本發(fā)明涉及材料力學(xué)試驗(yàn)機(jī)領(lǐng)域，特別是指一種新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著有限元技術(shù)的發(fā)展，利用有限元模擬預(yù)測(cè)板料成形工藝中可能出現(xiàn)的缺陷已經(jīng)成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中非常重要的一環(huán)，但要想得到可靠的模擬結(jié)果，必須提供準(zhǔn)確真實(shí)的材料本構(gòu)關(guān)系。目前關(guān)于復(fù)雜應(yīng)變路徑條件下的板料力學(xué)行為描述一直是研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

針對(duì)金屬板料的后繼屈服面的研究目前仍處于理論階段。試驗(yàn)方面，考慮板料易起皺和斷裂等問題，目前還未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。屈服面及其演化規(guī)律是描述金屬材料塑性變形行為的重要特征，由于材料在制備和后續(xù)的塑性變形過程中，微觀織構(gòu)產(chǎn)生取向性，影響了材料在不同加載方向的變形行為。因此研究屈服面演化規(guī)律，包括后繼屈服面膨脹、移動(dòng)和畸變現(xiàn)象，對(duì)于預(yù)測(cè)復(fù)雜變形條件下的材料變形行為，特別是損傷有著重要的意義。屈服面畸變現(xiàn)象會(huì)極大影響材料在變加載路徑下的變形行為，但目前還沒有關(guān)于板料屈服面研究的相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種板料不易起皺，拉伸、剪切互不干涉的新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗(yàn)系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供技術(shù)方案如下：

一種新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗(yàn)系統(tǒng)，包括試驗(yàn)樣板和試驗(yàn)機(jī)，所述試驗(yàn)機(jī)包括試驗(yàn)臺(tái)面，所述試驗(yàn)臺(tái)面上設(shè)置有夾持機(jī)構(gòu)，其中：

所述試驗(yàn)樣板包括上定位部、下定位部和位于所述上定位部和下定位部之間的變形區(qū)，所述上定位部和下定位部上均設(shè)置有定位通孔；

所述夾持機(jī)構(gòu)包括上約束裝置、下約束裝置、上定位板和下定位板，所述上定位板和下定位板均為兩個(gè)，兩個(gè)上定位板和兩個(gè)下定位板分別用于夾緊所述上定位部和下定位部；

所述下約束裝置包括第一安裝塊和連接在所述第一安裝塊下方的第一連桿，所述下定位板固定連接在所述第一安裝塊上，所述試驗(yàn)臺(tái)面上在所述第一安裝塊的兩側(cè)均固定設(shè)置有擋板，兩個(gè)擋板之間形成豎向滑槽，所述第一安裝塊位于所述豎向滑槽內(nèi)，所述第一連桿的末端設(shè)置有用于提供拉應(yīng)力的第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；

所述上約束裝置包括固定塊、能夠在所述固定塊上水平滑動(dòng)的第一滑塊以及與所述第一滑塊固定連接且與所述第一安裝塊相對(duì)設(shè)置的第二安裝塊，所述上定位板固定連接在所述第二安裝塊上；

所述上約束裝置上設(shè)置有能夠推動(dòng)所述上定位板水平移動(dòng)的附加框架，所述附加框架的水平兩側(cè)分別設(shè)置有第二連桿和第三連桿，所述試驗(yàn)臺(tái)面上設(shè)置有水平滑槽，所述第二連桿位于所述水平滑槽內(nèi)，所述第三連桿連接有用于提供剪切力的第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步的，其中一個(gè)上定位板上設(shè)置有與所述上定位部的定位通孔相配合的定位柱，其中一個(gè)下定位板上也設(shè)置有與所述下定位部的定位通孔相配合的定位柱，兩個(gè)上定位板之間和兩個(gè)下定位板之間均通過螺栓固定連接。

進(jìn)一步的，所述第一安裝塊上設(shè)置有u型凹槽，所述下定位板固定連接在所述u型凹槽內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述附加框架包括前矩形框架和后矩形框架，所述前矩形框架和后矩形框架的內(nèi)部水平兩側(cè)設(shè)置有一對(duì)第一連接端板，所述前矩形框架和后矩形框架上均設(shè)置有所述第二連桿和第三連桿，所述第二連桿和第三連桿的外側(cè)兩端設(shè)置有一對(duì)第二連接端板，所述前矩形框架和后矩形框架上均設(shè)置有若干斜撐。

進(jìn)一步的，所述第三連桿和第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有中間連接桿。

進(jìn)一步的，所述固定塊與第二安裝塊之間通過豎向設(shè)置的第四連桿連接。

進(jìn)一步的，所述第一滑塊和固定塊通過滾珠滑槽連接。

進(jìn)一步的，所述第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均包括滾珠絲杠和用于驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述滾珠絲杠包括底座、螺桿、軸承、第二滑塊和頂蓋，所述底座固定在所述試驗(yàn)臺(tái)面上。

進(jìn)一步的，所述第三連桿與第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有第一輪輻式傳感器，所述第一連桿與第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有第二輪輻式傳感器。

進(jìn)一步的，所述變形區(qū)的表面涂有標(biāo)記點(diǎn)，所述新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗(yàn)系統(tǒng)還包括用于捕捉所述變形區(qū)變化的攝像頭。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明的夾持機(jī)構(gòu)的上定位板和下定位板分別夾緊試驗(yàn)樣板的上定位部和下定位部，可以防止試驗(yàn)樣板在拉伸或剪切過程中起皺；下定位板位于豎向滑槽內(nèi)，第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)通過第一連桿驅(qū)動(dòng)下約束裝置帶動(dòng)下定位板沿著豎向滑槽上下滑動(dòng)，此時(shí)，上定位板不可上下滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)樣板的拉伸；位于附加框架上的第二連桿位于水平滑槽內(nèi)且上約束裝置的固定塊和第一滑塊配合使用也在水平方面滑動(dòng)，第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過第三連桿推動(dòng)附加框架帶動(dòng)上定位板左右滑動(dòng)，此時(shí)，下定位板不能左右滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)樣板的剪切。本發(fā)明承載能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便，可以實(shí)現(xiàn)拉伸-剪切雙向加載而互不干涉，也可實(shí)現(xiàn)拉伸、剪切同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，有利于金屬板料在不同加載路徑下進(jìn)行研究，在實(shí)際操作中，本發(fā)明的試驗(yàn)樣本不易起皺，并且能夠使試驗(yàn)樣板高效、準(zhǔn)確的雙向加載，適合于實(shí)際試驗(yàn)檢測(cè)過程。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗(yàn)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)樣板和夾持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為試驗(yàn)樣板示意圖，(b)為夾持機(jī)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗(yàn)系統(tǒng)的夾持機(jī)構(gòu)爆炸圖；

圖4為本發(fā)明的新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗(yàn)系統(tǒng)的附加框架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖4的立體結(jié)構(gòu)示意圖圖；

圖6為本發(fā)明的新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗(yàn)系統(tǒng)的滾珠絲杠機(jī)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供一種新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗(yàn)系統(tǒng)，如圖1至圖6所示，包括試驗(yàn)樣板1和試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)機(jī)包括試驗(yàn)臺(tái)面，試驗(yàn)臺(tái)面上設(shè)置有夾持機(jī)構(gòu)2，其中：

試驗(yàn)樣板1包括上定位部1-1、下定位部1-2和位于上定位部1-1和下定位部1-2之間的變形區(qū)1-3，上定位部1-1和下定位部1-2上均設(shè)置有定位通孔1-4；

夾持機(jī)構(gòu)2包括上約束裝置2-1、下約束裝置2-2、上定位板2-3和下定位板2-4，上定位板2-3和下定位板2-4均為兩個(gè)，兩個(gè)上定位板2-3和兩個(gè)下定位板2-4分別用于夾緊上定位部1-1和下定位部1-2；

下約束裝置2-2包括第一安裝塊2-2-1和連接在第一安裝塊2-2-1下方的第一連桿2-2-2，下定位板2-4固定連接在第一安裝塊2-2-1上，試驗(yàn)臺(tái)面上在第一安裝塊2-2-1的兩側(cè)均固定設(shè)置有擋板3，兩個(gè)擋板3之間形成豎向滑槽，第一安裝塊2-2-1位于豎向滑槽內(nèi)，第一連桿2-2-2的末端設(shè)置有用于提供拉應(yīng)力的第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4；

上約束裝置2-1包括固定塊2-1-1、能夠在固定塊2-1-1上水平滑動(dòng)的第一滑塊2-1-2以及與第一滑塊2-1-2固定連接且與第一安裝塊2-2-1相對(duì)設(shè)置的第二安裝塊2-1-3，固定塊2-1-1固定設(shè)置在試驗(yàn)臺(tái)面上，上定位板2-3固定連接在第二安裝塊2-1-3上；

上約束裝置2-1上設(shè)置有能夠推動(dòng)上定位板2-3水平移動(dòng)的附加框架5，附加框架5的水平兩側(cè)分別設(shè)置有第二連桿5-1和第三連桿5-2，試驗(yàn)臺(tái)面上設(shè)置有水平滑槽6，第二連桿5-1位于水平滑槽6內(nèi)，第三連桿5-2連接有用于提供剪切力的第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7。

本發(fā)明的夾持機(jī)構(gòu)的上定位板和下定位板分別夾緊試驗(yàn)樣板的上定位部和下定位部，可以防止試驗(yàn)樣板在拉伸或剪切過程中起皺；下定位板位于豎向滑槽內(nèi)，第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)通過第一連桿驅(qū)動(dòng)下約束裝置帶動(dòng)下定位板沿著豎向滑槽上下滑動(dòng)，此時(shí)，上定位板不可上下滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)樣板的拉伸；位于附加框架上的第二連桿位于水平滑槽內(nèi)且上約束裝置的固定塊和第一滑塊配合使用也在水平方面滑動(dòng)，第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過第三連桿推動(dòng)附加框架帶動(dòng)上定位板左右滑動(dòng)，此時(shí)，下定位板不能左右滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)樣板的剪切。本發(fā)明承載能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便，可以實(shí)現(xiàn)拉伸-剪切雙向加載而互不干涉，也可實(shí)現(xiàn)拉伸、剪切同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，有利于金屬板料在不同加載路徑下進(jìn)行研究，在實(shí)際操作中，本發(fā)明的試驗(yàn)樣本不易起皺，并且能夠使試驗(yàn)樣板高效、準(zhǔn)確的雙向加載，適合于實(shí)際試驗(yàn)檢測(cè)過程。

進(jìn)一步的，其中一個(gè)上定位板2-3上優(yōu)選設(shè)置有與上定位部1-1的定位通孔1-4相配合的定位柱，其中一個(gè)下定位板2-4上也優(yōu)選設(shè)置有與下定位部1-2的定位通孔1-4相配合的定位柱，兩個(gè)上定位板2-3之間和兩個(gè)下定位板2-4之間均通過螺栓固定連接，具體的，定位柱的高度小于試驗(yàn)樣板的厚度，這樣設(shè)置不妨礙兩個(gè)上定位板/下定位板夾緊試驗(yàn)樣板，定位柱與定位通孔配合，兩個(gè)上定位板和兩個(gè)下定位板緊緊夾住試驗(yàn)樣板，防止試驗(yàn)樣板在加載的過程中起皺或彎曲，提高了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步的，第一安裝塊2-2-1上優(yōu)選設(shè)置有u型凹槽2-2-1-1，下定位板2-4固定連接在u型凹槽2-2-1-1內(nèi)。下定位板卡在u型凹槽內(nèi)，使得下定位板相對(duì)于第一安裝塊不能左右相對(duì)滑動(dòng)，提高了試驗(yàn)精度。

優(yōu)選的，附加框架5可以包括前矩形框架5-3和后矩形框架5-4，前矩形框架5-3和后矩形框架5-4的內(nèi)部水平兩側(cè)設(shè)置有一對(duì)第一連接端板5-5，優(yōu)選的，為配合上定位板2-3和第一連接端板5-5的尺寸，第一連接端板5-5與上定位板2-3之間可以設(shè)置墊塊12，防止上定位板2-3和第一連接端板5-5之間間隙過大，前矩形框架5-3和后矩形框架5-4上均設(shè)置有第二連桿5-1和第三連桿5-2，第二連桿5-1和第三連桿5-2的外側(cè)兩端設(shè)置有一對(duì)第二連接端板5-6，前矩形框架5-3和后矩形框架5-4上均設(shè)置有若干斜撐5-7。斜撐桿可以增加前矩形框架和后矩形框架的牢固性。

優(yōu)選的，第三連桿5-2和第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7之間可以設(shè)置有中間連接桿8，第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過中間連接桿作用在附加框架的第三連桿上。中間連接桿可以方便第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將剪切力作用在第三連接桿，不受第三連桿本身結(jié)構(gòu)的影響。

本發(fā)明中，固定塊2-1-1優(yōu)選通過多個(gè)支架板13固定在試驗(yàn)臺(tái)面上，固定塊和支架板可以為一體結(jié)構(gòu)，固定塊2-1-1與第二安裝塊2-1-3之間可以通過豎向設(shè)置的第四連桿2-1-4連接。第四連桿可以為2個(gè)，2個(gè)第四連桿固定更加牢固，方便安裝。

為減小摩擦力，第一滑塊2-1-2和固定塊2-1-1優(yōu)選通過滾珠滑槽連接。滾珠滑槽大大降低了第一滑塊與固定塊之間的摩擦力，降低了部件的磨損率，也提高了精度。

為提高本發(fā)明的創(chuàng)造性，第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4和第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7均包括滾珠絲杠9和用于驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，滾珠絲杠9包括底座9-1、螺桿9-2、軸承9-3、第二滑塊和頂蓋，底座9-1固定在試驗(yàn)臺(tái)面上。滾珠絲杠能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率，并且能夠保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，第三連桿5-2與第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)7的第二滑塊之間可以設(shè)置有第一輪輻式傳感器10，第一連桿2-2-2與第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的第二滑塊之間可以設(shè)置有第二輪輻式傳感器11。第一輪輻式傳感器和第二輪輻式傳感器的精度等級(jí)高，抗偏載能力強(qiáng)，值得注意的是，本發(fā)明的第一輪輻式傳感器和第二輪輻式傳感器也可以將應(yīng)力大小變化通過控制器輸入到電腦等設(shè)備，便于分析應(yīng)力大小。

另外，變形區(qū)1-3的表面優(yōu)選涂有標(biāo)記點(diǎn)，新型板料拉伸-剪切雙向加載試驗(yàn)系統(tǒng)還包括用于捕捉變形區(qū)1-3變化的攝像頭。攝像頭可以追蹤變形區(qū)的變形，可以將變形實(shí)時(shí)傳輸?shù)诫娔X等設(shè)備上。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。