[发明专利]金属板料反复弯曲包申格效应精密检测装置及方法

权利要求书

1.一种金属板料反复弯曲包申格效应精密检测装置，其特征在于：包括力学加载模块、固定在力学加载模块底部的具有前后加载支架的板料夹紧可调模块；力学加载模块通过试验机固定悬空并竖直设置，在力学加载模块和板料夹紧可调模块X方向左右两侧对称设置用于板料平整度调整的X方向调节块，各X方向调节块前后端分别固定在Y方向调节块上，并能够由Y方向调节块分别带动在底座上沿Y方向前后水平滑动；Y方向调节块的左右两端分别设置滑动导向槽，各滑动导向槽内侧分别和位于其中的扇形滑动块斜面配合，使得扇形滑动块能够沿滑动导向槽在Y方向前后水平运动且不偏移；U型横梁悬空横跨于X方向调节块上方且夹置在前后加载支架之间；前后加载支架之间沿Y向水平设置上压辊和下压辊，上压辊和下压辊间留有板料的通过间隙；两X方向调节块结构相同，各自均包括由前后支架支撑的至少一对能够沿Z向上下运动调整的夹紧辊，夹紧辊的水平调整上压辊和水平调整下压辊将板料夹置并均能够随板料位移而转动；在U型横梁的下表面安装上光栅位移传感器，相对应的，下光栅位移传感器的底座固定安装在扇形滑动块上表面；在U型横梁底部的左端或右端安装Y向光栅位移传感器；两个激光传感器分别对应安装在上光栅位移传感器和下光栅位移传感器的读数头上；上光栅位移传感器和下光栅位移传感器的读数头均能沿X向水平移动；各传感器均与数据采集盒信号连接。

2.根据权利要求1所述的金属板料反复弯曲包申格效应精密检测装置，其特征在于：夹紧辊的水平调整上压辊和水平调整下压辊两端均通过水平调整压辊可转动轴承可转动的固定在水平调整压辊滑块上，水平调整压辊滑块上下端均通过一个套置了压缩弹簧的可调节等高螺钉固定在滑块固定板上；滑块固定板固定在耳轴固定板上，耳轴固定在耳轴固定板上且穿过耳轴固定板之后通过小径滚动轴承旋转架设在各X方向调节块前后支架的支撑孔中。

3.根据权利要求2所述的金属板料反复弯曲包申格效应精密检测装置，其特征在于：在耳轴的外端头连接固定耳轴与角度传感器连接杆，耳轴与角度传感器连接杆的外断头连接角度传感器，角度传感器位于各X方向调节块前后支架的支撑孔外侧且与数据采集盒信号连接。

4.根据权利要求3所述的金属板料反复弯曲包申格效应精密检测装置，其特征在于：小径滚动轴承通过轴承固定套筒固定在各X方向调节块前后支架的支撑孔中，轴承固定套筒外端由固定法兰固定在前后支架上。

5.根据权利要求4所述的金属板料反复弯曲包申格效应精密检测装置，其特征在于：位于同一个X方向调节块的前后支架通过相互平行的上台阶螺钉和下台阶螺钉连接固定，上台阶螺钉和下台阶螺钉均由各自的台阶螺钉锁定。

6.根据权利要求5所述的金属板料反复弯曲包申格效应精密检测装置，其特征在于：上压辊和下压辊均各自通过预紧螺钉固定并根据板料夹紧可调节螺钉进行Z向加紧调整；X方向调节块前后支架底部均各自通过X方向预紧螺钉固定在各自的Y方向调节块上；各Y方向调节块通过Y方向预紧螺钉、Y方向预紧螺栓固定在Y方向调节块支撑垫板上，Y方向调节块支撑垫板下方依次与底座垫板、底座连接板连接在一起，底座连接板连接弯曲试验机连接部分。

7.采用上述权利要求之一所述的金属板料反复弯曲包申格效应精密检测装置进行的包申格效应检测方法，其特征在于：通过实时的数据检测获取反复弯曲金属板得到的载荷、位移和金属板表面坐标数据，利用目标函数优化算法得到精确的金属板包申格效应材料参数；具体步骤为：

金属板料反复弯曲包申格效应精密检测装置根据被测金属板料的长度、宽度和厚度灵活调节支撑和夹持部位；

在金属板反复弯曲过程中，测量任意时刻金属板料上下表面任意点位置各自的x，y，z坐标值，和此时角度传感器的测量角度β；计算板料上下表面任意点的曲率值r=tgθ；其中r为板料任意弯曲时的对应坐标点的曲率，θ为板料拟合后的任意点的弯曲角度；

在金属板料上施加载荷F，通过板料弯曲过程中的优化目标函数测定金属包申格效应的4个材料常数，4个材料常数分别为：各向同性硬化材料组成第一材料常数Q，单位MPa；各向同性硬化材料组成第二材料常数b；运动硬化材料组成第一材料常数C，单位GPa；运动硬化材料组成第二材料常数γ；所述板料弯曲过程中的优化目标函数为：

min[Φ(F,l,r,ϵ)]=]]>

12[Σi=1m(Fis(p)-Fie)2+Σi=1m(lis(p)-lie)2+Σj=1m×n(βis(p)-βie)2+Σj=1m×n(rjs(p)-rje)2+Σj=1m×n(ϵjs(p)-ϵje)2]12]]>

其中，F表示在i时刻的试验中加载的力，l为在i时刻的试验中板料上点的弯曲挠度，r为在i时刻的某点的曲率大小，ε为在i时刻的测量的某点的应变值，m为试验中记录的总的时间点数，向量p包含有4个材料参数，定义为p={Q，b，C，γ}^T；

对于板料在每个给定时刻i，记录板料上下表面的n个挠度；表示在i时刻的板料有限元模拟的载荷大小；表示在时刻的板料实际测量的载荷的大小；表示在i时刻的板料有限元模拟的挠度大小；表示在i时刻的板料实际测量的的挠度大小；表示在i时刻的板料有限元模拟的耳轴位置弯曲角度大小；表示在i时刻的板料在角度传感器下实际测量的耳轴位置弯曲角度大小；表示在i时刻的板料上j点处的有限元模拟的曲率半径大小；表示在i时刻的板料上j点处的实际测量的曲率半径大小；表示在i时刻的板料上j点处的有限元模拟的应变值；表示在i时刻的板料上j点处的实际测量的应变值；

对于任意i时刻，改变材料参数向量p={Q，b，C，γ}^T，应用有限元模型模拟计算载荷挠度曲率和应变与对应的该时刻实际测量载荷挠度曲率和应变共同计算定义的板料弯曲过程中的优化目标函数，得到使目标函数min[Ф(F，l，r，ε)]趋近于无限小时的材料参数向量p={Q，b，C，γ}^T；采用目标优化算法，对材料参数向量进行全局搜索，采用假设和迭代算法实现目标函数的最小化，确定包申格效应的材料参数参数Q，b，C，γ。