复杂载荷下的反复弯曲试验设备及方法技术

一种复杂载荷下的反复弯曲试验设备及方法，属于检测技术领域。该设备包括：支撑系统，作为系统框架；拉伸加载系统，具有两个夹紧装置，通过将试样两端固定到所述夹紧装置而对试样进行拉伸加载；弯曲加载系统，具有弯曲辊，试样通过弯曲辊形成的Ｓ形弯曲通道，以实现对试样进行弯曲加载且不改变施加到试样两端的拉伸载荷；调整系统，用来调整弯曲辊之间距离；和控制系统，拉伸加载系统和弯曲加载系统分别与控制系统连接并被其控制，以使得拉伸加载和弯曲加载独立可控，弯曲加载系统对固定于拉伸加载系统的试样目标区域进行反复弯曲，以使得拉伸和弯曲过程同时加载且断裂破坏在目标区域。本发明专利技术还介绍了通过该设备进行复杂载荷下反复弯曲的试验方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于检测
，特别是涉及一种复杂载荷下的反复弯曲试验设备及方 法，通过带状试样在复杂载荷下的反复弯曲试验，进行材料在复杂载荷下反复弯曲性 能的测试。
技术介绍
反复弯曲试验是评价薄板或者薄带反复弯曲条件下塑性变形能力的一种重要方法。如图1所示，传统的反复弯曲试验多是采用将试样61的一端固定，其余部分穿入 摇臂83上的突起82中，其中摇臂83固定在工作台上并可绕固定轴旋转，试验过程中 转动摇臂83使试样61绕规定半径的支座81弯曲，再沿相反方向转动摇臂83的反复 弯曲试验方法，该方法可测定材料反复弯曲过程中的塑性变形能力。上述方法的不足在于其仅能测试材料在自由状态下的弯曲性能。工程中材料常常 是在复杂载荷情况下进行的反复弯曲，如在恒定或者周期载荷形式下进行的反复弯曲。 而在载荷作用下，材料的反复弯曲性能会发生很大的变化。为测试材料在载荷情况下的双向弯曲性能，近来一些方法试图在试样两端进行加 载，例如申请号为200720074944.9的技术专利描述了一种带钢弯曲试验装置，其 通过重力和弹簧力的共同作用，实现载荷下带钢的反复弯曲试验。上述方法的不足在于当钢带在活动辊的作用下发生弯曲时，由于受到张力作用弹 簧的长度会发生变化，弯曲过程中加载载荷的变化受到弹簧胡克定律的限制，即加载 方式单一且弯曲加载与拉伸加载相互干扰。其次，上述方法通过两对固定辊夹持钢带， 在双向弯曲试验过程中，夹持部分同时也在发生弯折，材料的破坏有可能发生在夹持 部分，而造成试验结果失效。此外，现有弯曲试验设备中都配套有不同曲率半径的弯曲模(例如传统方法中的 支座81或申请号为200720074944.9技术专利中不同直径的活动辊3)。为测定不 同弯曲半径下的性能，必须根据需要更换弯曲模。成套的弯曲模会增加设备成本，同 时试验中换模会增加试验时间和复杂性。 -
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，克服上述不 足，使得反复弯曲试验能够模拟材料在工程实际情况下进行反复弯曲的状态。实现了 l)拉伸载荷和弯曲载荷可以独立可控的进行加载；2)拉伸载荷不受弯曲过程影响；3) 材料的破坏发生在目标区域；4)开发能满足不同试验需求的弯曲模，节省成本和试验 时间并简化试验。本专利技术的设备包括支撑系统，作为系统框架；拉伸加载系统，具有两个夹紧装 置，通过将试样的两端分别固定到所述夹紧装置而对试样进行拉伸加载；弯曲加载系 统，具有弯曲辊，试样通过弯曲辊形成的"S"形弯曲通道，以实现对试样进行弯曲加载且不改变施加到试样两端的拉伸载荷；调整系统，用来调整弯曲辊之间的距离；和 控制系统，拉伸加载系统和弯曲加载系统分别与控制系统连接并被其控制，以使得拉 伸加载和弯曲加载过程独立可控，其中，弯曲加载系统对固定于拉伸加载系统的试样 的目标区域进行反复弯曲，以使得拉伸和弯曲同时加载且断裂破坏发生在目标区域内。优选地，弯曲加载系统还包括弯曲工作台、弯曲工作台丝杠、连接装置和滑槽， 工作台沿丝杠运动，以使得试样沿"S"形通道移动来实现反复弯曲。优选地，夹紧装置中的至少一个在控制系统作用下施加拉伸载荷。优选地，调整系统包括调整杆、调整装置和固定装置，通过调整装置改变在滑槽 内且与连接装置相连的弯曲辊之间的距离，使得试样不在夹紧装置处发生弯折，而仅 在经过弯曲辊时发生弯曲。优选地，所述设备具有至少两个弯曲辊。优选地，支撑系统包括横梁和立柱，该立柱作为弯曲工作台运动的导向装置。 优选地，控制系统包括弯曲电机传动装置、弯曲电机、拉伸执行机构、控制器。 优选地，弯曲辊具有圆形横截面。优选地，弯曲辊具有凸轮状截面，凸轮状截面被设计有多种曲率半径的圆弧，其 角度可调，以使得试样在不同弯曲半径下发生反复弯曲，凸轮状弯曲辊角度通过锁紧 装置定位确定。本专利技术的另一目的是提供一种通过上述弯曲设备来进行模拟材料在复杂载荷下发 生反复弯曲的试验方法，其包括以下步骤(1) 试样制备将被测材料加工成带状试样，试样制备过程需确保被测试部分位 于试样的目标区域，即试样的中部；(2) 选取弯曲辊半径根据试验需要，确定合适的弯曲半径，选取相应的弯曲辊， 其中所选取的弯曲辊半径可以是相同的，也可以是不同的；(3) 弯曲辊定位将第一弯曲辊、第二弯曲辊安装在弯曲工作台的滑槽中，通过 连接装置和调整装置调整两个弯曲辊之间的距离，使得试样两端位于邻近夹紧装置的 轴线上；(4) 穿带将带状试样穿过弯曲辊使其形成"S"形，并将试样两端与夹紧装置相联；(5) 设定程序以弯曲工作台在上、下极限位置的一次往复为周期，将带状试样 的所期望的受力状态输入控制器，并设定程序结束状态，如指定循环次数或直至折断 记录次数等；(6) 对试样进行反复弯曲执行程序，在复杂载荷情况下完成带状试样的反复弯 曲，直至结束。优选地，该方法中所涉及到的试样是均匀的单一材质。 优选地，该方法中所涉及到的试样是带有焊缝和涂层的材料。 优选地，该方法用于薄板在负载载荷下的双向弯曲性能测试。 附图说明图1为传统反复弯曲方法的示意图。图2为根据本专利技术第一实施例的反复弯曲试验设备的示意图。 图3为图2的反复弯曲试验设备中的弯曲工作台32到达上极限位置时整个系统部 件相对位置示意图。图4为图2的反复弯曲试验设备中的弯曲工作台32到达下极限位置时整个系统部件相对位置示意图。图5为试样61在整个长度上经受的不同受力状态区间示意图。图6为本专利技术第二实施例中第一弯曲辊36、第二弯曲辊37结构和位置示意图，第二实施例中的弯曲辊36、 37具有凸轮状截面。具体实施例方式以下说明中用到的术语"水平"、"竖直"、"上下"等都只是为了示例性地描述本 专利技术的实施方式，而不意图限定本专利技术的具体方位。下面结合附图2进行进一步描述复杂载荷下的反复弯曲试验设备，包括支撑系统l、拉伸加载系统2、弯曲加载系 统3、调整系统4和控制系统5。支撑系统1包括横梁11和立柱12。其中，横梁11由刚性材料制成，在本实施例 中被水平地安置，在受力情况下不发生弯曲变形。立柱12由刚性材料制成，在本实施 例中沿竖直方向安置，支撑着横梁ll;同时，立柱12可作为弯曲工作台32的导向装 置，其表面被加工成摩擦系数低的光滑表面，弯曲工作台32可以沿着立柱上下自由滑 动。拉伸加载系统2包括第一夹紧装置21、第二夹紧装置22和拉伸工作台23。在本 实施例中，拉伸加载系统2具有两个夹紧装置21和22，分别用于夹持带状试样61的 两端。其中，第一夹持装置21固定在横梁11上，第二夹持装置固定在拉伸工作台23 上，且两者在水平方向偏移一距离L。在本实施例中，拉伸工作台23水平地放置。弯曲加载系统3包括第一弯曲辊36、第二弯曲辊37、弯曲工作台32、弯曲工作台 丝杠33、连接装置34和滑槽35。弯曲辊36、 37置于弯曲工作台32的滑槽35中，并 通过诸如轴承这样的连接机构与连接装置34相联。弯曲工作台32与弯曲工作台丝杠 33相联，随着弯曲工作台丝杠33旋转，弯曲工作台32在立柱12的导向作用下，沿着 竖直方向运动。根据本专利技术，弯曲辊36、 37的数量至少为两个，以使得在弯曲辊36、 37之间形成至少一个"S"形弯曲通道。弯曲加载期间，两端夹持在夹紧装置21、 22 上的带状试样61经由转动弯曲辊36本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复杂载荷下的反复弯曲试验设备，包括支撑系统（１）、拉伸加载系统（２）、弯曲加载系统（３）、调整系统（４）和控制系统（５）；其特征在于，　支撑系统（１），作为系统框架；　拉伸加载系统（２），具有两个夹紧装置（２１、２２），通过 将试样（６１）的两端分别固定到所述夹紧装置（２１、２２）而对试样进行拉伸加载；　弯曲加载系统（３），至少具有２根弯曲辊（３６、３７），试样（６１）通过第一弯曲辊（３６）和第二弯曲辊（３７）形成的“Ｓ”形弯曲通道，以实现对试样进行弯曲加 载且不改变施加到试样两端的拉伸载荷；　调整系统（４），用来调整第一弯曲辊（３６）和第二弯曲辊（３７）之间的距离；　和控制系统（５），拉伸加载系统（２）和弯曲加载系统（３）分别与控制系统（５）连接并被其控制，以使得拉伸加载和弯曲加 载过程独立可控，弯曲加载系统（３）对固定于拉伸加载系统（２）的试样（６１）的目标区域进行反复弯曲，以使得拉伸和弯曲同时加载且断裂破坏发生在目标区域内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张永强，刘兴全，章军，
申请(专利权)人：首钢总公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]