[发明专利]一种厚向应力作用下的板材起皱性能试验装置及方法

权利要求书

1.一种厚向应力作用下的板材起皱性能试验装置，包括密闭箱体、拉伸装置、流体压力系统、加热系统、冷却系统、压力测量系统、温度测量装置和数据采集处理装置；

密闭箱体包括箱体、固定模具、箱体盖板、闭合油缸和垫块；箱体中心具有凹腔，凹腔分为上、下两个部分，下部凹腔侧面开有凹槽，上部凹腔两个对称侧面分别设有一个拉伸杆安装孔，每个拉伸杆安装孔与一个拉伸杆配合；上部凹腔另外两个对称侧面分别设有一个固定模具，用来夹持和固定试验板材；箱体盖板和箱体固定连接，箱体盖板与箱体之间设有高温密封圈，箱体底部固定在垫块上，垫块安装固定在机架上；

设有两套拉伸装置，对称设置，两个拉伸杆处于同一条直线上，拉伸装置包括主缸、活塞、拉伸杆、支撑块、试件夹头和位移传感器；拉伸杆水平穿透箱体的拉伸杆安装孔，位于工作腔内部的拉伸杆的端头通过固定有试件夹头，用于连接并预紧方板试验件，拉伸杆的另一端均位于箱体外，连接活塞，活塞设置在主缸中，支撑块固定在箱体的外壁表面，用于支撑拉伸杆；主缸固定在底座上，底座和机架连接在一起；在拉伸杆上设置有位移传感器，用于测量试验时的拉伸位移；

加热系统包括保温层、加热单元和防溅隔板；保温层、加热单元和防溅隔板依次安装在密闭箱体的下部凹腔的凹槽中，防溅隔板与上部凹腔的内部侧壁相平齐，并与凹腔的底部内壁、上部凹腔的内部侧壁之间分别进行固定，使保温层、加热单元和防溅隔板之间形成加热室，上部凹腔的内部侧壁、防溅隔板的外壁、凹腔的底部内壁与箱体盖板内壁之间形成工作腔；

流体压力系统包括流体压力产生装置和溢流阀；流体压力产生装置包括低压腔和高压腔，高压腔通过高压管路与工作油腔相连，流体压力产生装置将高压流体压入工作油腔，低压腔与溢流阀连接，通过设定溢流阀的压力，控制工作油腔中的压力；

压力测量系统通过高压管路与工作油腔相通，固定在箱体外壁上，用于测量试验时油腔中的实际压力；

温度测量装置固定在箱体外壁上，热电偶伸入工作油腔中用于测量工作油腔中的实际温度；

在箱体壁上开出冷却水孔，通循环冷却水对箱体外壁进行冷却，形成冷却系统；

数据采集处理装置通过线路分别与压力测量系统、温度测量装置连接，用于实时采集、处理和显示试验过程中的压力和温度数据。

2.根据权力要求1所述的一种厚向应力作用下的板材起皱性能试验装置，所述的加热单元采用加热管或电阻丝。

3.根据权力要求1所述的一种厚向应力作用下的板材起皱性能试验装置，所述的流体压力产生装置和溢流阀设置1～2套。

4.根据权力要求1所述的一种厚向应力作用下的板材起皱性能试验装置，所述的流体压力产生装置为增压器、倍加器、放大器、手动泵、电动泵、普通油缸、伺服油缸、普通气缸、伺服气缸、数字油缸或数字气缸。

5.根据权力要求1所述的一种厚向应力作用下的板材起皱性能试验装置，所述的主缸为伺服油缸。

6.根据权力要求1所述的一种厚向应力作用下的板材起皱性能试验装置，所述的闭合油缸为伺服油缸或普通油缸.

7.根据权力要求1所述的一种流体压力提供厚向应力的板材摩擦性能试验装置，所述的拉伸杆与箱体的连接处进行密封处理。

8.应用权利要求1所述装置在厚向应力作用下的板材起皱试验方法，具体包括以下几个步骤：

步骤一：准备多组100×100mm的方板试样，试样分为两个固定区和两个夹持区，固定区在箱体内的固定模具上固定，夹持区在试件夹头上夹持固定，夹持宽度均为40mm，在试样的拉伸轴线上标记出长度为75mm的测量基准区，拉伸时的相对伸长记为λ₇₅；

步骤二：将箱体盖板与箱体装配在一起并且固定，盖板与箱体间用高温密封圈密封，驱动闭合油缸，使油缸产生压力压紧箱体盖板，保证工作油腔处于密封状态；

步骤三：开启流体压力产生装置，将低压油液注入工作油腔，然后关闭流体压力产生装置，开启加热系统，对油液进行加热，通过油液的热传导将试样加热到预定温度；

步骤四：开启数据采集和处理装置，再次开启流体压力产生装置，调节溢流阀压力，使高压流体充满工作油腔，流体压力作用在试样上，为板材提供厚向应力环境，同时开启冷却系统，对箱体进行冷却；

步骤五：驱动两个主缸，两个拉伸杆对试样进行拉伸，位移传感器记录拉伸长度，当相对拉伸长度λ₇₅＝1％时，停止拉伸，试验停止；

步骤六：关闭加热系统和流体压力产生装置，停止驱动主缸，通过驱动低压腔内的活塞向后移动，对工作腔进行泄压，驱动闭合油缸回程；

步骤七：待系统冷却到室温，打开箱体盖板，取出试样；

步骤八：更换试样进行试验，重复步骤二至步骤七，改变工作油腔内压力重复试验；

步骤九：试验完成后工作油腔内油液回流并收集，关系冷却系统；

步骤十：对试样进行简单清理，进行数据处理，取中心跨b＝25mm内的拱曲高度为h值；试验结果用两个指标来度量：

(1)在一定的温度下，用多组试样分别设置不同的油腔内压力进行试验，绘制出油腔内压力—拱曲高度曲线，以此曲线判断材料的起皱趋势；

(2)提出起皱系数作为抗皱性的评估指标，即L_λ越大，材料的抗皱性越差，也就是材料越容易起皱，式中，p为油液压力，p_m为板材不起皱时油液的临界压力。