圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件及其试验方法技术

本发明专利技术公开了一种圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件及其试验方法，该试验件整体呈十字型，具有四个加载臂，四个加载臂的一端汇成中心区，另一端为夹持区，相邻加载臂的根部之间设有圆锥曲线形成的过渡区，圆锥曲线的对称轴至少与试验件的一条对称轴重合，过渡区和中心区之间设有厚度减薄区，厚度减薄区采用双圆弧、样条曲线或单圆弧方式减薄。本发明专利技术的优点是：采取的圆锥曲线过渡形式，使中心区内的应力应变更加均匀且尽可能减少相邻加载臂之间的影响；通过平滑过渡和中心区减薄设计，使试验件在试验过程中破坏和裂纹首先发生在中心区内。

【技术实现步骤摘要】
圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件及其试验方法
本专利技术涉及一种拉伸疲劳试验件，具体涉及一种圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件及其试验方法。
技术介绍
传统的单轴拉伸检测试验方法并不能如实反映材料在实际工程中的受力情况，同时，很多材料具有明显的各向异性，进行双轴应力状态下的力学测试实验可以获得材料准确的力学性能，因此，试验件的设计就显得尤为重要。目前，对材料实现双轴加载实验主要有薄膜凸胀双向拉伸试验法、压力容器双向拉伸试验法和十字型试样双向拉伸试验法。在现有方法中，薄膜凸胀法只适用于薄膜构件，且凸胀顶点为双向1：1应力状态；压力容器法对筒壳的双向应力状态是2：1，对球壳是1：1；而十字型试验件法最直观、最能直接反应材料的双向应力状态，配合合适的加载设备或试验机，能够获得任意双向应力比。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种测量方便、应力均匀、结果准确的圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件；本专利技术的第二目的是提供该双轴拉伸疲劳试验件的试验方法。技术方案：一种圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件，该试验件整体呈十字型，具有四个加载臂，所述四个加载臂的一端汇成中心区，另一端为夹持区，所述相邻加载臂的根部之间设有圆锥曲线形成的过渡区，所述圆锥曲线的对称轴至少与试验件的一条对称轴重合，所述过渡区和所述中心区之间设有厚度减薄区，所述厚度减薄区采用双圆弧、样条曲线或单圆弧方式减薄。所述厚度减薄区用于连接较厚的过渡区和较薄的中心区，其中，所述厚度减薄区采用单圆弧方式减薄会使过渡区与中心区平滑过渡；而采用双圆弧或样条曲线方式减薄时，满足试验件在厚度方向平滑过渡的基础上，针对低周循环或加载载荷较大的疲劳试验，会尽可能降低对疲劳试验最终结果的影响。所述圆锥曲线为椭圆、双曲线或抛物线。由于圆锥曲线上各点曲率是不同的，因此圆锥曲线过渡时随着距离不同而不断变化，这对金属材料或复合材料在变形时的累积塑性变形是有影响的，进而影响疲劳破坏。圆锥曲线与夹持区之间的过渡为圆角部分，当圆锥曲线未与夹持区相交，则圆角部分用于过渡圆锥曲线和过渡区的直边。所述中心区为圆形，对于双轴拉伸疲劳试验，随着两个方向上的比例不同，中心区的应力分布也不同，因此中心区优选为完美对称的圆形。所述夹持区设有螺纹通孔和/或销孔以提供足够的加紧力。圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件的试验方法，包括以下步骤：(ⅰ)根据需要采用应变电测法或数字图像相关法采集中心区上下表面的应变数据；(ⅱ)将所述夹持区与实验加载设备或夹具连接并夹紧，确保试验件中心与加载中心同轴度在允许误差范围内，试验件所在平面与加载平面夹角在允许误差范围内，试验件支臂所在直线与对应加载方向的夹角在允许误差范围内；(ⅲ)在实验准备完成后，采用应力或应变控制方式，设置加载曲线波形进行加载，并根据需要采集应变数据。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点是：(1)采取的圆锥曲线过渡形式，使中心区内的应力应变更加均匀且尽可能减少相邻加载臂之间的影响。(2)通过平滑过渡和中心区减薄设计，使试验件在试验过程中破坏和裂纹首先发生在中心区内。(3)在夹持区加工出螺纹通孔和销孔，配合合适夹具能够轻松准确定位，实现原位双轴拉伸，使试验测得数据更准确。附图说明图1a为实施例1的结构示意图；图1b为实施例1沿A-A方向的剖面图；图1c为实施例1中的局部I放大图；图2为实施例2中的局部I放大图；图3为实施例3中的局部I放大图；图4a为实施例4的结构示意图；图4b为实施例4沿A-A方向的剖面图；图5a为实施例5的结构示意图；图5b为实施例5沿A-A方向的剖面图；图6为实施例6的结构示意图；图7为实施例7的结构示意图；图8为实施例8的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。实施例1如图1a所示，一种圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件，该试验件整体呈十字型，具有四个加载臂，四个加载臂的一端汇成中心区4，另一端为夹持区1，通过夹钳等方式将试验件夹紧，相邻加载臂的根部之间设有圆锥曲线5形成的过渡区2，圆锥曲线5为椭圆，椭圆的长轴与试验件的一条对称轴重合，圆锥曲线5和夹持区1的过渡为圆角部分6；夹持区1厚度较中心区4厚，在过渡区2与中心区4之间设有厚度减薄区3；厚度减薄区3用于连接较厚的过渡区2和较薄的中心区4，沿A-A方向的剖面图如图1b所示，其厚度方向过渡方式为双圆弧7，如图1c所示，其参数在确定时满足试验件在厚度方向平滑过渡；所述中心区4几何形状为圆形，其面积大小足够采集应变数据和产生疲劳裂纹；该试验件在制造加工时，可根据材料的特征方向(如轧制方向)确定试验件的取材方向，从而获得不同方向上材料的性能参数。本专利技术圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件的试验方法，包括以下步骤：(ⅰ)根据需要采用应变电测法或数字图像相关法采集中心区4上下表面的应变数据；(ⅱ)将夹持区1与实验加载设备或夹具连接并夹紧，确保试验件中心与加载中心同轴度在允许误差范围内，试验件所在平面与加载平面夹角在允许误差范围内，试验件支臂所在直线与对应加载方向的夹角在允许误差范围内；(ⅲ)在实验准备完成后，采用应力或应变控制方式，设置加载曲线波形进行加载，并根据需要采集应变数据。本专利技术圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件在金属材料或复合材料的疲劳试验方面的应用广泛，能够实现原位双轴拉伸，使试验测得数据更准确。实施例2试验件基本结构与实施例1相同，所不同之处在于：厚度减薄区3在厚度方向的过渡方式改为样条曲线8，如图2所示，其中，样条曲线8满足在连接中心区4和过渡区2连接处平滑过渡。实施例3试验件基本结构与实施例1相同，所不同之处在于：厚度减薄区3在厚度方向的过渡方式改为单圆弧9，如图3所示，其中，单圆弧9满足在连接中心区4处平滑过渡。实施例4试验件基本结构与实施例1相同，所不同之处在于：夹持区1上加工出螺纹通孔11，配合合适夹具以提供定位作用和夹紧力，如图4a、4b所示。实施例5试验件基本结构与实施例1相同，所不同之处在于：夹持区1上加工出螺纹通孔11和销孔12组合，配合合适夹具以提供定位作用和夹紧力，如图5a、5b所示。实施例6试验件基本结构与实施例1相同，所不同之处在于：圆角6用于过渡圆锥曲线5和夹持区1，因圆锥曲线5未与夹持区1相交，故圆角6用于过渡圆锥曲线5和过渡区2的直边10，如图6所示。实施例7试验件基本结构与实施例1相同，所不同之处在于：圆锥曲线5为抛物线，抛物线5的对称轴与试验件的一条对称轴重合，如图7所示。实施例8试验件基本结构与实施例1相同，所不同之处在于：圆锥曲线5为双曲线，双曲线5的一条对称轴与试验件的一条对称轴重合，如图8所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件，该试验件整体呈十字型，具有四个加载臂，所述四个加载臂的一端汇成中心区(4)，另一端为夹持区(1)，其特征在于：所述相邻加载臂的根部之间设有圆锥曲线形成的过渡区(2)，所述圆锥曲线的对称轴至少与试验件的一条对称轴重合，所述过渡区(2)和所述中心区(4)之间设有厚度减薄区(3)，所述厚度减薄区(3)采用双圆弧、样条曲线或单圆弧方式减薄。

【技术特征摘要】
1.一种圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件，该试验件整体呈十字型，具有四个加载臂，所述四个加载臂的一端汇成中心区(4)，另一端为夹持区(1)，其特征在于：所述相邻加载臂的根部之间设有圆锥曲线形成的过渡区(2)，所述圆锥曲线的对称轴至少与试验件的一条对称轴重合，所述过渡区(2)和所述中心区(4)之间设有厚度减薄区(3)，所述厚度减薄区(3)采用双圆弧、样条曲线或单圆弧方式减薄。2.根据权利要求1所述的圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件，其特征在于：所述圆锥曲线为椭圆、双曲线或抛物线。3.根据权利要求1所述的圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件，其特征在于：所述中心区(4)为圆形。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：费庆国，柳友志，张大海，何顶顶，徐文鹏，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32