一種準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮實(shí)驗(yàn)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料領(lǐng)域，具體地說是一種準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮實(shí)驗(yàn)方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于鋁鎂合金等輕質(zhì)金屬材料，單軸壓縮性能是很重要的力學(xué)參數(shù)，因?yàn)樗鼈兺ǔ１憩F(xiàn)出很強(qiáng)的拉壓不對(duì)稱。因此，開發(fā)單軸壓縮或循環(huán)拉伸-壓縮等測(cè)試方法是至關(guān)重要的。然而，確定薄板材料的壓縮性能一直是一個(gè)長期存在的挑戰(zhàn)。因?yàn)樵趯?duì)薄板材料施加壓縮載荷時(shí)，薄板材料容易在發(fā)生真正的壓縮失效之前發(fā)生屈曲。
[0003]目前金屬、復(fù)合材料和塑料單軸壓縮的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法包括ASTM E9，ASTM E209，ASTM D3410，ASTM D6641和ASTM D695。通常，采用這些標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)量，可以使最大壓縮應(yīng)變達(dá)到0.10。為了提高應(yīng)變范圍的限制，在過去的二十年已經(jīng)開發(fā)了各種精密的檢測(cè)方法。根據(jù)試樣的設(shè)計(jì)，這些方法可以被分類成兩種類型。第一種類型是采用具有較小長度與厚度比的試樣，這可以通過兩種方法來實(shí)現(xiàn):第一種是采用短標(biāo)距的試樣或把多個(gè)板材的試樣粘固在一起；第二種是被稱為“疊片”的方法，在最近幾年獲得了更多的關(guān)注。相關(guān)文獻(xiàn)(S.Kurukuri et al.，Rate sensitivity and tens1n-compress1n asymmetry inAZ31B magnesium alloy sheet， Philosophical Transact1ns of the Royal SocietyA:Mathematical，Physical and Engineering Sciences 372(2014).)將該方法成功地應(yīng)用于AZ31、ZE10、ZEK100等鎂合金的試件，并且證明即使在高溫和高應(yīng)變率時(shí)該方法也是適用的。然而，由于所需試樣數(shù)較多并且試樣制備費(fèi)時(shí)，這種方法是很昂貴和繁瑣的。
[0004]第二種類型采用單個(gè)具有相對(duì)大的長度與厚度比的薄板試樣，并應(yīng)用抗屈曲裝置以抑制試樣的屈曲具有代表性的是由Kuwabara等、Yoshida等、Boger等、Cao等、Piao 等、Lee 等。Kuwabara 等(T.Kuwabara，K.Nagata，and T.Nakako，Measurement andanalysis of the Bauschinger effect of sheet metals subjected to in-plane stressreversals? Proceedings of AMPT’01，407-412，Carlos III de Madrid，Madrid，(2001).)以及 Lee 等(M.G.Lee et al.，Anisotropic Hardening of Sheet Metals at ElevatedTemperature:Tens1n-Compress1ns Test Development and Validat1n，ExperimentalMechanics 53(2012)，pp.1039-1055.)開發(fā)了一種梳形防屈曲裝置，該種裝置用以支撐直邊試樣的全部表面。他們的方法實(shí)現(xiàn)了較大的塑性壓縮應(yīng)變:0.16-0.2(L Yoshida等人(F.Yoshida，T.Uemori，and K.Fujiwara，Elastic - plastic behav1r of steel sheetsunder in-plane cyclic tens1n - compress1n at large strain，Internat1nalJournal of Plasticity 18 (2002)，pp.633-659.)采用一個(gè)疊片和膠合的骨頭件以及特殊的抗屈曲裝置，通過螺旋彈簧將該裝置和骨頭件緊貼在一起。這種方法能夠測(cè)量較大的應(yīng)變，對(duì)于低碳鋼可以達(dá)到0.25，對(duì)于高強(qiáng)度鋼可以達(dá)到0.13。Boger等(R.K.Boger etal.， Continuous， large strain， tens1n/compress1n testing of sheet material，Internat1nal Journal of Plasticity 21 (2005)，pp.2319-2343.)和 Piao 等(Κ.Piaoet al.，A sheet tens1n/compress1n test for elevated temperature，Internat1nalJournal of Plasticity 38 (2012)，pp.27-46.)采用優(yōu)化的骨頭件，并用兩個(gè)平板來防止無支撐部分的屈曲。通過合理優(yōu)化測(cè)試過程，其壓縮應(yīng)變可以達(dá)到0.2。Cao等(J.Cao etal.， Experimental and numerical investigat1n of combined isotropic-kinematichardening behav1r of sheet metals， Internat1nal Journal of Plasticity25(2009)，pp.942-972.)開發(fā)了另外一種抗屈曲設(shè)備，采用4個(gè)楔型塊支撐骨頭件的整個(gè)表面。
[0005]對(duì)于大多數(shù)傳統(tǒng)測(cè)試方法其抗屈曲設(shè)備會(huì)覆蓋試件的整個(gè)表面，所以應(yīng)變的測(cè)量總是很困難的。Kuwabara等人利用應(yīng)變計(jì)去測(cè)量應(yīng)變，然而應(yīng)變計(jì)并沒有位于試樣中心，所以測(cè)量結(jié)果存在較大誤差。B0ger、Ca0、Pia0和Lee等則采用昂貴的激光引伸計(jì)去測(cè)量，成本較高。此外，這些實(shí)驗(yàn)方法一般都需要特定的液壓伺服驅(qū)動(dòng)器提供了側(cè)向力。所以這些實(shí)驗(yàn)方法都很昂貴和復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]壓縮性能的研究多是通過加載壓縮或彎曲載荷，或者是同時(shí)加載壓縮和彎曲載荷進(jìn)行分析。人們普遍認(rèn)為壓縮性能與拉伸性能相似。然而，為了獲得更準(zhǔn)確的薄壁結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為，去設(shè)計(jì)研究壓縮變形的測(cè)試方法和測(cè)試裝置是必要的，特別是對(duì)于拉伸性能和壓縮性能有顯著區(qū)別的材料。根據(jù)上述提出的單軸壓縮過程中裝置加工工藝復(fù)雜、成本較高、塑性壓縮應(yīng)變范圍小，數(shù)據(jù)測(cè)量困難等技術(shù)問題，而為金屬薄板的單軸壓縮設(shè)計(jì)提供一種簡單構(gòu)造、容易使用和低成本的實(shí)驗(yàn)裝置，即準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮實(shí)驗(yàn)方法及裝置。
[0007]本發(fā)明主要利用壓縮夾具和試件的配合，通過在試件上單面開凹槽，僅需在試件的背面進(jìn)行側(cè)向支撐，開槽面裸露在外，利用彎矩和由背抗彎板在凹槽部所施加的法向力之間力矩平衡的機(jī)制來抑制試件的屈曲，可應(yīng)用多種應(yīng)變測(cè)量方法，測(cè)量的壓縮性能參數(shù)包括楊氏模量、泊松比、屈服點(diǎn)、屈服強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和抗壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下:
[0009]—種準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮實(shí)驗(yàn)裝置，包括壓縮夾具及與所述壓縮夾具相匹配的試件，其特征在于:
[0010]所述壓縮夾具包括位于上部的壓縮壓板、位于底部的基部支撐板和位于所述壓縮壓板和所述基部支撐板之間的用于夾持所述試件的夾持部；
[0011]所述試件為板狀骨頭型試件，在所述試件的骨頭型截面縮減部分的單側(cè)設(shè)有凹槽；
[0012]所述試件頂端抵在所述壓縮壓板上，所述試件底端抵在所述基部支撐板上，所述夾持部避開所述凹槽夾持在所述試件的上下兩端。
[0013]進(jìn)一步地，所述夾持部包括前上部抗彎板、前下部抗彎板和背抗彎板，所述試件未設(shè)置凹槽的一側(cè)抵在所述背抗彎板上，所述前上部抗彎板和所述前下部抗彎板分別設(shè)置在所述試件的上下兩端，通過螺栓和螺母與所述背抗彎板固定，將所述凹槽暴露于外。
[0014]進(jìn)一步地，所述試件包括上夾持部、下夾持部以及連接所述上夾持部和所述下夾持部的、單側(cè)設(shè)有所述凹槽的中間連接部，所述中間連接部與所述上夾持部和所述下夾持部連接的部分為骨頭件過渡部，所述骨頭件過渡部呈圓弧狀；所述試件的凹槽包括凹槽平整段、凹槽上連接段和凹槽下連接段，所述凹槽上連接段和所述凹槽下連接段與所述凹槽平整段均為圓弧過渡。
[0015]