[發明專利]一種船體結構鋼雙向應變失效性能試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201711037845.8
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107860656A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 彭正梁;郝健;馬健
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 上海航天局專利中心31107
• 代理人: 馮和純

技術領域

本發明屬于船用金屬材料的力學性能試驗技術領域，特別涉及船體結構鋼在雙向應變狀態下材料失效試驗方案。

背景技術

在船舶與海洋工程使用作業過程中，船體結構通常地處于復合應力狀態下，例如：潛艇耐壓殼體在航行中受到復雜的壓力作用、船舶碰撞、擱淺問題中船體結構出現復雜的應力狀態等。國內針對船用金屬材料的常規力學性能試驗的規范標注主要基于單向拉伸試驗方法，得到材料抗拉強度、屈服強度、伸長率以及斷面收縮率等力學性能。通過單向拉伸試驗難以確定材料失效與材料應變比之間的關系。為了準確研究復雜平面應變狀態下船體結構材料的失效特性，尤其是各向異性材料如高強度鋼板、復合材料等的失效性能，需要借助雙向拉伸試驗方法提供研究技術手段。

目前已知的雙向拉伸試驗通常有液壓脹形試驗、壓延試驗、十字型試件雙向拉伸試驗等。其中十字型試件雙向拉伸試驗較直觀，且能完成不同比例加載路徑下的雙向拉伸試驗，但是試驗儀器要求較高；液壓脹形試驗要采用高壓液體，試驗條件苛刻且只能實現雙向等拉；壓延試驗同樣存在加載形式單一，難以得到多應變比條件下的材料成形極限。

針對船體結構鋼材料復雜應變狀態下的材料失效試驗方法，需要提出一種試驗設施簡便、不同應變比加載的雙向拉伸試驗方法，提高材料雙向應變失效試驗研究的效率的同時，降低試驗成本。

發明內容

本發明的目的在于針對船體結構鋼缺少高效的研究雙向應變狀態材料性能的試驗方法，提出一種能夠實現材料試件不同應變比加載，且試驗條件較容易滿足的材料雙向拉伸試驗。

為解決上述問題，本發明提供一種船體結構鋼雙向應變失效性能試驗裝置，包括：半球形沖頭，上壓板，下凹模，緊固螺栓；試驗試件放置在試驗裝置上；

所述上壓板為法蘭型，中心開圓孔，圓孔尺寸應略大于半球形沖頭直徑；

所述下凹模中心開圓孔，圓孔尺寸應略大于沖頭直徑，孔上緣有導圓；

所述試驗試件由緊固螺栓固定在鉆有圈螺孔的上壓板與下凹模之間，上壓板一面通過一半球形沖頭擠壓。

本發明的另一技術方案在于，提供了一種基于上述船體結構鋼雙向應變失效性能試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟：

步驟1：加工上壓板、下凹模、半球形沖頭等試驗工裝和材料拉伸試件；

步驟2：安裝沖壓機，將沖壓機吊在反力架上，用螺栓固定；

步驟3：安裝試驗臺，調整托架、凹模和壓板位置，使托架孔與凹模和壓板對中，并使沖頭與壓板對中，然后用夾緊塊固定；

步驟4：試件劃網格線，確定應變片布置點；

步驟5：安裝試件和位移傳感器；

步驟6：試驗試做：在試件上表面和沖頭上涂上潤滑劑，以0.1mm/s的速度緩慢加載，注意力傳感器的變化，觀察攝像，當出現可見裂紋時，停止加載，記錄力和位移曲線；

步驟7：更換同種試件，在試件上表面和沖頭上涂上潤滑劑，在試件上布置好應變片，重新安裝位移傳感器，以0.1mm/s的速度加載，當位移接近上次測試位移時，注意觀察攝像，當出現可見裂紋時，停止加載，記錄位移、測試點應變、試驗錄像。

步驟8：更換同種試件，重復步驟5。

步驟9：更換不同形狀試件，重復步驟5、6。

試驗配套的測量儀器有力傳感器、位移傳感器、應變片等，力傳感器測量沖頭施加給試件的壓力，位移傳感器記錄試件中心垂向位移，應變片測量測試點的應變。與現有技術相比，試驗設施簡便、不同應變比加載的雙向拉伸試驗方法，提高了材料雙向應變失效試驗研究的效率的同時，大大降低試驗成本。

附圖說明

圖1是本發明一實施例雙向拉伸試驗示意圖。

圖2是本發明一實施例的上壓板結構圖。

圖3是本發明一實施例的下凹模結構圖。

圖4是本發明一實施例的半球形沖頭結構圖。

圖5是本發明一實施例的材料拉伸試件設計圖。

圖6是本發明一實施例的模型工裝與試驗裝置安裝示意圖。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

本發明的一種船體結構鋼雙向應變失效性能試驗裝置，采用剛性模脹試驗原理，原理圖見圖1，試驗試件5通過鉆有一圈螺孔的上壓板2與下凹模3上下固定夾緊，試件上壓板一面通過一半球形沖頭1擠壓，不斷成形直至試件開裂，完成試驗；