本发明涉及金属板材的高速拉伸测试技术，尤其涉及一种高速拉伸对中装置及方法。
背景技术：
在动态力学性能研究领域，由于受到汽车、航空航天等行业研发需求的强劲推动，液压伺服式高速拉伸试验逐渐成为一种主要的研发手段。
在金属板材试样的液压伺服高速拉伸试验中，有一种试样夹持方式是试验前预先夹紧试样的静态端，而试样的动态端在撞杆、动态夹具和动态夹具腔体等围成的受限空间内保持自由悬垂状态。在试验过程中，当动态夹具的速度达到预设值后再夹紧试样的动态端，进而完成后续的拉伸试验。
这种高速拉伸试样通常比静态拉伸试样长得多，如果只对静态端进行对中，动态端受试样自重影响很难保证同步对中，从而难以实现高精度的高速拉伸对中。而且在更高试验速度下，为确保动态夹具获得更大的加速行程，试样安装过程中需要使动态夹具顺着试样下降更大距离以使动态端插入动态夹具的腔体内。由于腔体狭小，如果对中精度不高，动态端在动态夹具下降时极易碰触动态夹具和动态夹具腔体而受损弯折，最终造成试验失败，甚至设备损坏。
现有的板材静态拉伸对中装置因撞杆、动态夹具等的阻挡而无法触及高速拉伸试样的动态端。目前也没有专门针对这种位于受限空间内的高速拉伸试样动态端的对中方案，因此进行这种试验前只能采用目测+手摸的粗放对中方式，很难保证测试结果的一致性，同时也与动态测试的高精度要求严重不相适应。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种高速拉伸对中装置及方法，在试验前能够使试样的静态端精确对中，也能使试样在受限空间内保持自由状态的动态端同步对中，从而实现高精度的高速拉伸对中。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种高速拉伸对中装置，包括动态对中机构、静态对中机构，所述动态对中机构设置在动态夹具的腔体内，在所述静态对中机构上设置有夹头孔，静夹头设置在夹头孔中，在进行高速拉伸试验对中之前，预先将试样的静态端插入设置在静态对中机构中的静夹头中，试样的动态端插入动态夹具腔体内部的动态对中机构中。
所述动态对中机构包括对中锥、定位片、夹紧片、支撑杆、托盘，在进行高速拉伸动态对中时，对中锥夹在试样动态端截面的两侧，定位片水平设置在对中锥的下方，支撑杆从定位片的下端向上穿过，支撑杆的下端与托盘固定连接，支撑杆的上端与动态夹具外侧临时固定，在定位片与托盘之间垫入不少于一个的夹紧片。
所述定位片整体呈U型结构，在定位片内侧的底部和边缘分别设置有一个1/2圆孔和一个1/4圆孔，两个圆孔的直径与两个撞杆的直径相同，两个圆孔的中心距与两个撞杆的中心距相同，工作时，两个撞杆卡在两个圆孔中，在定位片的上表面沿U型结构的两侧固定有矩形片，两个矩形片平行于两个圆孔的中心线，且以两个圆孔的中心线为轴对称设置，矩形片的长度与试样的宽度相同。
所述静态对中机构包括主动机构、从动机构、检测机构、绝缘线、操作台，在操作台上夹头孔的两端对称安装两套从动机构，两套从动机构的对称面是静夹头工作面的中垂面，两套从动机构上的套杆同轴设置，所述主动机构安装在操作台上，主动机构的对称面与两套从动机构的对称面重合，绝缘线的一端与从动机构的套杆固定连接，绝缘线的另一端穿过主动机构上的圆筒与框架固定连接，绝缘线与框架的连接点在主动机构的对称面上，连接从动机构与主动机构的两根绝缘线等长，检测机构通过铜导线分别与两个从动机构的套杆连接。
所述主动机构包括圆筒、滑块、丝杠、丝杠支架、旋转手轮、框架，滑块放置在操作台上，在滑块的上端以滑块纵向中心线为对称轴，对称焊接两个圆筒，在滑块内设置有螺纹孔，框架与操作台固定连接，丝杠依次穿过框架的内孔、滑块的螺纹孔，丝杠靠近操作端一侧架设有丝杠支架，丝杠支架固定在操作台上，在丝杠的操作端安装有旋转手轮。
所述从动机构包括套筒、套杆、绝缘垫、接线端子、固定环，绝缘垫固定在操作台上，套筒固定在绝缘垫上端，套杆设置在套筒的内部，套筒与套杆间隙配合，固定环固定在套杆接近静夹头的一端，固定环连接绝缘线，接线端子固定在套杆上。
采用一种高速拉伸对中装置对高速拉伸试验试样进行对中的方法，包括以下方法步骤：
1)将试样的静态端插入静态对中机构夹头孔中的静夹头中；
2)逐渐减小静夹头与试样之间的间隙但确保间隙不等于零；
3)使从动机构中的套杆靠近试样，并确保套杆与试样相互接触；
4)将试样的动态端插入动态夹具的腔体内；
5)将对中锥插入动态夹具的腔体内试样截面的两侧；插入定位片并使撞杆卡在定位片上的两个圆孔内，并使矩形片卡入两个对中锥之间的缝隙内；
6)将预先连接好托盘的支撑杆与动态夹具固定好；
7)插入夹紧片直至对中锥被完全固定在动态夹具的腔体内；
8)固定试样的静态端；
9)取下对中装置，完成高速拉伸对中。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
一种高速拉伸对中装置及方法，能够简单快捷地实现被夹紧前高速拉伸试样的静态端以及始终在受限空间内保持自由状态的动态端的同步对中，从而实现高速拉伸对中；无论试样宽度如何变化，都能实现快速精确对中。
附图说明
图1是本发明一种高速拉伸对中装置的结构示意图；
图中：1、试样；2、动态端；3、动态对中机构；4、静态端；5、静态对中机构；6、动态夹具；7、对中锥；8、定位片；9、夹紧片；10、撞杆；11、支撑杆；12、托盘；13、矩形片；14、静夹头；15、主动机构；16、绝缘线；17、从动机构；18、检测机构；19、圆筒；20、操作台；21、滑块；22、丝杠；23、丝杠支架；24、旋转手轮；25、套筒；26、套杆；27、绝缘垫；28、接线端子；29、固定环；30、框架；31、万用表；32、铜导线。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
如图1所示，一种高速拉伸对中装置，包括动态对中机构3和静态对中机构5，所述动态对中机构3设置在动态夹具6的腔体内，在所述静态对中机构5上设置有夹头孔，静夹头14设置在夹头孔中，在进行高速拉伸试验对中之前，预先将试样1的静态端4插入设置在静态对中机构5中的静夹头14中，试样1的动态端2插入动态夹具6腔体内部的动态对中机构3中。
所述动态对中机构3包括对中锥7、定位片8、夹紧片9、支撑杆11、托盘12，试样1在进行高速拉伸动态对中时，对中锥7夹在试样1动态端2截面的两侧，定位片8水平设置在对中锥7的下方，对中锥7的下端夹在定位片8上端的矩形片13与撞杆10之间，支撑杆11从定位片8的下端向上穿过，支撑杆11的下端与托盘12固定连接，支撑杆11的上端与动态夹具6腔体的外侧临时固定，在定位片8与托盘12之间垫入不少于一个的夹紧片9。
对中锥7呈多面体结构，表面经光滑处理，包括锥面和平面，锥面朝向动态夹具6的腔体内侧，平面包括位于试样1截面侧且与试样1截面平行的对中锥7侧平面，以及与试样1截面垂直的对中锥7底面；
支撑杆11为圆柱型结构。托盘12为半圆环型结构。
所述定位片8厚度为3mm，整体呈U型结构，在定位片8内侧的底部和边缘分别设置有一个1/2圆孔和一个1/4圆孔，两个圆孔的直径与两个撞杆10的直径相同，两个圆孔的中心距与两个撞杆10的中心距相同，均为90mm，工作时，两个撞杆10卡在两个圆孔中，在定位片8的上表面沿U型结构的两侧固定有矩形片13，两个矩形片13平行于两个圆孔的中心线，且以两个圆孔的中心线为轴对称设置，矩形片13的长度与试样1的宽度相同，矩形片13的宽度为5mm，厚度为2mm。
夹紧片9的形状与去除矩形片13后的定位片8相同，夹紧片9的厚度规格0.01mm，0.02mm，0.03mm，。。。，直至1mm，每个规格夹紧片9均有50片。
所述静态对中机构5包括主动机构15、从动机构17、检测机构18、绝缘线16、操作台20，在操作台20上夹头孔的两端对称安装两套从动机构17，两套从动机构17的对称面是静夹头14工作面的中垂面，两套从动机构17上的套杆26同轴设置，所述主动机构15安装在操作台20上，主动机构15的对称面与两套从动机构17的对称面重合，绝缘线16的一端与从动机构17的套杆26固定连接，绝缘线16的另一端穿过主动机构15上的圆筒19与框架30固定连接，绝缘线16与框架30的连接点在主动机构15的对称面上，连接从动机构17与主动机构15的两根绝缘线16等长，检测机构18通过铜导线32分别与两个从动机构17的套杆26连接。
绝缘线16为直径3mm的无弹性的软质绝缘线。
所述主动机构15包括圆筒19、滑块21、丝杠22、丝杠支架23、旋转手轮24、框架30，滑块21放置在操作台20上，在滑块21的上端以滑块纵向中心线为对称轴，对称焊接两个圆筒19，在滑块21内设置有螺纹孔，框架30与操作台20固定连接，丝杠22依次 穿过框架30的内孔、滑块21的螺纹孔，丝杠22靠近操作端一侧架设有丝杠支架23，丝杠支架23固定在操作台20上，在丝杠22的操作端安装有旋转手轮24。
圆筒19为直径4mm的钢管。
主动机构15滑块21上端的圆筒19轴线与从动机构17的套杆26轴线在同一水平面上。
主动机构15整体为对称结构，滑块21的纵向中心线、圆筒19的对称轴以及丝杠22的中心线都落在主动机构15的对称面上。
所述从动机构17包括套筒25、套杆26、绝缘垫27、接线端子28、固定环29，绝缘垫27固定在操作台20上，套筒25固定在绝缘垫27上端，套杆26设置在套筒25的内部，套筒25与套杆26间隙配合，固定环29固定在套杆26接近静夹头14的一端，固定环29连接绝缘线16，接线端子28固定在套杆26的外侧端部。
固定环29焊接在套杆26上朝向主动机构15的一侧，两个套杆26上焊接固定环29的位置要相同。
所述检测机构18包括万用表31、铜导线32，万用表31的正负极分别连接铜导线32。铜导线32的另一端与套杆26上的接线端子28连接。
本实施例中的高速拉伸金属板材试样1厚度2mm，夹持部位宽度25mm，动态端2长度300mm，静态端4长度100mm。采用一种高速拉伸对中装置对试样1进行高速拉伸对中的方法，包括以下方法步骤：
1)将动态夹具6上移至几乎接近撞杆10上端时，将试样1的静态端4沿竖直方向插入预先松开5mm的两个静夹头14之间；
2)如第1)步操作后仍不能安全无损地将试样1放入两个静夹头14之间，则将动态夹具6所在的横梁上移，使试样1恰好能插入两个静夹头14之间；
3)拧紧静夹头14的紧固螺栓，使静夹头14的工作面与试样1间隙小于1mm但确保不等于零；
4)检查导线连接线路，确保铜导线32与各机构的连接正确，打开万用表31，拨到电阻档；
5)扳动旋转手轮24(当丝杠22螺纹为右旋螺纹时，逆时针扳动旋转手轮24，当丝杠22螺纹为左旋螺纹时，顺时针扳动旋转手轮24)，使滑块21带动圆筒19向试样1方向移动，此时绝缘线16在圆筒19的作用下带动两个套杆26向试样1方向移动；
当一侧的套杆26接触到试样1后，会将试样1向另一个方向推动，由于两个套杆26 是以夹头14工作面的中垂面为对称面对称设置的，因此当两个套杆26都充分接触到试样1时，试样1的静态端4会自动对中。
6)待套杆26充分接触试样1时，立即查看万用表31读数，直至电阻为零，则松开手轮24；
7)使动态夹具6缓慢下移，同时引导试样1穿入动态夹具6的腔体内而不至于接触动态夹具6的任何部位；
8)如果动态夹具6下移至下极限后，试样1仍未进入动态夹具6的腔体内，则下移横梁使得动态夹具6下移而继续引导试样1动态端2至动态端2顶部距离腔体的上端面约10mm的位置；
9)将动态对中机构3的两个对中锥7从动态夹具6腔体侧面的开口处插入撞杆10和试样1之间的空隙，使两个对中锥7的顶部朝上，侧平面面向试样1的截面；将定位片8水平插入撞杆10和试样1，并使定位片8上的1/2圆和1/4圆分别卡在前后两个撞杆10上，沿撞杆10上下移动定位片8和对中锥7，并调整定位片8上两个矩形片13的方向，使两个矩形片13均恰好沿长度方向卡入两个对中锥7侧平面构成的空隙中；
此时试样1的动态端2是以撞杆10的中心距为基准被初步对中。
10)预先将两个支撑杆11的下端分别与两个托盘12连接，然后将两个支撑杆11一前一后地沿撞杆10垂直穿过定位片8中部，并将支撑杆11的上端与动态夹具6腔体的外侧固定连接；
支撑杆11上设置有螺纹孔，在动态夹具6腔体的外侧相应位置也设置螺纹孔，支撑杆11与动态夹具6通过螺栓固定连接。
11)将10片厚度1mm的夹紧片9，8片厚度0.05mm的夹紧片9，5片厚度0.02mm的夹紧片9，以及2片厚度0.02mm的夹紧片9依次水平插入定位片8和托盘12之间，使得定位片8和对中锥7向上移动直至对中锥7被完全卡在动态夹具6腔体的上端面；
此时试样1的动态端2被最终对中并定位。
12)再次顺时针扳动手轮24，使万用表31的电阻为零，同时立即完全拧紧静夹头14，使试样1的静态端4完全固定；
13)依次取下动态对中机构3的所有零部件，完成试样1的高速拉伸对中。