一种基于十字形试验件的双向拉伸试验标定调试方法与流程

本发明属于工程材料物理性能试验技术领域，尤其涉及一种基于十字形试验件的双向拉伸试验标定调试方法。

背景技术：

材料在复杂应力状态下的力学性能会表现出复杂性，相比于单轴试验，双轴试验可以用来获得材料更真实的力学参数或响应。一般而言，双轴试验的加载形式有很多种，其中最直观的为基于十字形试样的双向拉伸试验。

目前针对这种双向拉伸试验即无标准的试验件，也无标准的试验流程可以参考。与单轴试验相比，双轴加载的难点在于两个方向上力的协调控制，这也对实际加载前的标定调试提出了更高的要求。无论是标定调试还是协调加载，其根本目的是为了保证试验精度，而目前主要是靠试验机的精度以及试验件装夹来保证的，这种处理方法即未充分考虑双轴加载的难点，也无法定量进行标定调试，容易使试验件出现附加的面内弯矩或者扭矩。对于十字形试验件的加载情况，除双向拉伸力产生的拉应力外，会在局部区域产生切应力，在理想状况下，十字形试验件中心区的切应力水平应远小于正应力，若不经过标定调试就直接进行试验，会造成实验数据不准确、结果现象错误或不明显等问题。为了减少或消除这种附加载荷，获得更准确的材料数据或试验现象，规范试验流程、设计新的标定调试方法就十分有必要。

一般来说，对于十字形试验件，其中心区域为观测区域，无论是通过接触式的应变片测量还是非接触的光测，都需要保留其中心区域的空间，因此在调试中不能对中心区域造成影响或占用中心区域的空间位置。

技术实现要素：

发明目的：针对以上问题，本发明提供一种基于十字形试验件的双向拉伸试验标定调试方法，用于双向拉伸试验中对试验件标定调试，使其承受的附加载荷水平尽可能低。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于十字形试验件的双向拉伸试验标定调试方法，该方法包括以下步骤：

(1)在十字形试验件特定位置粘贴应变花，将所述应变花与动态应变仪连接，将所述十字形试验件按需求连接紧固于专用夹具；

(2)进行准静态下等比例载荷加载，利用所述应变花实时计算所粘贴位置的切应变，通过调节作动器或其它连接构件，使所述切应变的数值变化规律及数值基本一致；

(3)此时认为所述十字形试验件存在符合要求的附加载荷，即标定完成。

其中，在步骤(1)中，在十字形试验件特定位置粘贴应变花应满足下列要求：

(1.1)所述特定位置应靠近所述十字形试验件中心且在所述加载过程中应产生切应变；

(1.2)所述特定位置应按所述十字形试验件的对称轴对称布置且距其中心距离相同。

其中，在步骤(2)中，使所述切应变的数值变化规律及数值基本一致根据以下方法调节：

(2.1)当对应方向上的切应变值小于或大于预设值，则通过调节作动器或其他连接构件相应的增大或减小该方向上的载荷值；

(2.2)当所述切应变数值恒定后，卸载后再加载，重复该过程，直到所述应变花所测的切应变数值在所述加载过程中保持基本一致。

其中，所述应变花所测的切应变数值在所述加载过程中保持基本一致满足以下条件：各应变片测量曲线的拟合直线斜率最大差值不超过其平均值的m％，m根据实际需要设置。

其中，在调试过程中应保证所述十字形试验件始终处于弹性加载范围内。

其中，在步骤(2)中，通过调节作动器或其他连接构件是指使作动器重新选择零点位置或利用螺纹、丝杠连接构件改变其位置进而改变载荷大小，根据加载装置不同而适当选择。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：

本发明提供了一种在十字形试验件非中心区用应变花测量切应变进而标定调试的方法，该方法所用设备简单，易于实施，能够达到较优的标定效果，适用于准静态试验或疲劳试验等动态试验前的标定调试。

附图说明

图1为根据本发明的实施例的标定流程图；

图2为根据本发明的一种较佳实施例的贴片示意图；

图3为根据本发明的一种实施例的切应变调节过程示意图；

图4为根据本发明的另一种较佳实施例的贴片示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1：

参照图1～图3，根据本发明的一个实施例，一种基于十字形试验件的双向拉伸试验标定调试方法，包括以下步骤：

(1)在十字形试验件5承受双向拉伸力的区域对称粘贴应变花1～4，同时留出中心区位置，即双向应力区，将应变花1～4分别与应变仪连接调试好，将十字形试验件5按需求连接紧固于专用夹具；

(2)进行准静态下等比例载荷加载，即沿不同方向的拉伸力在加载的每一时刻都保持相同，此时十字形试验件5承受沿四个支臂方向相同拉伸力，在理想状态下，通过应变花1～4计算得到的切应变数值变化应相同且非常小，即满足小于50微应变即可，否则按步骤(3)进行；

(3)若发现应变花4，计算得到的切应变值不满足要求，即大于或小于预设值，则通过调节作动器或其他连接构件相应的减小或增大其相邻两个方向上的载荷值，使应变片1～4的切应变数值保持相等，注意在调试过程中应保证试验件5始终处于弹性加载范围内；其它应变花按照上述方式进行调节。

(4)通过调节作动器或其他连接构件是指使作动器重新选择零点位置或利用螺纹、丝杠等连接构件改变其位置进而改变载荷大小，具体根据不同加载装置不同而适当选择；

(5)当应变花1～4的切应变数值恒定后，进行卸载后再按相同方式加载，重复该过程，直到各应变花所测的切应变数值在加载过程中基本保持一致，最大偏移不超过平均值的10％则认为是基本保持一致，如图3所示；

(6)此时可认为该十字形试验件5存在较小的附加载荷，即标定完成，此处较小为小于500n即可。

(7)所贴应变花数目没有具体要求，若加载装置同步性较好，则可只使用应变花1和3或2和4，或在其背面相同位置同时粘贴。

实施例2

参照图4，与实施例1不同之处在于对另一种形式的十字形试验件5，其选择粘贴应变片1～4的位置不同，但仍对称布置且距其中心距离相同，此时在调节时只需调节对应方向上的作动器或连接构件即可。

以上详细描述了本发明的较佳实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术试验，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于十字形试验件的双向拉伸试验标定调试方法，该方法包括以下步骤：在十字形试验件的特定位置粘贴应变花，利用应变花计算得到该粘帖位置的剪切应变，通过调节作动器或其他连接构件，在弹性范围内，使切应变的数值变化规律及数值基本一致，此时可认为该试验件存在较小的附加载荷。在此基础上，可按一般力学试验对数据清零后加载，即标定完成。该调试方法所用设备简单，易于实施，能够达到较优的标定效果，适用于准静态试验或疲劳试验等动态试验前的标定调试。

技术研发人员：费庆国;柳友志;张大海;刘璟泽;何顶顶;何俊增
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2018.08.16
技术公布日：2019.01.11