CN113945460B - 高强度板材压缩实验防失稳装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高强度板材压缩实验防失稳装置及方法，包括支撑部分以及传力部分，支撑部分用于夹持板材试样，传力部分安装在所述支撑部分上并能够在操作支撑部分时将夹持力柔性传递至所述板材试样上，本发明采用挡块和传力圆柱两级的均力机构，将功能柱的位移均匀的转化为弹簧组对高强度板材的厚向夹持力，将压紧力均匀分布在板料试样上，可以对高强度板料试样提供较大的均匀的厚度方向的支持力，从而可以获得板料大压缩应变下的力学性能参数，可用于不同厚度、不同材料的高强钢板料开展压缩实验，具有较高的通用性，对于高强度板料的压缩力学性能参数获取具有极其重要的实用意义。

Description

高强度板材压缩实验防失稳装置及方法

技术领域

本发明涉及板材成形基础实验领域，具体地，涉及一种高强度板材压缩实验防失稳装置及方法。

背景技术

板材由于其在成形过程中，材料变形形式多种多样，需要通过一些基础实验，如单向拉伸实验，单向压缩实验，扭转实验，弯曲实验等来获得其力学性质参数。这些力学性能参数对于有限元仿真实际钣金件成形过程十分重要。对于板材来说，由于其厚度方向尺寸与平面内其余两个方向尺寸相比很小，因此板料在厚度方向是不稳定的。当板料在长度方向被压缩时，厚度方向容易发生失稳。在压缩实验中无法获得板材大压缩应变下的材料数据。针对现有的高强度板材，由于其板厚更薄，强度更大，需要的压缩载荷更大，板料大压缩应变数据更难以获得。

为了获得大压缩应变的材料基础实验数据，专利文献CN107687983B提出了一种大应变循环拉压试验辅助测试装置，通过弹簧压紧力来增强板材的厚度方向抵抗失稳的能力，但是该装置结构较为复杂，针对不同的万能材料实验机(2)，通用性较差。实验中难以将该装置与万能材料实验机(2)定位，容易人为的引入板材试样的扭转偏差，造成板材过早失稳。专利文献CN203203874U提出了一种简便的防止板料失稳的装置，但该装置需要同时调节12个弹簧，难以保证其压紧力相同，并且该装置提出的上下梳结构，会造成板材试样表面的划伤。综上所述，提供一种加载能力大，通用性强，拆装方便，实验效率高，并且能防止高强度板材的压缩实验失稳的装置，对于描述高强度板材压缩力学特性具有重要实际意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高强度板材压缩实验防失稳装置及方法。

根据本发明提供的一种高强度板材压缩实验防失稳装置，包括：

支撑部分，用于夹持板材试样；

传力部分，安装在所述支撑部分上并能够在操作支撑部分时将夹持力柔性传递至所述板材试样上。

优选地，所述支撑部分包括支撑块、夹持块以及功能柱；

所述支撑块具有依次相连的左端部、中部、右端部，所述左端部、中部、右端部共同围成容纳空间，所述夹持块位于所述容纳空间中并与所述左端部之间形成夹持空间，所述夹持空间用于容纳所述板材试样，所述功能柱安装在所述右端部且在操作功能柱时能够通过所述传力部分驱使所述夹持块靠近或远离左端部运动进而实现对板材试样的夹紧或松开。

优选地，所述支撑部分还包括第一销钉以及法兰盘直线轴承；

所述左端部上具有第一通孔，所述法兰盘直线轴承安装在第一通孔上，第一销钉的一端紧固安装在夹持块上，第一销钉的另一端从左端部的一侧穿过所述法兰盘直线轴承并延伸到左端部另一侧的外部并与所述法兰盘直线轴承滑动配合。

优选地，所述功能柱的外部设置有外螺纹，所述右端部上设置有内螺纹孔，所述外螺纹匹配所述内螺纹孔。

优选地，所述传力部分包括挡块、传力圆柱、直线轴承、第二销钉、弹簧组以及直线轴承座；

所述挡块、传力圆柱、直线轴承座、弹簧组依次安装在所述容纳空间中且均位于夹持块和右端部之间；

多个所述直线轴承间隔布置在所述直线轴承座上，所述第二销钉的一端紧固安装在夹持块上，第二销钉的另一端延伸到所述直线轴承中并与所述直线轴承滑动配合，所述弹簧组设置在所述夹持块和直线轴承座之间并套装在第二销钉上，传力圆柱的一端连接直线轴承座，所述挡块设置在传力圆柱另一端与功能柱之间。

优选地，所述直线轴承通过顶丝固定在所述直线轴承座上。

优选地，在压缩实验时，所述板材试样的两端分别被实验机所具有的上液压夹头、下液压夹头夹持。

优选地，所述上液压夹头、下液压夹头距离防失稳装置的距离均小于或等于板材试样厚度的两倍。

根据本发明提供的一种高强度板材压缩实验防失稳方法，包括如下步骤：

S1：将板材通过线切割获取板料试样，通过操作功能柱将夹持块和左端部之间的间隙调整至大于一倍板料试样的厚度并通过夹持块和左端部夹持所述板料试样标距段；

S2：将防失稳装置连同板料试样放入实验机的实验区域，实验机所具有的液压夹头分别夹持住板料试样的夹持段，液压夹头与防失稳装置的垂直距离小于或等于两倍板料试样的板厚；

S3：将引伸计安装在夹持块和左端部上且卡住板料试样的侧面；

S4：启动实验机使上液压夹头和下液压夹头相向运动，使板料试样被压缩至需要的应变后，实验机停止，拆下引伸计，松开上液压夹头和下液压夹头，移出防失稳装置；

S5：拆卸板料试样，完成高强度板料压缩实验。

优选地，安装板材试样之前进行抛光处理；

安装板材试样时所述板料试样的对称线与夹持块对称线平行。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用挡块和传力圆柱两级的均力机构，将功能柱的位移均匀的转化为弹簧组对高强度板材的厚向夹持力，将压紧力均匀分布在板料试样上，可以对于高强度板料试样提供较大的均匀的厚度方向的支持力，从而可以获得板料大压缩应变下的力学性能参数，结构简单，安装、拆卸、操作方便。

2、本发明完全采用机械装置，可以用于不同厚度、不同材料的高强钢板料开展压缩实验，具有较高的通用性，对于高强度板料的压缩力学性能参数获取具有极其重要的实用意义。

3、本发明具有较高的灵活性，可以作为多种万能材料实验机的辅助装置。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中装置的结构示意图；

图2为本发明中装置的正视图；

图3为本发明中装置的俯视图；

图4为图2中A-A向截面图；

图5为本发明中装置的侧视图。

图中示出：

防失稳装置1 直线轴承1023

支撑块1011 第二销钉1024

左端部10111 弹簧组1025

中部10112 直线轴承座1026

右端部10113 顶丝1027

夹持块1012 实验机2

第一销钉1013 上液压夹头201

法兰盘直线轴承1014 下液压夹头202

功能柱1015 引伸计3

挡块1021 板料试样4

传力圆柱1022

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种高强度板材压缩实验防失稳装置，如图1、图2所示，包括支撑部分以及传力部分，支撑部分用于夹持板材试样4，传力部分安装在支撑部分上并能够在操作支撑部分时将夹持力柔性传递至板材试样4上。

具体地，支撑部分包括支撑块1011、夹持块1012、第一销钉1013、法兰盘直线轴承1014以及功能柱1015，支撑块1011优选采用U形结构，支撑块1011具有依次相连的左端部10111、中部10112、右端部10113，左端部10111、中部10112、右端部10113共同围成容纳空间，夹持块1012位于容纳空间中并与左端部10111之间形成夹持空间，夹持块1012优选为工字形结构，夹持空间用于容纳板材试样4，功能柱1015安装在右端部10113且在操作功能柱1015时能够通过传力部分驱使夹持块1012靠近或远离左端部10111运动进而实现对板材试样4的夹紧或松开，具体地，功能柱1015优选采用螺柱，功能柱1015的外部设置有外螺纹，右端部10113上设置有内螺纹孔，外螺纹匹配内螺纹孔，通过转动功能柱1015即可实现夹持块1012的驱动，其中，功能柱1015延伸到右端部10113外部的一端具有内六角沉孔，用于内六角螺栓操作。

进一步地，左端部10111上具有第一通孔，法兰盘直线轴承1014安装在第一通孔上，第一销钉1013的一端紧固安装在夹持块1012上，第一销钉1013的另一端从左端部10111的一侧穿过法兰盘直线轴承1014并延伸到左端部10111另一侧的外部并与法兰盘直线轴承1014滑动配合。

传力部分包括挡块1021、传力圆柱1022、直线轴承1023、第二销钉1024、弹簧组1025以及直线轴承座1026，挡块1021、传力圆柱1022、直线轴承座1026、弹簧组1025依次安装在容纳空间中且均位于夹持块1012和右端部10113之间，多个直线轴承1023间隔布置在直线轴承座1026上，多个直线轴承1023优选均匀间隔布置在直线轴承座1026上，有利于力的均匀传递，直线轴承1023优选通过顶丝1027固定在直线轴承座1026上，顶丝1027用于限制直线轴承1023的轴向移动。第二销钉1024的一端紧固安装在夹持块1012上，第二销钉1024的另一端延伸到直线轴承1023中并与直线轴承1023滑动配合，第二销钉1024具有光轴段以及螺纹段，第二销钉1024通过螺纹段紧固安装在夹持块1012上，光轴段与直线轴承1023滑动配合。

弹簧组1025设置在夹持块1012和直线轴承座1026之间并套装在第二销钉1024上，直线轴承1023的个数与弹簧组1025中弹簧的个数相同，弹簧组1025内弹簧的数目应优选多于4个，多个弹簧共同施力于板材试样4上有利于板材试样4的均匀受力。传力圆柱1022的一端连接直线轴承座1026，挡块1021设置在传力圆柱1022另一端与功能柱1015之间。传力圆柱1022优选通过螺栓与直线轴承座1026连接，用于均布弹簧组1025的压紧力，传力圆柱1022的数量应多于2个，挡块1021两端内均有凹槽，挡块1021一端布置有传力圆柱1022，另一端与功能柱1015相接触。当旋紧功能柱1015时，挡块1021将功能柱1015位移均匀的传递到传力圆柱1022，传力圆柱1022再通过直线轴承座1026将功能柱1015位移均匀地传递给弹簧组1025，进而均匀压紧支撑部分的夹持块1012。

在压缩实验时，传力部分能够将功能柱1015的位移均匀的转为为弹簧组1025的压缩力，板材试样4的两端分别被实验机2所具有的上液压夹头201、下液压夹头202夹持，上液压夹头201、下液压夹头202距离防失稳装置1的距离均小于或等于板材试样4厚度的两倍。

本发明还提供了一种高强度板材压缩实验防失稳方法，包括如下步骤：

S1：将板材通过线切割获取板料试样4，安装板材试样4之前进行抛光处理，例如通过砂纸处理板材试样4的表面和侧面，板料试样4分为夹持段和标距段，通过操作功能柱1015将夹持块1012和左端部10111之间的间隙调整至大于一倍板料试样4的厚度并通过夹持块1012和左端部10111夹持板料试样4标距段，其中，安装板材试样4时板料试样4的对称线与夹持块1012对称线平行；

S2：将防失稳装置1连同板料试样4放入实验机2的实验区域，实验机2所具有的液压夹头分别夹持住板料试样4的夹持段，液压夹头与防失稳装置1的垂直距离小于或等于两倍板料试样4的板厚；

S3：将引伸计3安装在夹持块1012和左端部10111上且卡住板料试样4的侧面；引伸计3是测量构件及其他物体两点之间线变形的一种仪器，通常包括传感器、放大器和记录器。

S4：启动实验机2使上液压夹头201和下液压夹头202相向运动，使板料试样4被压缩至需要的应变后，实验机2停止，拆下引伸计3，松开上液压夹头201和下液压夹头202，移出防失稳装置1；

S5：拆卸板料试样4，完成高强度板料压缩实验。

需要注意的是，将板料试样4标记段通过均布的弹簧力加持在防失稳装置1中，然后在将防失稳装置1和板料试样4一同放入万能材料实验机2的实验区域，上下两个液压夹头夹住板料试样4的夹持段。最后将橡皮筋绕过支撑块1011的圆孔和腰孔将引伸计3固定在板料试样4的侧面，其中，液压夹头夹持板料试样4时，液压夹头与防失稳装置1在压缩方向的间隙不超过2倍板料试样4的板厚。

在板料试样4标距段被夹持在防失稳装置1中时，板料试样4的标距段应该与夹持块1012平行。

支撑块1011、夹持块1012的边角设置有圆角，直线轴承座1026、传力圆柱1022、挡块1021的边角均设置有圆角。

本发明的工作原理如下：

如图1、图2所示，首先，将板材通过线切割获取板料试样4，将板料试样4的切割面使用砂纸进行打磨，使用内六角扳手，反向旋转功能柱1015，弹簧组1025松开，夹持块1012右移，当支撑块1011和夹持块1012之间的夹持空间大于1倍板厚时，将板材试样4放入到夹持空间中，保证板料试样4的对称线与夹持块1012对称线平行。

其次，使用内六角扳手，正向旋转功能柱1015，弹簧组1025绷紧，夹持块1012左移，防失稳装置1加持板料试样4的标距段，将防失稳装置1连同板料试样4放入万能材料实验机2的实验区域，上下两个液压夹头201与202夹持住板料试样4的夹持段，液压夹头与防失稳装置1的垂直距离不超过2倍板料试样4的板厚。将橡皮筋依次穿过中部10113上的圆孔和腰孔，圈套在引伸计3两端。引伸计3卡住板料试样4侧面，开动万能材料实验机2，上下液压夹头201与202相向运动，板料试样4被压缩。

最后，板料试样4压缩至需要的应变后，停下万能材料实验机2，拆下引伸计3，松开上下液压夹头201与202，移出防失稳装置1，将板料试样4从防失稳装置1中卸下，完成高强度板料压缩实验。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种高强度板材压缩实验防失稳装置，其特征在于，包括：

支撑部分，用于夹持板材试样(4)；

传力部分，安装在所述支撑部分上并能够在操作支撑部分时将夹持力柔性传递至所述板材试样(4)上；

所述支撑部分包括支撑块(1011)、夹持块(1012)以及功能柱(1015)；

所述支撑块(1011)具有依次相连的左端部(10111)、中部(10112)、右端部(10113)，所述左端部(10111)、中部(10112)、右端部(10113)共同围成容纳空间，所述夹持块(1012)位于所述容纳空间中并与所述左端部(10111)之间形成夹持空间，所述夹持空间用于容纳所述板材试样(4)，所述功能柱(1015)安装在所述右端部(10113)且在操作功能柱(1015)时能够通过所述传力部分驱使所述夹持块(1012)靠近或远离左端部(10111)运动进而实现对板材试样(4)的夹紧或松开；

所述传力部分包括挡块(1021)、传力圆柱(1022)、直线轴承(1023)、第二销钉(1024)、弹簧组(1025)以及直线轴承座(1026)；

所述挡块(1021)、传力圆柱(1022)、直线轴承座(1026)、弹簧组(1025)依次安装在所述容纳空间中且均位于夹持块(1012)和右端部(10113)之间；

多个所述直线轴承(1023)间隔布置在所述直线轴承座(1026)上，所述第二销钉(1024)的一端紧固安装在夹持块(1012)上，第二销钉(1024)的另一端延伸到所述直线轴承(1023)中并与所述直线轴承(1023)滑动配合，所述弹簧组(1025)设置在所述夹持块(1012)和直线轴承座(1026)之间并套装在第二销钉(1024)上，传力圆柱(1022)的一端连接直线轴承座(1026)，所述挡块(1021)设置在传力圆柱(1022)另一端与功能柱(1015)之间。

2.根据权利要求1所述的高强度板材压缩实验防失稳装置，其特征在于，所述支撑部分还包括第一销钉(1013)以及法兰盘直线轴承(1014)；

所述左端部(10111)上具有第一通孔，所述法兰盘直线轴承(1014)安装在第一通孔上，第一销钉(1013)的一端紧固安装在夹持块(1012)上，第一销钉(1013)的另一端从左端部(10111)的一侧穿过所述法兰盘直线轴承(1014)并延伸到左端部(10111)另一侧的外部并与所述法兰盘直线轴承(1014)滑动配合。

3.根据权利要求1所述的高强度板材压缩实验防失稳装置，其特征在于，所述功能柱(1015)的外部设置有外螺纹，所述右端部(10113)上设置有内螺纹孔，所述外螺纹匹配所述内螺纹孔。

4.根据权利要求1所述的高强度板材压缩实验防失稳装置，其特征在于，所述直线轴承(1023)通过顶丝(1027)固定在所述直线轴承座(1026)上。

5.根据权利要求1所述的高强度板材压缩实验防失稳装置，其特征在于，在压缩实验时，所述板材试样(4)的两端分别被实验机(2)所具有的上液压夹头(201)、下液压夹头(202)夹持。

6.根据权利要求5所述的高强度板材压缩实验防失稳装置，其特征在于，所述上液压夹头(201)、下液压夹头(202)距离防失稳装置的距离均小于或等于板材试样(4)厚度的两倍。

7.一种高强度板材压缩实验防失稳方法，其特征在于，采用权利要求1至6中任一项所述的高强度板材压缩实验防失稳装置，包括如下步骤：

S1：将板材通过线切割获取板材 试样(4)，通过操作功能柱(1015)将夹持块(1012)和左端部(10111)之间的间隙调整至大于一倍板材 试样(4)的厚度并通过夹持块(1012)和左端部(10111)夹持所述板材 试样(4)标距段；

S2：将防失稳装置连同板材 试样(4)放入实验机(2)的实验区域，实验机(2)所具有的液压夹头分别夹持住板材 试样(4)的夹持段，液压夹头与防失稳装置的垂直距离小于或等于两倍板材 试样(4)的板厚；

S3：将引伸计(3)安装在夹持块(1012)和左端部(10111)上且卡住板材 试样(4)的侧面；

S4：启动实验机(2)使上液压夹头(201)和下液压夹头(202)相向运动，使板材 试样(4)被压缩至需要的应变后，实验机(2)停止，拆下引伸计(3)，松开上液压夹头(201)和下液压夹头(202)，移出防失稳装置；

S5：拆卸板材 试样(4)，完成高强度板材 压缩实验。

8.根据权利要求7所述的高强度板材压缩实验防失稳方法，其特征在于，安装板材试样(4)之前进行抛光处理；

安装板材试样(4)时所述板材 试样(4)的对称线与夹持块(1012)对称线平行。

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