【技术实现步骤摘要】
本申请涉及薄板力学性能测试，特别是涉及一种金属薄板拉伸-剪切-弯曲耦合多轴加载试验装置及方法。
技术介绍
1、近年来，随着轻量化高强薄板材料在汽车、航空航天等领域的推广应用，温热成形或热冲压技术在塑性加工领域中逐渐被重视，而准确表征金属薄板在高温环境下的力学行为，对构建金属薄板在温热成形或热冲压技术下的力学模型具有非常重要的意义。
2、比如研究金属薄板在高温环境下的包辛格效应、弯曲弹性模量等力学行为指标时，需要对薄板开展拉伸-压缩的高温连续试验。目前，国内外已开发出专用的板材拉-压高温试验机，为了降低板材压缩时的屈服行为和摩擦阻力，通常在板材两侧增设防屈曲的夹具，以及在夹具和样品之间增设一层高分子聚四氟乙烯的薄片来减少摩擦，然而高分子聚四氟乙烯薄片在温度超过300℃时会失效，导致板材在更高温度下的拉伸-压缩试验无法开展。经研究发现，可以通过对金属薄板拉伸-剪切-弯曲耦合多轴加载试验来间接获得材料的包辛格效应、弯曲弹性模量等力学行为。
3、现有技术中拉伸、剪切、弯曲的常温试验是基于单拉万能试验机来实现的，即先将试样预拉伸至指定位移(或变形程度)后卸载至载荷接近零的状态，再将预变形后的试样转移至剪板机或线切割机上裁剪成等长的新试样，最后将新试样重新返回至万能试验机，并完成相应的弯曲实验。即现有技术中在高温环境下预拉伸后的试样先在常温下通过剪板机来裁剪试样，裁剪后的样品还要再次加热才能进行弯曲。由此，材料的二次加热或反复加热必然会导致材料的组织性能发生改变，从而引起试样在后续变形工序下的力学行为测量不准确，若以
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述问题，提供一种金属薄板拉伸-剪切-弯曲耦合多轴加载试验装置及方法。
2、一方面，本申请提供一种金属薄板拉伸-剪切-弯曲耦合多轴加载试验装置，其特征在于，所述试验装置包括：
3、机架，包括第一安装板及第二安装板，所述第一安装板与所述第二安装板相对平行设置；
4、拉伸模块，用于对试样进行拉伸，所述拉伸模块包括第一驱动机构及夹持机构，所述第一驱动机构安装在所述机架上，所述夹持机构包括分开独立设置的第一夹具与第二夹具，所述第一夹具与所述第二夹具均用于对所述试样进行夹持，所述第一驱动机构驱动所述第二夹具沿第一方向运动，所述第一夹具与所述第一安装板固定连接；
5、剪切弯曲模块，用于对所述试样进行剪切与弯曲，所述剪切弯曲模块包括第二驱动机构、凸模机构以及与所述凸模机构配套设置的凹模机构，所述第二驱动机构安装在所述机架上，所述第二驱动机构用于驱动所述凸模机构沿第二方向运动，所述第二方向与所述第一方向垂直，在所述第二方向上，所述凸模机构设置在所述夹持机构上方，所述凹模机构设置在所述夹持机构下方，所述凸模机构包括弯曲凸模件、两个剪切凸模件、固定座，所述固定座安装在所述弯曲凸模件上，两个所述剪切凸模件挂设在所述固定座上且位于所述固定座和所述夹持机构之间，所述第二驱动机构通过驱动所述弯曲凸模件而带动两个所述剪切凸模件运动，所述弯曲凸模件在两个所述剪切凸模件之间，且所述弯曲凸模件沿所述第一方向到所述剪切凸模件之一的距离等于所述弯曲凸模件沿所述第一方向到所述剪切凸模件之另一的距离，所述弯曲凸模件与所述试样在所述第二方向上的第一间距大于所述剪切凸模件与所述试样在所述第二方向上的第二间距，且所述第一间距与所述第二间距的差值大于等于所述试样在所述第二方向上高度的两倍；
6、控温模块，所述控温模块用于对所述试样持续提供温度，在拉伸、剪切以及弯曲所述试样时，所述第一夹具、所述第二夹具、所述凸模机构及所述凹模机构与所述试样接触部分处于所述控温模块内。
7、在其中一些实施例中，所述剪切弯曲模块还包括第三驱动机构，所述第三驱动机构安装在所述机架上且用于驱动所述剪切弯曲模块沿所述第一方向运动，所述第三驱动机构包括第三移动座，所述凸模机构、所述凹模机构及所述第二驱动机构均安装在所述第三移动座上，所述第三驱动机构通过驱动所述第三移动座进而带动所述凸模机构、所述凹模机构及所述第二驱动机构同步沿所述第一方向运动；
8、所述第一驱动机构包括第一电机、第一滚珠丝杠及第一导向杆，所述第一滚珠丝杠的长度方向与所述第一方向平行且两端部分别与所述第一安装板和所述第二安装板连接，所述第一滚珠丝杠与所述第一导向杆平行设置，所述第一电机驱动所述第一滚珠丝杠转动进而带动所述第二夹具沿所述第一导向杆运动，所述第三驱动机构还包括第三电机与第三滚珠丝杠，所述第三滚珠丝杠与所述第一滚珠丝杠平行设置且两端部分别与所述第一安装板和所述第二安装板连接，所述第三电机驱动所述第三滚珠丝杠转动进而带动所述第三移动座沿所述第一导向杆运动。
9、在其中一些实施例中，所述第一驱动机构还包括第一移动座，所述第一移动座穿设在所述第一导向杆上，所述第二夹具与所述第一移动座固定连接。
10、在其中一些实施例中，所述第二驱动机构包括第二电机、第二滚珠丝杠、第二导向杆及第二移动座，所述第二滚珠丝杠的长度方向与所述第二方向平行且两端部均与所述第三移动座连接，所述第二导向杆与所述第二滚珠丝杠平行设置且两端部均与所述第三移动座连接，所述第二移动座穿设在所述第二导向杆上，所述第二电机驱动所述第二滚珠丝杠转动进而带动所述第二移动座沿所述第二方向运动，所述弯曲凸模件安装在所述第二移动座上。
11、在其中一些实施例中，所述凹模机构包括弯曲凹模件、剪切凹模件、安装平台与调节组件，所述弯曲凹模件与所述弯曲凸模件配合使用，所述剪切凹模件与两个所述剪切凸模件配合使用，所述弯曲凹模件与所述剪切凹模件设置在所述安装平台上，所述调节组件用于调节所述安装平台在所述第二方向上与所述凸模机构的距离；
12、所述安装平台顶面上设有倒t型槽，所述倒t型槽沿所述第一方向贯穿所述安装平台两侧面，所述弯曲凹模件与所述剪切凹模件部分位于所述倒t型槽内以使所述弯曲凹模件与所述剪切凹模件在所述倒t型槽内滑动。
13、在其中一些实施例中，所述调节组件包括调节杆与驱动杆，所述驱动杆的长度方向沿第三方向延伸，所述第三方向与所述第一方向与所述第二方向两两垂直，所述驱动杆设置在所述第三移动座内且一端部伸出所述第三移动座，所述调节杆与所述第二方向平行设置且一端部与所述驱动杆另一端部齿轮连接，所述调节杆另一端部支撑所述安装平台底部，所述调节杆在所述驱动杆的驱动下调节所述安装平台与所述凸模机构在所述第二方向上的间距。
14、在其中一些实施例中，所述剪切凸模件包括工字型件与凸件，且所述凸件焊接在所述工字型件上，所述工字型件位于所述固定座和所述凸件之间，所述凸件包括第一侧面、第二侧面、第二顶面及第二底面，所述第二顶面与所述第二方向的法平面平行，所述第二顶面、所述第一侧面、所述第二底面及所述第二侧面均与所述第三方向的法平面垂直，所述第二顶面、所述第一侧面、所述第二底面及所述第二侧面按顺时针首尾依次本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属薄板拉伸-剪切-弯曲耦合多轴加载试验装置，其特征在于，所述试验装置包括：
2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述剪切弯曲模块(3)还包括第三驱动机构(34)，所述第三驱动机构(34)安装在所述机架(1)上且用于驱动所述剪切弯曲模块(3)沿所述第一方向运动，所述第三驱动机构(34)包括第三移动座(343)，所述凸模机构(32)、所述凹模机构(33)及所述第二驱动机构(31)均安装在所述第三移动座(343)上，所述第三驱动机构(34)通过驱动所述第三移动座(343)进而带动所述凸模机构(32)、所述凹模机构(33)及所述第二驱动机构(31)同步沿所述第一方向运动；
3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述第一驱动机构(21)还包括第一移动座(217)，所述第一移动座(217)穿设在所述第一导向杆(216)上，所述第二夹具(224)与所述第一移动座(217)固定连接。
4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述第二驱动机构(31)包括第二电机(311)、第二滚珠丝杠(315)、第二导向杆(317)及第二移动座
5.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述凹模机构(33)包括弯曲凹模件(331)、剪切凹模件(332)、安装平台(333)与调节组件(334)，所述弯曲凹模件(331)与所述弯曲凸模件(321)配合使用，所述剪切凹模件(332)与两个所述剪切凸模件(322)配合使用，所述弯曲凹模件(331)与所述剪切凹模件(332)设置在所述安装平台(333)上，所述调节组件(334)用于调节所述安装平台(333)在所述第二方向上与所述凸模机构(32)的距离；
6.根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于，所述调节组件(334)包括调节杆(3341)与驱动杆(3342)，所述驱动杆(3342)的长度方向沿第三方向延伸，所述第三方向与所述第一方向与所述第二方向两两垂直，所述驱动杆(3342)设置在所述第三移动座(343)内且一端部伸出所述第三移动座(343)，所述调节杆(3341)与所述第二方向平行设置且一端部与所述驱动杆(3342)另一端部齿轮连接，所述调节杆(3341)另一端部支撑所述安装平台(333)底部，所述调节杆(3341)在所述驱动杆(3342)的驱动下调节所述安装平台(333)与所述凸模机构(32)在所述第二方向上的间距。
7.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述剪切凸模件(322)包括工字型件(3221)与凸件(3222)，且所述凸件(3222)焊接在所述工字型件(3221)上，所述工字型件(3221)位于所述固定座(325)和所述凸件(3222)之间，所述凸件(3222)包括第一侧面(3222a)、第二侧面(3222b)、第二顶面(3222c)及第二底面(3222d)，所述第二顶面(3222c)与所述第二方向的法平面平行，所述第二顶面(3222c)、所述第一侧面(3222a)、所述第二底面(3222d)及所述第二侧面(3222b)均与所述第三方向的法平面垂直，所述第二顶面(3222c)、所述第一侧面(3222a)、所述第二底面(3222d)及所述第二侧面(3222b)按顺时针首尾依次交接且沿所述第三方向观察时呈不规则四边形(3222e)，所述不规则四边形(3222e)的内角包括第一内角(α)、第二内角(β)、第三内角(δ)及第四内角(γ)，所述第二顶面(3222c)与所述第一侧面(3222a)的二面角为所述第一内角(α)且为钝角，所述第一侧面(3222a)与所述第二底面(3222d)的二面角为所述第二内角(β)且为锐角，所述第二底面(3222d)与所述第二侧面(3222b)的二面角为所述第三内角(δ)且为钝角，所述第二侧面(3222b)与所述第二顶面(3222c)的二面角为所述第四内角(γ)且为锐角或直角。
8.根据权利要求7所述的试验装置，其特征在于，所述固定座(325)包括T型槽(3251)，且所述T型槽(3251)的槽口开设在所述固定座(325)靠近所述机架(1)的一侧，所述T型槽(3251)沿所述第一方向贯穿所述固定座(325)两侧面且槽深沿所...
【技术特征摘要】
1.一种金属薄板拉伸-剪切-弯曲耦合多轴加载试验装置，其特征在于，所述试验装置包括：
2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述剪切弯曲模块(3)还包括第三驱动机构(34)，所述第三驱动机构(34)安装在所述机架(1)上且用于驱动所述剪切弯曲模块(3)沿所述第一方向运动，所述第三驱动机构(34)包括第三移动座(343)，所述凸模机构(32)、所述凹模机构(33)及所述第二驱动机构(31)均安装在所述第三移动座(343)上，所述第三驱动机构(34)通过驱动所述第三移动座(343)进而带动所述凸模机构(32)、所述凹模机构(33)及所述第二驱动机构(31)同步沿所述第一方向运动；
3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述第一驱动机构(21)还包括第一移动座(217)，所述第一移动座(217)穿设在所述第一导向杆(216)上，所述第二夹具(224)与所述第一移动座(217)固定连接。
4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述第二驱动机构(31)包括第二电机(311)、第二滚珠丝杠(315)、第二导向杆(317)及第二移动座(316)，所述第二滚珠丝杠(315)的长度方向与所述第二方向平行且两端部均与所述第三移动座(343)连接，所述第二导向杆(317)与所述第二滚珠丝杠(315)平行设置且两端部均与所述第三移动座(343)连接，所述第二移动座(316)穿设在所述第二导向杆(317)上，所述第二电机(311)驱动所述第二滚珠丝杠(315)转动进而带动所述第二移动座(316)沿所述第二方向运动，所述弯曲凸模件(321)安装在所述第二移动座(316)上。
5.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述凹模机构(33)包括弯曲凹模件(331)、剪切凹模件(332)、安装平台(333)与调节组件(334)，所述弯曲凹模件(331)与所述弯曲凸模件(321)配合使用，所述剪切凹模件(332)与两个所述剪切凸模件(322)配合使用，所述弯曲凹模件(331)与所述剪切凹模件(332)设置在所述安装平台(333)上，所述调节组件(334)用于调节所述安装平台(333)在所述第二方向上与所述凸模机构(32)的距离；
6.根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于，所述调节组件(334)包括调节杆(3341)与驱动杆(3342)，所述驱动杆(3342)的长度方向沿第三方向延伸，所述第三方向与所述第一方向与所述第二方向两两垂直，所述驱动杆(3342)设置在所述第三移动座(343)内且一端部伸出所述第三移动座(343)，所述调节杆(3341)与所述第二方向平行设置且一端部与所述驱动杆(3342)另一端部齿轮连接，所述调节杆(3341)另一端部支撑所述安装平台(333)底部，所述调节杆(3341)在所述驱动杆(3342)的驱动下调节所述安装平台(333)与所述凸模机构(32)在所述第二方向上的间距。
【专利技术属性】
技术研发人员：王镇柱，唐启浪，林启权，
申请(专利权)人：湖南韶峰应用数学研究院，
类型：发明
国别省市：
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