一种实现不同应力状态的金属板材拉剪试样制造技术

本实用新型专利技术公开了材料力学技术领域的一种实现不同应力状态的金属板材拉剪试样，包括试样平板，在试样平板相对的两侧开设两个呈中心对称的、贯穿试样平板厚度方向的缺口，缺口包括两个倾斜设置指向对称中心的斜向缺口，斜向缺口靠近对称中心的端部连接有两个相对设置的竖向缺口，竖向缺口的相对端各自连接有两个凸面相对设置的竖向半圆形缺口，两个半圆形缺口之间形成剪切区域，两个半圆形缺口的圆心连线为偏转线，偏转线与试样平板竖直方向的中心线形成的角度为偏转角度θ，通过调节偏转角度θ达到调控试样平板应力状态的目的，适用于宏观及微观的力学实验中。宏观及微观的力学实验中。宏观及微观的力学实验中。

【技术实现步骤摘要】
一种实现不同应力状态的金属板材拉剪试样


[0001]本技术涉及材料力学
，特别涉及一种实现不同应力状态的拉剪试样。

技术介绍

[0002]金属材料具有良好的力学性能，广泛地应用于航空航天、汽车工业、土木工程等领域。金属材料在实际服役期间常处于冲击、振动、爆炸等复杂负荷状态，易在拉剪复合作用下发生变形和失效破坏。因此，如何实现对试样应力变化状态的控制，研究不同应力状态对材料力学行为的影响，对预测材料断裂轨迹、避免重大安全事故具有重要的现实意义。一般来说，金属材料的破坏要经过微孔洞萌生、生长再汇合的过程，最终造成构件的失效断裂。应力三轴度和罗德角参数通常被用来描述材料中任意一点的应力状态，应力三轴度和罗德角参数对孔洞的形核及生长具有重要影响作用。通过设计不同形状的试样，控制试样断裂位置的应力三轴度及罗德角参数，可用于研究材料在不同应力状态下的损伤和断裂特征，为材料的可靠性设计和破坏防治提供科学依据。
[0003]目前，单轴拉伸、平面剪切、扭转圆轴、双轴、蝴蝶形试样被广泛应用于研究应力三轴度和罗德角参数对材料变形与失效的影响，然而单一的拉伸或剪切状态在实际工况中较为少见，简单的应力状态对实际工程应用缺乏指导作用。扭转圆轴、双轴、蝴蝶形试样的试验过程需要特殊设备和专用夹具，复杂的实验平台阻碍了该类试样的应用和推广。
[0004]中国专利数据库中公布了一种应力状态可控的拉剪试样，其公布号：CN113432974A，公布日：2021.09.24，该拉剪试样包括试样平板，在试样平板对侧设有两个形状相同、贯穿试样平板厚度方向且中心对称的缺口，两个缺口之间的区域为拉剪区，拉剪区厚度小于试样平板的厚度用于将塑性变形集中在拉剪区，拉剪试样中心线偏转角度θ形成偏转线，两个缺口的对称中心为偏转线与拉剪试样中心线的交点，通过调节θ的大小调控拉剪试样的应力状态。该方案的拉剪试样实现的是几个固定角度下的应力三轴度调控，无法实现纯剪切应力状态，且该种拉剪试样的缺口之间采用直线过渡，使得应力三轴度在缺口连线上的分布并不均匀，降低了可控应力状态实验测试的准确性。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种实现不同应力状态的金属板材拉剪试样，通过调节偏转角度控制试样断裂位置的应力三轴度，实现可控应力状态下材料的失效断裂。
[0006]本技术的目的是这样实现的：一种实现不同应力状态的金属板材拉剪试样，包括试样平板，所述试样平板相对的两侧开设两个呈中心对称的、贯穿试样平板厚度方向的缺口，所述缺口包括两个倾斜设置指向对称中心的斜向缺口，所述斜向缺口靠近对称中心的端部连接有两个相对设置的竖向缺口，所述竖向缺口的相对端各自连接有两个凸面相对设置的竖向半圆形缺口，所述两个半圆形缺口之间形成剪切区域，所述两个半圆形缺口
的圆心连线为偏转线，所述偏转线与试样平板竖直方向的中心线形成的角度为偏转角度θ，通过调节偏转角度θ达到调控试样平板应力状态的目的。
[0007]本技术的金属板材拉剪试样在使用时，通过夹具夹持试样平板相对的两端，调节偏转角度实现试样平板断裂位置的应力三轴度调控，达到控制应力状态的目的。与现有技术相比，本技术的有益效果在于：本技术的拉剪试样结构简单，便于加工制造，适用于宏观及微观的力学实验中；本技术的拉剪试样的偏转角与应力三轴度存在近似线性关系，可通过线性插值的方法计算在对应的偏转角度下的应力三轴度数值；本技术的拉剪试样可实现纯剪切应力的状态，缺口之间采用圆角过渡，使两个缺口间的应力三轴度分布更趋于均匀，可有效调控试样的应力状态。
[0008]进一步地，所述试样平板竖直方向中心线与所述两个半圆形缺口的圆心连线形成的交点与所述对称中心重合。
[0009]进一步地，所述试样平板为矩形平板，在所述试样平板长度方向相对的两端设有圆形缺口用于夹持试样平板。
[0010]进一步地，所述两个斜向缺口的入口为矩形开口，所述矩形开口呈垂直状切入所述试样平板的长边，并相对地向试样平板的中心延伸，所述斜向缺口与所述竖向缺口通过圆角过渡，所述竖向缺口的竖直边与试样平板的长边平行，圆角过渡可避免应力集中，使应力三轴度的分布更趋于均匀，提高试样平板力学实验测试的有效性。
[0011]进一步地，所述斜向缺口与试样平板竖直方向的中心线之间的夹角为60
°
，所述竖向缺口的较短竖直边长度为1 mm，斜向缺口与竖向缺口之间过渡的圆角半径为0.5 mm。
[0012]进一步地，所述试样平板的长度为50 mm，宽度36 mm，厚度1 mm。
[0013]进一步地，所述斜向缺口与所述竖向缺口的宽度均为1 mm。
[0014]进一步地，所述半圆形缺口的半径为0.5 mm，两个半圆形缺口的圆心距离3 mm。
[0015]进一步地，所述试样平板为钛合金材质，密度为4.5 g/mm3。
附图说明
[0016]图1为本技术的拉剪试样在
‑
20
°
偏转角度下的结构示意图；
[0017]图2为本技术的拉剪试样在0
°
偏转角度下的结构示意图；
[0018]图3为本技术的拉剪试样在20
°
偏转角度下的结构示意图；
[0019]图4为单轴拉伸的拉剪试样的结构示意图；
[0020]图5为本技术的拉剪试样在
‑
20
°
偏转角度下的应力三轴度云图；
[0021]图6为单轴拉伸的拉剪试样的应力三轴度云图；
[0022]图7为本技术的拉剪试样分别在
‑
20
°
、0
°
、20
°
偏转角度下沿预计断裂位置的应力三轴度数值；
[0023]图8为单轴拉伸试样沿预计断裂位置的应力三轴度数值；
[0024]图9为本技术的拉剪试样沿预计断裂位置的应力三轴度平均值与偏转角度θ的关系。
[0025]上图中，1拉剪试样一，101夹持端一，102试样平板一，103斜向缺口一，104竖向缺口一，105半圆形缺口一，106剪切区域一；
[0026]2拉剪试样二，201夹持端二，202试样平板二，203斜向缺口二，204竖向缺口二，205
半圆形缺口二，206剪切区域二；
[0027]3拉剪试样三，301夹持端三，302试样平板三，303斜向缺口三，304竖向缺口三，305半圆形缺口三，306剪切区域三；
[0028]4单轴拉伸试样，401夹持端四，402试样平板四，403拉伸区域。
具体实施方式
[0029]实施例1：
[0030]如图1所示的一种金属板材拉剪试样一1，包括试样平板一102，试样平板一相对的两侧开设两个呈中心对称的、贯穿试样平板一102厚度方向的缺口，缺口包括两个倾斜设置指向对称中心的斜向缺口一103，斜向缺口一103靠近对称本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现不同应力状态的金属板材拉剪试样，包括试样平板，其特征在于：所述试样平板相对的两侧开设两个呈中心对称的、贯穿试样平板厚度方向的缺口，所述缺口包括两个倾斜设置指向对称中心的斜向缺口，所述斜向缺口靠近对称中心的端部连接有两个相对设置的竖向缺口，所述竖向缺口的相对端各自连接有两个凸面相对设置的竖向半圆形缺口，所述两个半圆形缺口之间形成剪切区域，所述两个半圆形缺口的圆心连线为偏转线，所述偏转线与试样平板竖直方向的中心线形成的角度为偏转角度θ，通过调节偏转角度θ达到调控试样平板应力状态的目的。2.根据权利要求1所述的一种实现不同应力状态的金属板材拉剪试样，其特征在于：所述试样平板竖直方向中心线与所述两个半圆形缺口的圆心连线形成的交点与所述对称中心重合。3.根据权利要求1所述的一种实现不同应力状态的金属板材拉剪试样，其特征在于：所述试样平板为矩形平板，在所述试样平板长度方向相对的两端设有圆形缺口用于夹持试样平板。4.根据权利要求1所述的一种实现不同应力状态的金属板材拉剪试样，其特征在于：所述两个斜向缺口的入口为矩形开口，所述矩形开口...

【专利技术属性】
技术研发人员：张皓，徐畅，李训鹏，高韬，王艳，刘文，王伟，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：新型
国别省市：