CN204694554U - 一种基于网格法的汽车薄板应力-应变曲线测定装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于网格法的汽车薄板应力-应变曲线测定装置，包括拉伸机构和测定控制机构；拉伸机构包括力传感器、下底座、上底座、导柱、机架、上夹具、下夹具、平台、运动缸、板料试件，导柱固定在平台上，下夹具、底座、平台由上至下依次固定连接，运动缸与导柱滑动连接，运动缸沿四根导柱上下移动，上夹具通过上底座与运动缸固定连接，运动缸上台面设置有力传感器。优点是：采用运动缸带动的“单动式”操作拉伸板料试件，操作方便，同时在试验过程中控制各项拉伸条件，保证塑性失稳发生在板料中心部位，便于对颈缩现象进行观察。
Description
技术领域
本实用新型适用于汽车板力学性能测定领域，尤其涉及一种基于网格法的汽车薄板应力-应变曲线测定装置。
背景技术
准确的应力-应变曲线是解决汽车薄板塑性变形问题的重要前提，在汽车板冲压成形及碰撞模拟中使用十分广泛。应力-应变曲线的准确与否，直接影响着板料成形过程中的精度保证和汽车零部件耐碰性的有效评估。
目前，应力-应变曲线的测定一般均采用传统的拉伸试验机进行拉伸试验所得，并在试样平行部贴有应变片(或引伸计)以测定试样的应变值。通过拉伸试验得到试样的工程应力-工程应变曲线，然后利用数学公式转化成真应力-真应变曲线，随后应用到汽车板成形或碰撞模拟中。
但在拉伸试验过程中，由于试样平行部出现颈缩现象的影响，往往导致很难获得最大应变值，这就导致工程应变的范围(特别是高强钢)一般不会超过0.3，转化到真应变而应用到仿真模拟中时，往往得不到最优的结果，因为作为有限元计算的真应力-真应变曲线一般要求应变值达到0.3以上，借以保证仿真的准确性和有效性。
这个差值，在学术界叫做“外差”。而目前在国内，汽车薄板应力-应变曲线的“外差”通常通过数学拟合的方式来获得，并不能对实验过程(试件颈缩至破裂)的真实应变情况加以真实描述，因此应变值的测量精度、准度方面存在着一定的误差。
同时，在试验期间，贴应变片的手法因人而异，工艺复杂，又会受到实验环境的影响，很难捕捉到试样产生颈缩后的实效范围，往往需要重复试验，这样又在无形中增加的人力物力资源。
发明内容
为克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于网格法的汽车薄板应力-应变曲线测定装置，避免现有测定方法中因为“外差”而存在的耗时费力、精度低等缺陷，实现对试件表面应变值进行连续获取。
为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：
一种基于网格法的汽车薄板应力-应变曲线测定装置，包括拉伸机构和测定控制机构；
拉伸机构包括力传感器、下底座、上底座、导柱、机架、上夹具、下夹具、平台、运动缸、板料试件，导柱固定在平台上，下夹具、底座、平台由上至下依次固定连接，运动缸与导柱滑动连接，运动缸沿四根导柱上下移动，上夹具通过上底座与运动缸固定连接，运动缸上台面设置有力传感器，用于输出试验过程中加载的载荷力；
测定控制机构包括力测定仪、计算机、摄像机，力测定仪、摄像机均与计算机相连，力传感器与力测定仪相连，摄像机与固定在上、下夹具之间的板料试件相对应。
所述的上、下夹具与板料试件的接触面为锯齿面结构。
所述的板料试件上刻有网格。
所述的摄像机为带有4个镜头的高速摄像机。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
采用运动缸带动的“单动式”操作拉伸板料试件，操作方便，同时在试验过程中控制各项拉伸条件，保证塑性失稳发生在板料中心部位，便于对颈缩现象进行观察和研究。将网格法成功应用于拉伸试样表面的应变测量，避免了传统拉伸实验装置中应变片或引伸计的使用；高速摄像机的采光度调整方便，便于实现实验过程中对试件表面网格应变的连续获取。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图中：1-机架 2-导柱 3-力传感器 4-运动缸 5-上夹具 6-板料试件 7-下夹具8-下底座 9-平台 10-上底座 11-力测定仪 12-摄像机 13-计算机。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型进行详细地描述，但是应该指出本实用新型的实施不限于以下的实施方式。
见图1，一种基于网格法的汽车薄板应力-应变曲线测定装置，包括拉伸机构和测定控制机构；
拉伸机构包括力传感器3、下底座8、上底座10、导柱2、机架1、上夹具5、下夹具7、平台9、运动缸4、板料试件6，导柱2固定在平台9上，下夹具7、底座、平台9由上至下依次固定连接，运动缸4与导柱2滑动连接，运动缸4沿四根导柱2上下移动，上夹具5通过上底座10与运动缸4固定连接，运动缸4上台面设置有力传感器3，用于输出试验过程中加载的载荷力；
测定控制机构用于采集与处理拉伸试验数据，具体结构包括力测定仪11、计算机13、摄像机12，力测定仪11、摄像机12均与计算机13相连，力传感器3与力测定仪11相连，摄像机12与固定在上、下夹具7之间的板料试件6相对应。
其中，上、下夹具7与板料试件6的接触面为锯齿面结构，在实验过程中板料的压紧部分不会发生材料流动，确保汽车薄板应力-应变曲线的准确性。摄像机12为带有4个镜头的高速摄像机12。板料试件6上刻有网格，具体操作为：在板料试件6上采用电化学腐蚀技术印制边长为2.0mm的网格。
板料在实验过程中，严格按照试验标准设定好拉伸速度，借以保证塑性失稳发生在试样的中心部位，便于对高速摄像机12的图像采集。
上述汽车薄板应力-应变曲线测定装置应用时，在板料试件6上采用电化学腐蚀技术印制边长为2.0mm的网格，将板料试件6先用下夹具7固定，然后调整上夹具5高度以夹紧板料试件6上部；将拉伸机构安装到材料试验机上，材料试验机控制运动缸4的运动，对板料试件6进行拉伸试验，直至板料试件6出现破裂为止。
板料试件6在拉伸试验过程中，其表面印制的网格会发生应变，用高速摄像机12捕捉到试件表面网格的整个变化过程，并把整个过程传输到计算机13。计算机13处理获得的网格图像，计算板料试件6的应变，结合力传感器3输出的载荷力，绘制出钢板的应力-应变曲线。
具体工作过程为：
1、准备一系列30×285mm尺寸拉伸试验的板料试件6样品，试件中心平行部采用80标距，圆角的过渡尽量圆滑，避免板料试件6经机械加工后存在过大的残余应力而造成板料试件6塑性失稳不是发生在板料试件6的中心部位。板料试件6面向高速摄像机12的一侧表面上印制上边长为2mm的方形网格，调整高速摄像机12的镜头对准试样的中心部位，进而保证摄像机12可以捕捉到板料的应变极限值。
2、将拉伸机构安装在材料试验机上，将板料试件6先固定在下夹具7，然后启动运动缸4调整上夹具5高度，使板料试件6的两端被夹紧。
3、将测定控制机构安装在一个自制的支架上，放置在材料试验机的一侧，实验前调整好高速摄像机12的光线、角度等，使其能够很好地捕捉到试件的变形过程。
4、在材料试验机的控制下，运动缸4以试验设定速度沿导柱2向上运动，对板料试件6进行拉伸，直至板料试件6出现裂纹并拉断为止，板料试件6变形过程中，其表面印制的网格会发生形变，高速摄像机12拍下整个形变过程，并把整个过程传输到计算机13。
5、力测定仪11一直处于开启状态，对施加的载荷力数据进行实时跟踪并记录，并输入到计算机13；
6、采用计算机13中数字图像相关技术软件，处理整个变形过程中试件的表面应变，同时将力控制仪传输过来的载荷力转化成应力，将应力与应变同步，即绘制出了该汽车薄板的应力-应变曲线。
7、安装新的板料试件6，重复进行试验步骤2-6。
采用运动缸带动的“单动式”操作拉伸板料试件，操作方便，同时在试验过程中控制各项拉伸条件，保证塑性失稳发生在板料中心部位，便于对颈缩现象进行观察和研究。将网格法成功应用于拉伸试样表面的应变测量，避免了传统拉伸实验装置中应变片或引伸计的使用；高速摄像机的采光度调整方便，便于实现实验过程中对试件表面网格应变的连续获取。
Claims (4)
1.一种基于网格法的汽车薄板应力-应变曲线测定装置，其特征在于，包括拉伸机构和测定控制机构；
拉伸机构包括力传感器、下底座、上底座、导柱、机架、上夹具、下夹具、平台、运动缸、板料试件，导柱固定在平台上，下夹具、底座、平台由上至下依次固定连接，运动缸与导柱滑动连接，运动缸沿四根导柱上下移动，上夹具通过上底座与运动缸固定连接，运动缸上台面设置有力传感器，用于输出试验过程中加载的载荷力；
测定控制机构包括力测定仪、计算机、摄像机，力测定仪、摄像机均与计算机相连，力传感器与力测定仪相连，摄像机与固定在上、下夹具之间的板料试件相对应。
2.根据权利要求1所述的一种基于网格法的汽车薄板应力-应变曲线测定装置，其特征在于，所述的上、下夹具与板料试件的接触面为锯齿面结构。
3.根据权利要求1所述的一种基于网格法的汽车薄板应力-应变曲线测定装置，其特征在于，所述的板料试件上刻有网格。
4.根据权利要求1所述的一种基于网格法的汽车薄板应力-应变曲线测定装置，其特征在于，所述的摄像机为带有4个镜头的高速摄像机。
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