[实用新型]臂上开缝且中心区减薄型十字形试件

说明书

技术领域：

本实用新型一种臂上开缝且中心区减薄型十字形试件，具体为板材双向拉伸实验的试件，属于板料塑性成形技术领域。

背景技术：

在板料塑性成形领域，塑性屈服行为一直是重要的研究热点，尤其是随着诸多新工艺、新结构、新材质的板材和一些新成形工艺的不断推出，对屈服行为(包括初始屈服和后继屈服)的准确确定是在理论解析和有限元分析中得到精确结果的关键。

传统的用于屈服行为研究的实验方法都有一定的局限性。应用薄壁管在轴向载荷和内压、轴向载荷和扭转载荷作用下的试验可实现不同的应变路径，但管件与板材在性能上有一定的差距；可用单拉试验、圆板胀形试验、平面应变试验和压缩试验等基本试验组合，但仅能得到如单拉、平面应变或等双拉点等特定数据；由多块板料胶合在一起的双向压缩实验，可通过改变加载方式得到不同的加载路径，但由于摩擦引起的误差，无法建立精确的应力应变关系。目前，采用平板形试件进行双拉实验成为近来的主要方向。

平板形试件双拉实验中，十字形双向拉伸成为近来的研究热点。随着实验设备精密制造及计算机控制技术的发展，十字形双向拉伸试验已经成为研究复杂加载应变路径最为方便的方法，特别是其具有可以直接计算应力、应变数值的优点。通过控制拉伸两轴的载荷或位移大小，改变试件两轴的拉力比值使中心区得到不同的应力应变状态，实现复杂加载，得到不同加载路径下双拉区应力应变分布，建立相关屈服状态。平面十字形试件双向拉伸实验方法早在20世纪60年代就被提出，但直到近年来才取得一些突破，得到有关应用。

限制平面十字形试件双向拉伸实验应用的主要问题有^[1]：①十字形双向拉伸试件的设计和制备，解决试件中心区应力应变分布不均匀、圆角处应力集中较大、两轴载荷互相干涉、变形不规律和实现中心区大变形问题；②试件中心区应力、应变的测量和计算方法，尤其是中心区应力的确定问题；③双向拉伸载荷方式的控制，以实现不同的双拉加载、无卸载非比例加载和双线性加载等不同的加载路径。目前，对于第三个问题已经较好地解决，关键的问题是解决中心区大变形、受力不均和中心区应力的测量问题，重点是十字形试件的设计。

实现中心区应力分布均匀和大变形，两者既相互联系，但具体实现又有相互矛盾的地方。研究者设计了多种不同形式中心区和十字臂的十字形试件。

为实现中心区的更大的变形量，早期的一些研究围绕十字臂展开，如在十字臂上采用焊接或螺栓连接的方式增加多个加强块或加强板的十字形试件，使试件的加工工序复杂；另一种为梯形十字臂的试件。所能达到的效果均有限。

D.Banabic^[2]、W.Müller等^[3]在Kreiβig研究成果的基础上给出了一种圆角很大且深入到试件中心区的十字形试件，圆角的存在使剪应力的影响较大，中心区应力计算不方便且不准确。

为了解决中心区正应力不均匀的问题，臂上开槽/缝型的十字形试件被提出。Kuwabara等^[4]在其研究中，应用了臂上开缝的十字形试件，得到的中心区变形量也是有限的。

Kelly^[5]则将中心区减薄与十字臂开槽相结合，提出了用开槽将十字臂分开的十字形试件。Demmerle和Boehler^[6]给出了几种改进的十字形试件，包括梯形臂开槽+中心区方形减薄、直臂开槽+中心区圆形减薄、铰链式十字臂+开槽。研究了一些几何尺寸参数，如开槽间距、槽宽、圆角半径、中心变薄区几何尺寸等对中心区应力、应变的影响，认为较优的臂厚带铰链式过渡且开槽的减薄试件能达到其设计目的，但加工复杂，要求材料厚度较大。

Lin和Ding^[7]在其研究中采用了臂上开槽+中心区减薄的形式，每个十字臂上分别有4条槽，并4个孔用于加载拉伸，减薄方式为二次轧制。

Green等^[8]采用了臂上开槽、中心区方形减薄的十字形试件，但十字臂开槽分布不均匀，且减薄区宽度小于臂的宽度。这样的优点是可以得到较大变形，但中心区应力计算不方便。

Yu等^[9]基于极限应变分析，对十字形试件进行了优化设计。其采用中心区二次减薄的设计方案，先是十字槽形减薄，然后再在中心进行圆形减薄，以进一步使变形集中在中心区。但是，该设计方案不利于加工制备，且由于形状复杂，中心区应力的计算较困难。