基于单向试验机实现应力与应变比可调的双向拉伸装置的制作方法

本发明属于板料成形领域，涉及一种基于单向试验机实现应力与应变比可调的双向拉伸装置。

背景技术：

板料成形是材料成形领域的重要组成部分，在汽车、航空航天等领域中占有十分重要的地位。板料在板成形过程中往往处于双向应力状态，因此一般采用双向拉伸实验研究板材在双向应力状态下的变形行为。由于板料成形过程中模具形状复杂、板料与模具间还存在复杂的摩擦作用，不同部位的板料可能处于不同比例的双向应力状态。因此，需要开展不同应力比或者不同应变比的双向拉伸实验。

实现板材双向拉伸变形的方法有许多种，例如不同圆角半径试样的单向加载、钢膜胀形、十字型试样双向拉伸等。其中，十字形试件双拉试验最直观、最直接反映板料的双向受力状态，是目前最受重视的一种方法。实现十字形试件双拉变形的主要有两种具体方法：一种方法是采用专用的多轴试验机，另一种方法是开发试验装置将单向试验机的单轴运动转换为双向运动，从而实现双向拉伸。前一种实现方法中，因为多轴试验机十分昂贵，应用较少。由于机构相对简单、成本较低，开发基于单向拉伸试验机而实现双向拉伸变形的实验装置受到广泛的关注。

公告号为CN101907538B、CN101561376B、CN102507320B、CN102706731B、CN103604699B以及公布号为CN105424471A的发明专利中都报道了不同设计方案的双向拉伸实验装置。然而，目前已经公开的基于单向试验机实现双向拉伸的装置都只能实现不同应变比的双向拉伸实验。但是在实际的板料成形过程中，板料常常经历不同应力比的双向应力状态。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种既能实现不同应变比，又能实现不同应力比加载的双向拉伸实验装置,以便更加准确的研究板料在真实板材成形过程中的变形行为。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于单向试验机实现应力与应变比可调的双向拉伸装置，包括压下棱台，斜撑杆，滑块组合体和工作台，所述压下棱台包括棱架和设置在棱架四周的楔形台，相对设置的楔形台的斜面与竖直方向之间的楔形角相同；所述工作台上的十字方向设有导向槽；所述滑块组合体包括固定滑块和载荷施加滑块，所述滑块组合体共有四个，通过固定滑块分别与工作台上的导向槽滑动配合；所述固定滑块上设有组合体连接部，所述组合体连接部上设有孔，所述载荷施加滑块上设有连接螺杆，所述连接螺杆穿过组合连接部上的孔，与组合连接部刚性连接或柔性连接；所述斜撑杆的上端连接有轴承与楔形台的斜面接触，下端与载荷施加滑块接触，所述斜撑杆与竖直方向呈一定角度安装。

进一步，所述组合体连接部与载荷施加滑块上的连接螺杆通过螺栓连接，实现刚性连接。

进一步，所述组合体连接部与载荷施加滑块之间通过设置弹性元件，实现柔性连接。

进一步，所述楔形台与棱架可拆卸设置，可以更换不同楔形角的楔形台。

本发明的有益效果在于：

通过在所述组合体连接部与载荷施加滑块之间通过设置螺栓或者弹性元件就能进行刚性连接或者柔性连接的转换，原理相对简单，加工成本低，可应用于普通拉伸实验机上；可以准备多组有着不同楔形角的楔形台，从而可方便的研究板材在不同应力比、不同应变比时的变形行为，并且可以适用于不同厚度的板材。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的压下棱台的结构示意图；

图3为本发明实施例的一种楔形台示意图；

图4为本发明实施例的另一种楔形台示意图；

图5为本发明实施例中工作台的结构示意图；

图6为本发明实施例中应力比可调时的滑块组合体结构示意图；

图7为本发明实施例中载荷施加滑块的结构示意图；

图8为本发明实施例中固定滑块的结构示意图；

图9为本发明实施例中斜撑杆的结构示意图；

图10为本发明实施例中应变比可调时的整体配示意图；

图11为本发明实施例中应变比可调时的载荷施加滑块组示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明基于单向试验机实现应力与应变比可调的双向拉伸装置，包括压下棱台1，工作台2，滑块组合体4和斜撑杆5，所述压下棱台1包括棱架103和倒置设置在棱架四周的楔形台，相对楔形台的斜面与竖直方向的夹角相同；所述工作台2上的十字方向设置有导向槽201；所述滑块组合体4由固定滑块402和载荷施加滑块401组成，所述滑块组合体4共有四个，分别通过固定滑块402与十字导向槽201的四个导向槽滑动配合；所述固定滑块402上设有组合体连接部4021，所述组合体连接部4021上设有孔，所述载荷施加滑块401上设有连接螺杆4011，通过螺栓4012、螺杆4011、组合连接部4021以及固定螺栓403(或者弹性元件403)，固定滑块402与载荷滑块401可实现刚性连接或柔性连接；所述斜撑杆5的上端连接有轴承501与楔形台的楔形斜面接触，下端通过推体部502与载荷施加滑块401连接，斜撑杆5与竖直方向呈45°安装。

实施例1，所述组合体连接部4021与载荷施加滑块401上的连接螺杆4011通过螺栓403固定连接，待测十字形试样3的四臂分别与试样固定滑块402的连接部4022固定连接，同时十字形试样3的中心与工作台2的中心相对。当压下棱台1下压时，滑块组合体4将做与斜撑杆5一致的水平运动，最终实现待测试样3的两个方向一定应变比的双向拉伸实验，斜撑杆与竖直方向呈45°安装，如果前后一对楔形台101斜面1011与竖直方向的夹角α为45°，楔形台102的斜面1021与竖直方向的夹角α为27°，将实现应变比为1:2的双向拉伸实验；如果楔形台101的α角27°，楔形台102的α角为45°，将实现应变比为2:1的双向拉伸实验。

实施例2，组合体连接部4021与载荷施加滑块401之间设有弹性元件403，此处403为弹簧，套装在连接螺杆4011上，设置在组合体连接部4021与载荷施加滑块401之间。待测十字形试样3的四臂分别与试样固定滑块402的连接部4022固定连接，同时十字形试样3的中心与工作台2的中心相对。当压下棱台1下压时，滑块组合体4将做与斜撑杆5一致的水平运动，最终实现待测试样3的两个方向一定应力比的双向拉伸实验，斜撑杆与竖直方向呈45°安装，如果前后一对楔形台101斜面1011与竖直方向的夹角α为45°，楔形台102的斜面1021与竖直方向的夹角α为27°，将实现应力比为1:2的双向拉伸实验；如果楔形台101的α角27°，楔形台102的α角为45°，将实现应力比为2:1的双向拉伸实验。

以上实施例，楔形台与棱架103之间可拆卸设置，当更换不同楔形角的楔形台，可实现待测试样两个方向不同的应力比、或者应变比的双向拉伸实验，为研究板材在实际成形过程中的变形行为奠定基础，同时也能为数值模型中参数的拟合提供更加准确与丰富的实验数据。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。