冷轧薄板低周疲劳试验抗屈曲装置的制作方法

本实用新型涉及金属材料力学性能测试技术领域，具体地指一种冷轧薄板低周疲劳试验抗屈曲装置。

背景技术：

随着汽车行业的竞争不断加剧，以及用户日益提高的安全性及可靠性要求，汽车材料的疲劳耐久性已成为各大汽车制造商考虑的重要因素，要进行汽车整车的疲劳耐久性设计首先必须了解所用材料的疲劳性能。以往，设计人员关注更多的是材料在低应力下高周疲劳寿命，但随着需要承受大变形的汽车零部件，譬如：发动机、轮毂、轮辐等零件的增多，零部件高应力下的低周疲劳寿命也越来越多的受到了各大汽车生产厂商的关注。

在此之前，冷轧汽车板进行低周疲劳试验时，一般采用传统的应变引伸计进行试验，国家标准GBT15248-2008《金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法》中对试样的设计提出了平行部长度为2.5～3.5倍试样厚度的要求，但由于冷轧汽车板试样太薄，厚度一般在1mm左右，按照上述国标要求，设计疲劳试样时其平行部长度为2.5～3.5mm，而现有应变引伸计的标距一般为25mm、20mm、10mm和8mm，试样平行部上无法加装应变引伸计进行控制。因此，在进行冷轧汽车板低周疲劳试验时，试样平行长度一般设计为与引伸计标距匹配，但这样设计就会导致平行部长度相对试样厚度过大，在低周疲劳试验过程中压向力不断作用下，压向塑性变形不断累积会形成屈曲，导致试样失效，测试结果并不准确。

为解决以上矛盾，国家标准GB/T3075-2008《疲劳试验轴向力试验方法》中推荐一种抗屈曲装置，由两块工字型夹板通过螺栓锁紧在 板状试样两侧，约束试样的横向变形。该装置能很好的改善屈曲现象，但是国家标准GB/T 3075-2008中同时也指出“通常不鼓励使用该抗屈曲约束装置”，因为该装置锁紧在试样平行部上同时还会约束试样的轴向变形，导致达到目标应变控制信号需要更大的外加载荷，进而影响试验结果真实性。另外，对于冷轧薄板来说，由于厚度仅为1mm左右，常规的应变引伸计刀口宽为10mm，通过橡皮筋箍紧在试样厚度方向时，应变引伸计会如同跷跷板一样两边跷动，无法稳定固定，这样也会影响应变信号的采集与控制，导致低周疲劳没法开展。

综上所述，冷轧汽车板低周疲劳试验开展的难点在于：1)冷轧汽车板太薄，厚度一般在1mm左右。为满足应变引伸计安装的需求，试样平行部长度往往大于10mm，不满足国家标准GBT15248-2008《金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法》中试样平行部长度为2.5～3.5倍试样厚度的要求，容易发生屈曲，影响试验准确性；2)对于冷轧薄板来说，由于厚度仅为1mm左右，常规的应变引伸计刀口宽10mm，通过橡皮筋箍紧在试样厚度方向时会如同跷跷板一样两边跷动，没法稳定固定，也会影响应变信号的采集与控制，导致低周疲劳无法进行。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是要克服现有冷轧汽车薄板低周疲劳试验存在的缺陷，提供一种冷轧薄板低周疲劳试验抗屈曲装置，它能有效约束试样横向变形减少屈曲发生几率的同时不影响试样的轴向变形的、保证引伸计在试样厚度方向固定平稳且仅与试样厚度刚性接触，传递真实的薄板试样应变。

为实现上述目的，本实用新型所设计的冷轧薄板低周疲劳试验抗屈曲装置，其特殊之处在于：该装置包括夹持在薄板试样正、反两面的两组长抗屈曲板和短抗屈曲板，

所述长抗屈曲板呈T形结构，其翼板两侧分别开设有第一圆形通孔，所述长抗屈曲板的腹板上表面开设有第一外护板定位螺孔，所述 长抗屈曲板的腹板顶端设置有截面积小于腹板的矩形滑条；

所述短抗屈曲板也呈T形结构，其翼板两侧分别开设有第二圆形通孔，所述短抗屈曲板的腹板上表面开设有第二外护板定位螺孔，所述短抗屈曲板的腹板顶端设置有与矩形滑条插接配合的矩形滑槽；

所述长抗屈曲板和短抗屈曲板的腹板上表面还设置有外护板，所述外护板上开设有分别与第一外护板定位螺孔和第二外护板定位螺孔相配合的腰形孔，所述外护板通过穿过腰形孔第一外护板定位螺孔和第二外护板定位螺孔的定位螺杆与长抗屈曲板和短抗屈曲板连接；

所述薄板试样正、反两面的两组长抗屈曲板和短抗屈曲板分别通过穿过第一圆形通孔和第二圆形通孔的锁紧螺栓锁紧固定；

所述长抗屈曲板和短抗屈曲板的腹板同一侧面分别设置有弹性支撑片。优选地，所述弹性支撑片包括固定平面板，所述固定平面板的一侧设置有向内折弯的翻边板，所述固定平面板上开设有支撑片定位腰形孔，所述弹性支撑片通过穿过支撑片定位腰形孔的支撑片定位螺栓与对应的所述长抗屈曲板和短抗屈曲板的腹板连接固定。这样，能够很好地支撑引伸计的刀口部位，并保持其刚性。

优选地，所述夹持在薄板试样正、反两面的两组长抗屈曲板和短抗屈曲板错位非对称布置。这样，可以保证正、反两面的抗屈曲板接缝不在同一个水平位置，以免出现接缝对称时，接缝对应试样表面无横向约束发生屈曲。

本实用新型所设计的冷轧薄板低周疲劳试验抗屈曲装置，具有以下优点：

1)抗屈曲版采用工字型分体滑动连接式结构设计，有效地改善了抗屈曲装置对试样轴向变形的约束；

2)针对冷轧薄板低周疲劳试验引伸计难于固定的问题，在抗屈曲装置厚度方向设计了一组弹性支撑片，保证了应变引伸计在薄板试样厚度方向稳定安装，确保应变控制得以实施；

3)为提高抗屈曲装置系统刚度，本实用新型还设计了一对外护 板进行加固，同时外护板与抗屈曲板通过腰形孔实现滑动连接，不影响试样轴向变形，仅约束横向变形。

附图说明

图1为本实用新型冷轧薄板低周疲劳试验抗屈曲装置的爆炸结构示意图；

图2为冷轧薄板低周疲劳试验抗屈曲装置的装配结构示意图；

图3为图1中长抗屈曲板的放大结构示意图；

图4为图1中短抗屈曲板的放大结构示意图；

图5为图1中外护板的放大结构示意图；

图6为图1中弹性支撑片的放大结构示意图；

图7为冷轧薄板低周疲劳试验抗屈曲装置上夹持引伸计的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图1～7中所示的冷轧薄板低周疲劳试验抗屈曲装置，包括夹持在薄板试样1正、反两面的两组长抗屈曲板2和短抗屈曲板3，两组长抗屈曲板2和短抗屈曲板3错位非对称布置。譬如：正面上端为长抗屈曲板2，下端为短抗屈曲板3，则反面上端为短抗屈曲板3，下端为长抗屈曲板2。这样的组装形式保证正、反两面的抗屈曲板接缝不在同一个水平位置，以免出现接缝对称时，接缝对应试样表面无横向约束发生屈曲。

长抗屈曲板2呈T形结构，其翼板两侧分别开设有第一圆形通孔2.1，长抗屈曲板2的腹板上表面开设有第一外护板定位螺孔2.2，长抗屈曲板2的腹板顶端设置有截面积小于腹板的矩形滑条6；

短抗屈曲板3也呈T形结构，其翼板两侧分别开设有第二圆形通孔3.1，短抗屈曲板3的腹板上表面开设有第二外护板定位螺孔3.2，短抗屈曲板3的腹板顶端设置有与矩形滑条6插接配合的矩形滑槽7；

薄板试样1正、反两面的组装工字型抗屈曲板通过四根锁紧螺栓 11分别穿过第一圆形通孔2.1和第二圆形通孔3.1将长抗屈曲板2和短抗屈曲板3锁紧，确保试样大变形时抗屈曲板不会发生下滑，同时可通过矩形滑条6和矩形滑槽7的调节实现轴向伸缩，随试样被测段一起变形。

长抗屈曲板2和短抗屈曲板3的腹板上表面还设置有外护板8，外护板8上开设有分别与第一外护板定位螺孔2.2和第二外护板定位螺孔3.2相配合的腰形孔9，外护板8通过穿过腰形孔9、第一外护板定位螺孔2.2和第二外护板定位螺孔3.2的定位螺杆10与长抗屈曲板2和短抗屈曲板3连接；定位螺杆10仅需拧入长、短抗屈曲板腹板外表面一定深度，保证外护板8与长、短抗屈曲板接触无间隙，提高抗屈曲板刚度的作用，但不需要完全锁紧，因为锁紧后会影响长、短抗屈曲板接缝处的滑动伸缩。

长抗屈曲板2和短抗屈曲板3的腹板同一侧面分别设置有弹性支撑片12；弹性支撑片12包括固定平面板12.1，固定平面板12.1的一侧设置有向内折弯的翻边板12.2，固定平面板12.1上开设有支撑片定位腰形孔12.3；弹性支撑片12通过穿过支撑片定位腰形孔12.3的支撑片定位螺栓13与对应的长抗屈曲板2和短抗屈曲板3的腹板连接固定。

所设计的冷轧薄板低周疲劳试验抗屈曲装置，使用过程如下：

1)将长抗屈曲板2上矩形滑条6插入短抗屈曲板3上的矩形滑槽7中，构成薄板试样单侧抗屈曲板，长抗屈曲板2朝上，短抗屈曲板3朝下，放置于试样背面。以同样方式拼接试样正面的抗屈曲板，但是长抗屈曲板2朝下，短抗屈曲板3朝上，放置于试样正面；

2)调节正、反两面长抗屈曲板2与短抗屈曲板3接缝宽度为矩形滑条6长度的一半。将四根锁紧螺栓11分别穿过第一圆形通孔2.1和第二圆形通孔3.1将正、反两面长抗屈曲板2与短抗屈曲板3锁紧，将抗屈曲板固定在试样平行部上。锁紧时两侧抗屈曲板腹板完全覆盖试样的平行部及过渡弧长度，宽度方向上抗屈曲板与试样平行部平 行，但边部不重合，抗屈曲板相对试样稍微内缩1～2mm，即有试样平行部的宽度方向有1～2mm无抗屈曲板覆盖；

3)将如图6所示弹性支撑片12通过支撑片定位螺栓13，锁入长抗屈曲板2的弹性支撑片定位孔和短抗屈曲板3的弹性支撑片定位孔上。然后，滑动支撑片定位腰形孔12.3使长、短抗屈曲板上的弹性支撑片12的翻边板12.2的中心位置间距刚好等于外置应变引伸计的刀口宽度。抗屈曲板安装弹性支撑片一侧确保弹性支撑片高度与试样未被覆盖侧宽度平齐。若不平齐，可调整步骤2)中内缩距离来实现。

4)将如图5所示外护板8通过定位螺杆10穿过腰形孔9锁定在试样正面长、短抗屈曲板外表面。滑动腰形孔9使外护板8相对长、短抗屈曲板接缝对称，然后将定位螺杆10拧入至与外护板8外表面接触，消除间隙但不锁紧，保证外护板8在试样及长、短抗屈曲板上、下变形时可沿腰形孔9自由滑动。这样外护板8就可起到约束抗屈曲系统横向变形，但不影响轴向变形的作用。试样反面外护板安装步骤与正面一致。

5)将试样上夹持端加入试验机夹头，将如图7所示应变引伸计的上下刀口分别接触到4个弹性支撑片12的翻边板12.2中心位置，用橡皮筋将应变引伸计环形箍紧在试样厚度方向。此时，弹性铜片起支撑应变引伸计不让其与试样厚度面接触后发生跷动的作用。引伸计刀口与弹性支撑片12为柔性接触，与试样厚度截面为刚性接触，可以传递试样本身的轴向变形。应变引伸计固定后如图7所示。

6)对疲劳试验机载荷进行清零，然后夹紧试验机下夹具。拔出应变引伸计定位针，开启低周疲劳试验程序，开始执行冷轧汽车薄板低周疲劳试验。

最后，应当指出，以上实施例仅是本实用新型较有代表性的例子。显然，本实用新型不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本实用新型的保护范围。