CN212391339U - 微型双轴十字花样拉伸疲劳试件及其辅助加工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供微型双轴十字花样拉伸疲劳试件及其辅助加工装置，该微型双轴十字花样拉伸疲劳试件包括中心区域以及自中心区域向外延伸的四个延伸臂，其中，所述延伸臂和所述中心区域通过过渡区连接，所述过渡区从所述延伸臂到所述中心区域两侧减薄，包括第一过渡段和第二过渡段，第一过渡段和所述第二过渡段均为内凹面，第一过渡段邻接所述延伸臂，所述第二过渡段邻接所述中心区域，所述第一过渡段的曲率小于所述第二过渡段的曲率，所述中心区域为最薄区域并设置为测试区域。

Description

微型双轴十字花样拉伸疲劳试件及其辅助加工装置

技术领域

本实用新型提供拉伸疲劳试件及车床辅助加工装置。

背景技术

航空航天等领域的许多零部件都是在复杂的多轴应力状态下工作，这是因为零、构件本身常常承受多轴复杂载荷，或者零件上的缺口或几何突变导致局部区域应力状态复杂化，如飞机机翼、发动机叶片等处。如何防止零构件发生多轴疲劳失效，在工程的实际中变得越来越重要。采用十字花样试验件进行多轴疲劳试验可以分析零构件性能，几何形状与使用寿命的关系，设计选料及成型工艺，有助于双轴受力下零构件的疲劳损伤模型建立和寿命预测。

增材制造技术在航空航天领域具有大量应用的潜力，利用增材制造技术时，拓扑优化的结构往往具有薄壁、尺寸小型等特征，因此基于微型试样的疲劳性能研究具有很大应用价值。

当前已有的双轴十字花样拉伸疲劳试件均是针对标准试样尺寸，通过调整试样尺寸和比例，以期测试区域受力均匀，且为最大应力区域。而微型双轴十字花样拉伸疲劳试件由于受制于微型疲劳试验机加载夹具的限制，如果按照该比例设置试样，测试段的试样尺寸将变得非常薄，如几十微米级别。常规加工基本不能实现，而且由于尺寸变为几十微米级，还会带来一定的尺寸效应，影响试验数据的分析。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供微型双轴十字花样拉伸疲劳试件，使得中间测试区域受力均匀，且为最大应力区域。

本实用新型的另一个目的是提供该试件的辅助加工装置。

为实现所述目的的微型双轴十字花样拉伸疲劳试件包括中心区域以及自中心区域向外延伸的四个延伸臂，其中，所述延伸臂和所述中心区域通过过渡区连接，所述过渡区从所述延伸臂到所述中心区域两侧减薄，包括第一过渡段和第二过渡段，第一过渡段和所述第二过渡段均为内凹面，第一过渡段邻接所述延伸臂，所述第二过渡段邻接所述中心区域，所述第一过渡段的曲率小于所述第二过渡段的曲率，所述中心区域为最薄区域并设置为测试区域。

在一个或多个实施方式中，所述中心区域为圆形。

在一个或多个实施方式中，所述过渡区在相邻所述延伸臂通过内凹的圆弧面过渡连接。

在一个或多个实施方式中，所述延伸臂的末端为圆柱形的试样夹持端。

在一个或多个实施方式中，所述延伸臂的厚度不大于6mm，所述中心区域的厚度不大于400微米。

为实现所述目的的一种辅助加工装置，用于装夹到车床上，并夹持任一所述的微型双轴十字花样拉伸疲劳试件的坯件，其包括夹持端和支撑端，所述支撑端包括中心凹槽和自该中心凹槽向外延伸的四个长形槽，所述中心凹槽用于定位坯件的中心区域，所述长形槽用于定位坯件的延伸臂，该辅助加工装置还包括垫片，所述垫片具有中心孔，所述垫片通过紧固件固定在所述支撑端的端面，将所述坯件压在所述支撑端，所述中心孔露出所述坯件的中心部。

在一个或多个实施方式中，所述垫片为圆环形，所述夹持端和所述支撑端为圆柱体，所述垫片在直径方向具有两个垫片通孔，借助于固定螺栓穿过所述垫片通孔，将垫片固定在所述支撑端，并将所述坯件压紧。

前述技术方案具有如下技术效果：

微型双轴十字花样拉伸疲劳试件利用两次过渡区域，可以解决利用微型双轴疲劳试验机开展双轴疲劳试验的问题，设计的试件测试区域受力均匀，且为最大应力区域，因此可以开展具有薄壁、小尺寸等特征构件的多轴疲劳失效研究。另外辅助加工装置使得在车床上即可加工出所需的测试段厚度精度要求，试样加工的一致性较好。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是微型双轴十字花样拉伸疲劳试件的轴测视图。

图2是微型双轴十字花样拉伸疲劳试件的俯视图。

图3是图2中I处的局部放大视图。

图4是沿图3中A-A线的剖视图。

图5是微型双轴十字花样拉伸疲劳试件在加载条件的应力分布度。

图6是辅助加工装置的示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

图1至图4示出了微型双轴十字花样拉伸疲劳试件，微型的含义是满足测试段厚度加工至最薄300微米要求。其包括中心区域3以及自中心区域向外延伸的四个延伸臂4。各延伸臂4和中心区域3通过过渡区连接。该过渡区从延伸臂4到中心区域5两侧减薄，包括第一过渡段1和第二过渡段2，如图4所示，第一过渡段1和第二过渡段2均为内凹面。第一过渡段1邻接延伸臂4，第二过渡段2邻接中心区域3，过渡区域1半径R＝CD，过渡区域2半径R＝AB,CD>AB，即第一过渡段1的曲率小于第二过渡段的曲率，此外，中心区域3为最薄区域并设置为测试区域。这样，微型双轴十字花样拉伸疲劳试件利用两次过渡区域，可以解决利用微型双轴疲劳试验机开展双轴疲劳试验的问题，设计的试件测试区域受力均匀，且为最大应力区域，测试区域面积越大，有利于增加测试区域的面积，两次过渡区域的设置有利于增加该面积。

如图1至图3所示，中心区域3为圆形。为圆形的特征有利于测试区域的受力均匀。其直径为φ＝EF，直径越大，越有利于增加测试的有效性。

如图1所示，过渡区在相邻延伸臂4通过内凹的圆弧面42过渡连接。这进一步增加了测试区域受力均匀的特点。

如图1所示，延伸臂4的末端41为圆柱形的试样夹持端。该夹持端的形状由实际的微型疲劳试验机夹具所决定的，但若包含圆柱形，有利于试样夹持更多的面积。

在一个实施方式中，延伸臂的厚度不大于6mm，中心区域的厚度不大于400微米。该设计能满足微型双轴十字花样拉伸疲劳试件的设计，并满足易于加工的要求。

图5示出了微型双轴十字花样拉伸疲劳试件在加载条件的应力分布度，为仿真结果的云图，具体分析过程为利用有限元分析软件，通过几何建模、网格划分、材料参数赋值和约束设定后，进行应力分析。可以看出，其中O表示中心区域的圆心，从中可以看出，测试区域的受力分析结果应为最大应力区域，且受力分布均匀。

如图6所示的辅助加工装置用于装夹到车床上前述微型双轴十字花样拉伸疲劳试件的坯件，该坯件已具有中心区域和延伸臂，其对应该试件的中心区域和延伸臂。另外，该坯件可以是未定型的试件，或者用于修改或修复的试件，该辅助加工装置包括夹持端4和支撑端5，夹持端4用于固定在加工车床上。支撑端5包括中心凹槽52和自该中心凹槽52向外延伸的四个长形槽51，中心凹槽52用于定位坯件的中心区域，长形槽51用于定位坯件的延伸臂，该辅助加工装置还包括垫片6，垫片6具有中心孔62，垫片6通过紧固件固定在支撑端5的端面，将坯件压在支撑端，中心孔62露出坯件的中心部，然后就可以利用车刀对双轴试样进行加工，便于加工出过渡区或者测试区域。测试区域的加工在车床上完成，测试区域的加工需要先加工第一面，然后翻转再加工另一个面，可以保证测试区域厚度最薄能加工到300微米。

继续参照图6，垫片6为圆环形，夹持端4和支撑端5为圆柱体，垫片6在直径方向具有两个垫片通孔61，借助于固定螺栓7穿过垫片通孔61再连接支撑端5上的连接孔53，将垫片6固定在支撑端5，并将坯件压紧。以较少数量的固定螺栓实现垫片6和坯件的定位和压紧。

前述实施方式具有如下特点：

1.解决了微型双轴十字花样拉伸疲劳试件的设计，利用所设计的微型双轴十字花样拉伸疲劳试件，可以开展具有薄壁、小尺寸等特征构件的多轴疲劳失效研究。

2.设计的微型双轴十字花样拉伸疲劳试件，测试区域受力均匀，且为最大应力区域，利用微型双轴十字花样拉伸疲劳试件开展多轴疲劳试验研究，可节省大量试验材料；

3.设计的辅助加工装置，加工精度高，试样加工的一致性较好，保证了测试区域300微米厚度的可加工性，在车床上即可加工出所需的测试段厚度300微米的精度要求。

所述的微型双轴疲劳试样及辅助加工装置，设计简洁，实际操作简单，大大提高了试样加工效率，降低了加工成本。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (7)

1.微型双轴十字花样拉伸疲劳试件，包括中心区域以及自中心区域向外延伸的四个延伸臂，其特征在于，所述延伸臂和所述中心区域通过过渡区连接，所述过渡区从所述延伸臂到所述中心区域两侧减薄，包括第一过渡段和第二过渡段，第一过渡段和所述第二过渡段均为内凹面，第一过渡段邻接所述延伸臂，所述第二过渡段邻接所述中心区域，所述第一过渡段的曲率小于所述第二过渡段的曲率，所述中心区域为最薄区域并设置为测试区域。

2.如权利要求1所述的微型双轴十字花样拉伸疲劳试件，其特征在于，所述中心区域为圆形。

3.如权利要求1所述的微型双轴十字花样拉伸疲劳试件，其特征在于，所述过渡区在相邻所述延伸臂通过内凹的圆弧面过渡连接。

4.如权利要求1所述的微型双轴十字花样拉伸疲劳试件，其特征在于，所述延伸臂的末端为圆柱形的试样夹持端。

5.如权利要求1所述的微型双轴十字花样拉伸疲劳试件，其特征在于，所述延伸臂的厚度不大于6mm，所述中心区域的厚度不大于400微米。

6.一种辅助加工装置，用于装夹到车床上，并夹持如权利要求1至5中任一项所述的微型双轴十字花样拉伸疲劳试件的坯件，其特征在于，包括夹持端和支撑端，所述支撑端包括中心凹槽和自该中心凹槽向外延伸的四个长形槽，所述中心凹槽用于定位坯件的中心区域，所述长形槽用于定位坯件的延伸臂，该辅助加工装置还包括垫片，所述垫片具有中心孔，所述垫片通过紧固件固定在所述支撑端的端面，将所述坯件压在所述支撑端，所述中心孔露出所述坯件的中心部。

7.如权利要求6所述的辅助加工装置，其特征在于，所述垫片为圆环形，所述夹持端和所述支撑端为圆柱体，所述垫片在直径方向具有两个垫片通孔，借助于固定螺栓穿过所述垫片通孔，将垫片固定在所述支撑端，并将所述坯件压紧。

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