[發明專利]復雜應力路徑下薄板變形過程應力應變測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201611240021.6
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106644730B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 何祝斌;朱海輝;張坤;苑世劍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高志光

復雜應力路徑下薄板變形過程應力應變測量裝置及方法，以解決現有的試驗裝置和方法無法獲得板材在一般復雜路徑加載條件下變形全過程的應力、應變數據，從而無法準確、全面描述材料在復雜應力路徑下的變形特性的問題，復雜應力路徑下薄板變形過程應力應變測量裝置包括底座、施力機構、充液壓板、上模板、玻璃板、階梯凹模、壓力傳感器、控制系統、充液壓力系統、動力系統、CCD相機、多個支撐塊和多個連接桿；測量方法步驟：步驟一、制作階梯凹模和切割薄板；步驟二、組裝充液；步驟三、板材脹形；步驟四、應力應變信息采集；步驟五、拆卸裝置保存實驗數據。本發明用于薄板在復雜應力路徑下的應力應變測試。

技術領域

本發明涉及薄壁板材變形過程應力應變測量裝置及方法，具體涉及復雜應力路徑下薄板變形過程應力應變測量裝置及方法。

背景技術

隨著高新武器裝備對高可靠性和長壽命的要求，迫切需要采用整體構件代替傳統的拼焊組裝結構。為實現此類復雜薄壁整體構件的成形，往往需要經歷復雜的變形過程，板材變形過程中坯料形狀、尺寸和邊界條件的改變都導致應力路徑發生變化，加載路徑呈現出非線性。

實際的薄壁板材都具有一定程度的各向異性，在不同的加載路徑下會表現出不同的變形特性和成形性能，需要用盡量接近實際成形條件的實驗來獲得對應的應力、應變等數據，從而實現對板材特性的精確描述和表征。以往，主要采用單向拉伸、圓形模具脹形或橢圓形模具脹形等方法來測試材料性能。但是，上述這些方法都只能獲得某種固定不變的應力狀態下的材料變形數據，即板材平面內兩個方向的應力比值在變形過程中保持恒定。例如，單向拉伸時獲得的是單軸應力狀態，圓形模具脹形獲得的是雙向等拉應力狀態，橢圓形模具脹形獲得的是兩個方向應力值不等的雙向拉伸應力狀態。這些加載路徑被稱為簡單加載或比例加載。

近年來，出現了板材雙向拉伸實驗方法及專用雙向拉伸測試系統。采用專門設計的十字形試樣，通過調整和控制兩個相互垂直方向的拉伸力和拉伸速度可實現試樣的雙向加載實驗。通過試驗機的力、位移和應變測量系統，可以得到變形過程中材料的應力、應變等數據。目前，十字試樣雙向拉伸實驗已被廣泛用于測試板材的力學性能。理論上而言，采用十字試樣雙向拉伸實驗也可以使材料在一定的非比例加載條件下變形，即變形過程中兩個互相垂直方向的應力比值發生相應變化。但是，由于拉伸過程中十字試樣的形狀將隨著變形的進行而不斷發生變化，在等效應變超過10％甚至更小數值時，試樣已經嚴重偏離原有的十字形狀，其變形已經非常不穩定或不可控，因此也就無法再獲得后續的應力、應變等試驗數據。這一不足，嚴重限制了十字試樣雙向拉伸實驗方法的應用，特別是該方法無法用于獲得材料在實驗后期的非穩定變形及最終失效破壞階段的應力、應變信息。

如上所述，實際薄壁板材特別是各向異性明顯的板材在復雜加載條件下將表現出完全不同的變形行為。但是，不論是單向拉伸實驗、圓形/橢圓形模具脹形實驗，還是板材十字試樣雙向拉伸實驗，都只能實現簡單的加載條件，或者只能實現較小變形程度的非比例復雜加載條件。利用這些實驗，都無法獲得一般的復雜加載條件下變形全過程的應力、應變數據，從而無法準確、全面描述材料在復雜應力路徑下的變形特性。

因此，需要建立能夠實現復雜加載路徑的條件并獲得變形過程中的應力應變信息，從而對板材在復雜加載條件下的變形行為進行準確描述。

發明內容

本發明是為解決現有的試驗裝置和方法無法獲得板材在一般復雜路徑加載條件下變形全過程的應力、應變數據，從而無法準確、全面描述材料在復雜應力路徑下的變形特性的問題，進而提供一種復雜應力路徑下薄板變形過程應力應變測量裝置及方法。

本發明為了實現上述技術問題采取的技術方案是：

復雜應力路徑下薄板變形過程應力應變測量裝置包括底座、施力機構、充液壓板、上模板、玻璃板、階梯凹模、壓力傳感器、控制系統、充液壓力系統、動力系統、CCD相機、多個支撐塊和多個連接桿；