一种高强度金属板材剪切力学实验装置及其测试方法与流程

本发明涉及一种高强度金属板材剪切力学实验装置及其测试方法。

背景技术：

近年来，随着轻量化材料及相关成形技术的发展，高强度金属板材的应用越来越广泛，例如先进高强度钢板、钛合金板等。板材在塑性成形过程中通常会经历大的塑性变形及复杂应变路径，应变路径的突然改变对板料力学性能会产生非常大的影响。因此在进行产品设计之初，有必要对板材在典型复杂应变路径条件下的力学性能进行测试，从而更好地进行板料成形工艺的设计和优化。

简单剪切实验能够对板材的塑性力学性能进行测试，尤其是对于板材在正反向加载条件下的塑性力学性能。相对于常用的拉伸压缩实验，其优点在于：可以实现较大的塑性变形而不发生塑性失稳。因此，这种实验方法更适用于强度高但延伸率相对较低的高强度金属板材。

目前对板材简单剪切实验条件下的测试装置主要针对铝合金或低碳钢等强度较低材料。而对于高强度金属板材，在实验过程中则会出现夹紧力不够、试样滑移以及装置侧向偏移，试样旋转变形等失效行为。因此，对于复杂应变路径条件下高强度金属板材塑性力学性能无法进行准确地测量及表征。

技术实现要素：

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种高强度金属板材剪切力学实验装置及其测试方法，方便实现剪切力学试验测试。

本发明解决技术问题所采用的方案是：一种高强度金属板材剪切力学实验装置，包括上下设置的上模板和下模板，所述上模板安装有一个以上的导套，每个导套内配合贯穿设有一导柱，所述导柱对应固定于所述下模板上，所述导套沿导柱上下滑动；所述上模块和下模块之间还固定设有一左固定块和右固定块，所述左固定块和右固定块之间对称设有一左镶块和右镶块，所述左镶块和右镶块之间卡设有金属板材试样；所述金属板材试样的上表面还左右对称设有内压板，两个内压板分别经外压块压紧至左固定块和右固定块上。

进一步的，所述左固定块经螺钉固定于所述上模板上，所述右固定块经螺钉固定于所述下模块板上。

进一步的，所述左固定块、右固定块、两个内压板和两个外压板上的对应位置处分别设有若干个螺纹孔，两个内压板分别经螺栓锁紧在左固定块和右固定块上，用于压紧金属板材试样，并且两个外压板分别经螺栓锁紧在左固定块和右固定块上，用于压紧内压板。

进一步的，所述上模板和下模板设置于一压缩机上，所述上模板固定于所述压缩机的压缩滑块上，所述下模块固定于所述压缩机的固定座上，所述上模板经压缩机驱动沿压缩滑块上下运动。

进一步的，所述内压块底面与金属板材试样接触面设有用于增大摩擦力的纹路。

进一步的，所述导套为四个，分别设置于上模板上四角边沿处。

进一步的，所述左镶块和右镶块的内侧对应设有一用于卡设金属板材试样的凹槽。

进一步的，所述凹槽与金属板材试验接触面设有用于增大摩擦力的纹路。

进一步的，所述金属板材试样的外表面喷涂有黑白相间的花纹。

本发明还提供一种一如上述所述的高强度金属板材剪切力学实验装置的测试方法，包括以下步骤：

步骤s1：将上模板固定于压缩机的压缩滑块上，并且将下模块固定于压缩机的固定座上，并且将左固定块、右固定块、左镶块和右镶块配合连接，进行装配；

步骤s2：在金属板材试样的外表面喷涂有黑白相间的花纹；

步骤s3：将金属板材试样卡设于左镶块和右镶块之间，并且与左镶块和右镶块的凹槽相配合；

步骤s4：将两个内压板分别通过螺栓锁紧在左固定块和右固定块上，用于压紧金属板材试样，并且两个外压板分别通过螺栓锁紧在左固定块和右固定块上，用于压紧内压板；

步骤s5：通过压缩机驱动上模板沿压缩滑块向上或向下运动，对金属板材试样进行正向剪切加载或反向剪切加载,同时采用高分辨率光学摄像头连续拍摄观察金属板材试样外表面的花纹变化过程,获取金属板材剪切力学性能数据。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：通过左镶块和右镶块配合卡设金属板材试样，通过内压板和外压板配合压紧金属板材试样；同时通过将上模板和下模板安装在压缩机上试验剪切力实验，实现测试金属板材试验在正反加载力下的力学性能，结构简单，方便操作。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为本发明实施例提供的实验装置的主视图。

图2为图中a-a的剖视图。

图3为本发明实施例提供的实验室装置的结构分解图。

图中：

1-上模板；2-下模板；3-导套；4-导柱；5-左固定块；6-右固定块；7-左镶块；8-右镶块；9-内压板；10-外压板；11-金属板材试样；12-模柄。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1～3所示，本实施例的一种高强度金属板材剪切力学实验装置，包括上下设置的上模板1和下模板2，所述上模板1安装有一个以上的导套3，每个导套3内配合贯穿设有一导柱4，所述导柱4对应固定于所述下模板2上，所述导套3沿导柱4上下滑动；所述上模块和下模块之间还固定设有一左固定块5和右固定块6，所述左固定块5和右固定块6之间对称设有一左镶块7和右镶块8，所述左镶块7和右镶块8之间卡设有金属板材试样11；所述金属板材试样11的上表面还左右对称设有内压板9，两个内压板9分别经外压块压紧至左固定块5和右固定块6上。所述左镶块7和右镶块8设置于左固定块5和右固定块6之间，可以根据不同的金属板材试样11选择不同的镶块进行配合。

从上述可知，本发明的有益效果在于：本发明适用于高强度金属板材的简单剪切力学实验，金属板材试样11固定于左镶块7和右镶块8之间的凹槽上，凹槽底部设有增大摩擦力的纹路，通过内压板9和外压板10配合进行压紧固定，内压板9与金属板材试样11的接触面上也设有增大摩擦力的纹路，一方面试样受到凹槽的限制作用，另一方面纹路的设计使摩擦力大大增加，保证了高强度板材试样在大剪切力的加载条件下不会滑动；可以根据金属板材试样11厚度采用不同镶块，从而进行不同厚度板材的剪切实验。本发明提供的实验装置整体结构简单、紧凑；试样采用机械式装夹方式，操作方便。

在本实施例中，所述左固定块5经螺钉固定于所述上模板1上，所述右固定块6经螺钉固定于所述下模块板上。

在本实施例中，所述左固定块5、右固定块6、两个内压板9和两个外压板10上的对应位置处分别设有若干个螺纹孔，两个内压板9分别经螺栓锁紧在左固定块5和右固定块6上，用于压紧金属板材试样11，并且两个外压板10分别经螺栓锁紧在左固定块5和右固定块6上，用于压紧内压板9。

在本实施例中，所述上模板1和下模板2设置于一压缩机上，所述上模板1固定于所述压缩机的压缩滑块上，所述下模块固定于所述压缩机的固定座上，所述上模板1经压缩机驱动沿压缩滑块上下运动。所述上模板1和下模板2的外端部分别设有一模柄12，所述上模板1通过上模板1上的模柄12与压缩机的压缩滑块固定连接，所述下模板2通过下模板2上的模柄12与压缩机的固定座固定连接。

在本实施例中，所述内压块底面与金属板材试样11接触面设有用于增大摩擦力的纹路。

在本实施例中，所述导套3为四个，分别设置于上模板1上四角边沿处。每个导套3分别配合穿设有一导柱4，使得上模板1沿着导柱4上下运动。采用四个导柱4导套3整体式导向结构，在进行剪切运动时导柱4始终在导套3的约束下进行上下滑动，可以防止在剪切过程中出现侧向偏移而导致的试样旋转变形。

在本实施例中，所述左镶块7和右镶块8的内侧对应设有一用于卡设金属板材试样11的凹槽。

在本实施例中，所述凹槽与金属板材试验接触面设有用于增大摩擦力的纹路。

在本实施例中，所述金属板材试样11的外表面喷涂有黑白相间的花纹。通过花纹可以更好的观察测试之后的金属板材试样11的变化。

本发明还提供一种如上述所述的高强度金属板材剪切力学实验装置的测试方法，包括以下步骤：

步骤s1：将上模板1固定于压缩机的压缩滑块上，并且将下模块固定于压缩机的固定座上，并且将左固定块5、右固定块6、左镶块7和右镶块8配合连接，进行装配；

步骤s2：在金属板材试样11的外表面喷涂有黑白相间的花纹；

步骤s3：将金属板材试样11卡设于左镶块7和右镶块8之间，并且与左镶块7和右镶块8的凹槽相配合；

步骤s4：将两个内压板9分别通过螺栓锁紧在左固定块5和右固定块6上，用于压紧金属板材试样11，并且两个外压板10分别通过螺栓锁紧在左固定块5和右固定块6上，用于压紧内压板9；

步骤s5：通过压缩机驱动上模板1沿压缩滑块向上或向下运动，对金属板材试样11进行正向剪切加载或反向剪切加载,同时采用高分辨率光学摄像头连续拍摄观察金属板材试样11外表面的花纹变化过程,获取金属板材剪切力学性能数据。在步骤s4中，根据不同金属板材试验施加不同的螺栓拧紧力，通过内压板9和外压板10配合进行压紧。

综上所述，本发明提供的一种高强度金属板材剪切力学实验装置及其测试方法，结构简单，操作方便，易于实现，广泛适用于航空航天、汽车和船舶工业的高强度轻量化金属板材塑性力学性能测试要求。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。