进行拉伸模拟试验，有利于对板材的抗形变断裂能力进行更准确的评价，尤其有利于模拟汽车在碰撞过程中板材之间相互挤压弯曲，保障安全结构件充分发挥抵抗形变的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
图1为本申请提供的第一试样穿设于第一模具的结构示意图；
图2为本申请提供的第一试样与第二试样的相对位置示意图；
图3为本申请提供的高强度薄板十字弯曲试验装置的整体结构示意图；
图4为图3中第一开口槽道和第二开口槽道的示意图；
图5为图1的另一种可实施方式的示意图；
图6为依据图5的第一开口槽道和第二开口槽道的示意图。
附图标注:100-第一模具，110-第一开口槽道，120-第一夹持棒，200-第二模具，210-第二开口槽道，220-第二夹持棒，300-第一试样，400-第二试样。
具体实施方式
本申请实施例通过一种高强度薄板十字弯曲试验装置，解决了相关技术中缺乏根据板材之间相互挤压弯曲产生形变的实际情况来进行试样拉伸模拟试验的技术问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种高强度薄板十字弯曲试验装置，包括第一模具、第二模具、第一试样和第二试样，第二模具叠设于第一模具，第一模具靠近第二模具的侧面设有第一开口槽道，第二模具靠近第一模具的侧面设有第二开口槽道，第一试样穿过第一开口槽道设置，第二试样穿过第二开口槽道设置，第一试样的两端与第二模具可拆卸连接，第二试样的两端与第一模具可拆卸连接，第一模具远离第二模具的侧面固定设有第一夹持棒，第二模具远离第一模具的侧面固定设有第二夹持棒，第一夹持棒和第二夹持棒分别被拉伸试验机的两个夹具夹持。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本实施例在于提供一种高强度薄板十字弯曲试验方法，其基于高强度薄板十字弯曲试验装置进行操作，旨在通过第一试样与第二试样的相互挤压弯曲产生形变来进行拉伸模拟试验。
实施例1
请参照图1至图4，展示了本申请提供的一种高强度薄板十字弯曲试验装置组装后的结构示意图。高强度薄板十字弯曲试验装置包括第一模具100、第二模具200、第一试样300和第二试样400，第一试样300和第二试样400采用待试验高强度薄板材质制成。第二模具200如图3所示地叠设于第一模具100。
如图4所示，第一模具100靠近第二模具200的侧面设有第一开口槽道110，第二模具200靠近第一模具100的侧面设有第二开口槽道210。其中，第一试样300穿过第一开口槽道110设置，第二试样400穿过第二开口槽道210设置。
第一试样300的两端还与第二模具200可拆卸连接，第二试样400的两端还与第一模具100可拆卸连接。从而在模拟过程中，第一模具100和第二模具200沿相互远离的方向运动时，直接带动第一试样300与第二试样400运动。例如图2所示，第一试样300相对第二试样400朝上运动，第一试样300与第二试样400两者接触、弯曲变形直至断裂分离，从而实现第一试样300与第二试样400的相互挤压弯曲产生形变的拉伸模拟试验。
其中，借助拉伸试验机实现第一模具100与第二模具200相互远离的动作。如图4所示，第一模具100远离第二模具200的侧面固定设有第一夹持棒120，第二模具200远离第一模具100的侧面固定设有第二夹持棒220，第一夹持棒120和第二夹持棒220分别被拉伸试验机的两个夹具夹持。
可选地，第一试样300与第二试样400相同，包括尺寸形状、结构和材质等，第一模具100与第二模具200形状结构相同。
需要说明的是，图1至图4包括其中的附图标记，展示的是第一模具100在下方而第二模具200在上方的情形，在其他方式中，可以理解的是，第一模具100与第二模具200可以相互替换。
如图2所示，试样的长度方向两端均较粗、而中间部分较细，有利于拉伸试验。
可选地，第一试样300与第二试样400呈十字交叉分布，如图2和图4所示。
可选地，第一模具100的中心点、第一试样300的中心点、第二试样400的中心点和第二模具200的中心点的连线垂直于水平面，有利于第一试样300与第二试样400的起始状态一致，减小对试验结果不必要的影响因素。
可选地，第一试样300水平安装于第二模具200，第二试样400水平安装于第一模具100，第一模具100与第二模具200采用上下叠装的设置方式。
可选地，第一试样300的两端与第二模具200螺栓连接，第二试样400的两端与第一模具100螺栓连接。更多地，可拆卸连接还可以采用其它的，如卡接的方式来实现。
可选地，当采用螺栓连接的方式时，高强度薄板十字弯曲试验装置还设有螺丝垫片，螺丝垫片安装于第一试样300的一端且置于第一试样300与第二模具200之间，即通过加装螺丝垫片的方式，抬高第一试样300的一端，从而改变第一试样300与水平面的夹角，从而模拟不同接触角度下板材挤压弯曲形变的情况。可以理解的是，在第一试样300与第二试样400可以互换的情况下，上述螺丝垫片安装于第一试样300的一端也可以理解成安装于第二试样400的一端，即螺丝垫片安装于第一试样300一端或/和第二试样400一端。
相对应地，为了提供螺丝垫片调整试样分布平面的可实现环境，需设置第一开口槽道110的深度大于第一试样300的厚度，以保证如图4所示的第一模具100和第二模具200可以叠装在一起且相互间呈面接触。
关于高强度薄板十字弯曲试验装置，还可以利用拉伸试验机，通过第一夹持棒120旋转第一模具100，和/或通过第二夹持棒220旋转第二模具200，从而调整第一试样300与第二试样400在刚接触时的接触面积，例如由标准的正方形调整至不同的平行四边形，从而可模拟在不同接触面积时板材挤压弯曲形变的试验。
通过上述的高强度薄板十字弯曲试验装置，其结构简单，且整体装置中第一模具100与第二模具200结构相同，制造、替换、使用简单，实现第一试样300与第二试样400的相互挤压弯曲产生形变，来进行拉伸模拟试验，有利于对板材的抗形变断裂能力进行更准确的评价，尤其有利于模拟汽车在碰撞过程中板材之间相互挤压弯曲，保障安全结构件充分发挥抵抗形变的作用。
实施例2
请参照图5和图6，相较于实施例1中的高强度薄板十字弯曲试验装置，本实施例中将第一开口槽道110设置成凸形，方便调整第一试样300和第二试样400的接触面积，以及第一试样300与第二试样400处于标准的90°垂直时的整体试验装置的对位。
具体地，第一开口槽道110呈凸形设置时，如图5中所示，包括上、下两层槽，其中上层槽宽于下层槽，且下层槽的宽度与第一试样300的宽度匹配，上层槽的宽度明显大于第一试样300的宽度。当需要调整第一试样300和第二试样400的接触面积时，将第一试样300置于第一开口槽道110内，且第一试样300的底侧高于上层槽底侧设置，亦即高于下层槽的定侧设置，从而可通过相对旋转第一夹持棒120和第二夹持棒220，在初始不改变试样形状的情况下即调整了两个试样的初始接触面积。
当第一试样300与第二试样400处于标准的90°垂直时进行模拟，第一试样300处于下层槽中，相对应的第二试样400处于第二开口槽道210(图6相较于图4，第二开口槽道210作了加深处理)，此时方便第一模具100和第二模具200对位。
实施例3
本实施例提供的一种高强度薄板十字弯曲试验方法，采用实施例1或实施例2中的高强度薄板十字弯曲试验装置，包括如下步骤：
步骤S0.1.取板材加工出第一试样300和第二试样400；
步骤S0.2.更换拉伸试验机的夹具，以能稳固夹持第一夹持棒120和第二夹持棒220为准；
步骤S1.将第一试样300固定于第二模具200；
步骤S2.将第二试样400穿过第二开口槽道210，并与第一模具100固定；
步骤S3.拉伸试验机的上、下夹具分别夹持住第一夹持棒120和第二夹持棒220，拉伸试验机动作；
步骤S4.记录数据，评价板材的抗形变断裂的能力。
其中，步骤S4中的记录数据包括读取试样弯曲断裂时的强度值，和/或记录试样由接触弯曲至断裂过程的力-位移曲线，根据曲线面积的计算值，即曲线包围面积，得出板材由接触弯曲至断裂所吸收的能量，评价板材的抗形变断裂的能力。步骤S4中的评价方式包括上述的两种方法中的至少一种。
其中，步骤S3中的拉伸试验机动作，可理解为拉伸试验机的横梁沿预定速率位移，连接于横梁的上夹具带动第二模具200和第一试样300同步移动。
可以理解的是，关于步骤S0.1以及步骤S0.2，其设置于步骤S1之前还是之后都是可以的，上述表达不强制步骤S0.1以及步骤S0.2等准备步骤的先后顺序。
可选地，还可通过拉伸试验装置旋转调整第一夹持棒120和/或第二夹持棒220后，再进行步骤S3中的拉伸试验机动作，对应于高强度薄板十字弯曲试验装置中调整第一试样300与第二试样400的接触面积。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
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 (10)
1.一种高强度薄板十字弯曲试验装置，其特征在于，包括：
第一模具和第二模具，所述第二模具叠设于所述第一模具，所述第一模具靠近所述第二模具的侧面设有第一开口槽道，所述第二模具靠近所述第一模具的侧面设有第二开口槽道；
第一试样和第二试样，所述第一试样穿过所述第一开口槽道设置，所述第二试样穿过所述第二开口槽道设置，所述第一试样的两端与所述第二模具可拆卸连接，所述第二试样的两端与所述第一模具可拆卸连接；
所述第一模具远离所述第二模具的侧面固定设有第一夹持棒，所述第二模具远离所述第一模具的侧面固定设有第二夹持棒，所述第一夹持棒和所述第二夹持棒分别被拉伸试验机的两个夹具夹持。
2.如权利要求1所述的高强度薄板十字弯曲试验装置，其特征在于，所述第一试样的两端与第二模具螺栓连接，所述第二试样的两端与所述第一模具螺栓连接。
3.如权利要求2所述的高强度薄板十字弯曲试验装置，其特征在于，还设有螺丝垫片，所述螺丝垫片安装于所述第一试样的一端且置于所述第一试样与所述第二模具之间，所述第一开口槽道的深度大于所述第一试样的厚度。
4.如权利要求1所述的高强度薄板十字弯曲试验装置，其特征在于，所述第一试样水平安装于所述第二模具，所述第二试样水平安装于所述第一模具。
5.如权利要求1所述的高强度薄板十字弯曲试验装置，其特征在于，所述第一试样与所述第二试样呈十字交叉分布；
所述第一模具的中心点、所述第一试样的中心点、所述第二试样的中心点和所述第二模具的中心点的连线垂直于水平面。
6.如权利要求1所述的高强度薄板十字弯曲试验装置，其特征在于，所述第一试样与所述第二试样相同，所述第一模具与所述第二模具形状结构相同。
7.如权利要求1所述的高强度薄板十字弯曲试验装置，其特征在于，所述第一开口槽道的横截面呈凸形设置。
8.一种高强度薄板十字弯曲试验方法，其特征在于，采用如权利要求1-7中任一项所述的高强度薄板十字弯曲试验装置，包括步骤：
S1.将所述第一试样固定于所述第二模具；
S2.将所述第二试样穿过所述第二开口槽道，并与所述第一模具固定；
S3.所述拉伸试验机的上、下夹具分别夹持住所述第一夹持棒和所述第二夹持棒，所述拉伸试验机动作；
S4.记录数据，评价板材的抗形变断裂的能力。
9.根据权利要求8所述的高强度薄板十字弯曲试验方法，其特征在于，还可通过所述拉伸试验装置旋转调整所述第一夹持棒和/或第二夹持棒后，再进行所述步骤S3中的所述拉伸试验机动作。
10.根据权利要求8所述的高强度薄板十字弯曲试验方法，其特征在于，所述步骤S4中的记录数据包括：
读取试样弯曲断裂时的强度值；
和/或记录试样由接触弯曲至断裂过程的力-位移曲线，根据曲线面积的计算值，得出板材由接触弯曲至断裂所吸收的能量，评价板材的抗形变断裂的能力。
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