[發明專利]一種適用于萬能拉伸試驗機的板帶張力模擬裝置

有效

• 申請號: 201910940212.0
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN110672412B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 馬曉寶;王濤;任忠凱;史漢卿;石瑛;黃慶學;張金柱;高翔宇;和東平
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/02;G01N3/04
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 程園園

1.一種適用于萬能拉伸試驗機的板帶張力模擬裝置，其特征在于：包括上下對稱設置的兩個拉伸架(9)，所述拉伸架(9)包括拉伸架主體(4)，在所述拉伸架主體(4)的上表面中部固定設置有夾持端頭(2)，在所述拉伸架主體(4)的下表面中部設置有用于卡裝板帶(6)的中部凹槽(12)，在所述中部凹槽(12)的左右兩側對稱設置有用于放置張力模擬支架(7)的側槽(13)，兩個側槽(13)與中部凹槽(12)連通形成倒“山”型凹槽，所述張力模擬支架(7)設置在側槽(13)內，在所述拉伸架主體(4)的左右兩側與張力模擬支架(7)上設置有相同的銷孔，在所述銷孔內設置有銷軸以固定張力模擬支架(7)，在所述板帶(6)上下兩端的前后兩側分別對稱設置有角鋼(5)，所述角鋼(5)的一側與板帶(6)固定連接，另一側架設在張力模擬支架(7)上，所述板帶(6)的上下兩端分別卡裝在兩個拉伸架主體(4)內；

所述張力模擬支架(7)由多個滿足固定高度關系的矩形條組成，在所述板帶(6)上下兩端的張力模擬支架(7)分別采用變高度的矩形條和等高度1.5h_b的矩形條，矩形條厚度t_r是側槽(13)寬度的0.7倍，即t_r＝0.7l_gw，變高度張力模擬支架(7)中各個矩形條的高度h_ri由基本高度h_b和張力影響高度h_i構成，h_ri＝h_b+h_i，基本高度h_b＝0.4l_gh；

所述張力影響高度h_i，即h(y)滿足以下關系：

式中f(y)為板帶平直度基本模式縱向單位寬度張力載荷，h_b為張力模擬支架矩形條基本高度，t_r為張力模擬支架矩形條厚度，E_s為板帶彈性模量，E_r為張力模擬支架矩形條彈性模量，l₀為板帶(6)的高度；在實驗過程中，張力模擬支架(7)中的矩形條承受壓力作用，板帶(6)承受拉力作用，張力模擬支架(7)矩形條和板帶材料的彈性模量分別為E_r和E_s，從最長矩形條受力開始到最短矩形條接觸角鋼(5)面受力，矩形條和板帶(6)均發生彈性變形；假設在此過程中矩形條承受均勻的壓應力，對應位置板帶(6)沿縱向產生均勻拉伸應變，矩形條的壓縮應變量為ε_r(y)，對應的板帶(6)縱向拉伸應變量為ε_s(y)，矩形條和板帶(6)縱向應力平衡可得：

E_rε_r(y)＝E_sε_s(y) 1-2

實驗過程中上下對稱的兩個拉伸架(9)分別向兩個方向拉伸，角鋼(5)先與張力模擬支架(7)中最高的矩形條接觸，隨著拉伸的進行，受高矩形條支撐的角鋼(5)條元變形伸長，對應高矩形條受到角鋼(5)作用的壓力，隨著壓力增大，高矩形條高度被壓縮，當角鋼(5)與最低矩形條接觸時，即剛接觸但無變形時，根據拉伸架(9)位移s、板帶初始長度l₀、張力模擬支架矩形條最低高度h_b、張力模擬支架影響高度h(y)即h_i、應變ε_r(y)和帶鋼應變ε_s(y)的幾何關系可以得到如下關系：

整理可得：

l₀ε_s(y)＝h(y)-2[h(y)+h_b]ε_r(y) 1-4

聯立式(1-2)和(1-4)構成方程組，求解得到變形后，任意一個張力模擬支架矩形條的應變為：

按照矩形條高度方向單向壓縮本構關系，計算得到的任意一個張力模擬支架矩形條承受的應力為：

σ_r＝E_rε_r(y) 1-6

沿板帶寬度方向布置變高度矩形條構造變化的縱向應力場，以典型平直度模式下的縱向應力場為構造目標，采用切比雪夫第一類正交多項式形式作為平直度基本模式，模擬的縱向單位寬度張力載荷按照切比雪夫基本平直度模式給定，見式(1-7)；當f(y)中N_cr＝1時，f(y)為坐標歸一化處理后的1～4次切比雪夫正交多項式；

N_cr為板帶屈曲臨界載荷，為單位寬度線載荷，b_s為板帶寬度，y為板帶(6)寬度方向的一維坐標；

假定作用在張力模擬支架的承受的載荷等于張力模擬支架板條寬度中心的線載荷沿厚度方向的均布壓力，根據均布線載荷的計算張力模擬支架矩形條承受的應力為：

根據式(1-5)、(1-6)、(1-8)的關系可以得到：