[发明专利]一种拉伸剪切组合延性断裂实验系统及实验方法

说明书

本发明提供一种拉伸剪切组合延性断裂实验系统，包括控制装置和拉伸试验机，拉伸试验机的上夹头和下夹头之间装夹有拉伸剪切组合试样，试样中部具有平行段，平行段为平板，在其表面开有相对设置、大小相同且贯穿厚度的两个缺口，两缺口的对称轴线与试样的中心轴线之间形成预设夹角，平行段沿中心轴线的两侧设有环形凸台；环形凸台连接引伸杆，引伸杆包括上、下引伸杆，下引伸杆与光栅测微仪固接，光栅测微仪的测量端正对上引伸杆。本发明还提供一种拉伸剪切组合延性断裂实验方法。本发明由于采用了具有两个缺口的试样，且试样的预设夹角可以改变，因此通过改变试样尺寸，且仅在单向拉伸的加载情况下，可获得宽范围的应力三轴度水平和罗德参数水平。

技术领域

本发明涉及材料性能测试领域，具体涉及一种拉伸剪切组合延性断裂实验系统及实验方法。

背景技术

材料的延性断裂是结构部件主要的断裂失效形式，而工程上的结构构件又多处于复杂的多轴应力状态，研究多轴应力状态下材料延性断裂性能响应对保证工程结构构件安全运行有很重要的工程意义。多轴应力状态一般用应力三轴度(平均应力与米塞斯应力的比值)和罗德参数来表征，开展宽范围多轴应力状态下的断裂实验可以更深入了解多轴应力状态对金属材料的延性、损伤机制以及失效模式的影响

检索现有的公开文献与技术资料发现，目前多数实验都采用圆棒缺口试样，平板试样等来研究多轴应力状态对材料延性断裂性能的影响，其只能够反映出应力三轴度大于1/3且罗德参数为-1、0、1的应力状态，而应力三轴度水平在0-1/3之间和其它数值的罗德参数水平下的实验方案还很少见，其中，瑞典皇家理工学院的Faleskog(I.Barsoum,J.Faleskog,Rupture mechanisms in combined tension and shear-experiments,Int JSolids Struct 44(6)(2007)1768-1786.)和麻省理工学院的Mohr(D.Mohr,S.Henn,Calibration of stress-triaxiality dependent crack formation criteria:a newhybrid experimental–numerical method,Exp Mech 47(6)(2007)805-820.)分别采用拉扭双缺口管试样和蝴蝶试样来研究较低的应力三轴度水平和不同的罗德参数对材料断裂性能的影响。然而，上述两个实验方案存在如下问题，(1)拉扭实验对双缺口管试样的加工精度要求较高，且试样变形较难直接测量；(2)双缺口管试样为空心圆柱管状且需在内壁表面制备缺口，在现有的加工技术下制备难度较大；(3)蝴蝶试样因其需要在特殊的试验装备上通过专门设计的夹具来加载，故其实验搭建较复杂。

中国专利公开号CN107991149A，发明名称为“一种利用单向拉伸获得金属板材拉剪复合变形的方法”，该专利文件设计了一种带弧形缺口和中心减薄的板状试样，在单向拉伸的情况下，在变形区获得拉剪复合变形，然后该试样因为中心带有弧度的缺口且壁厚较薄，不易加工，且在加工制备过程中容易在中心部位产生较大的加工变形，进而影响实验的可靠性。中国专利公开号CN106989990A和CN103335898A，发明名称分别为“新型板料拉伸-剪切双向加载试验系统”和“拉伸-剪切复合加载模式下材料微观力学性能原位测试装置”的两个专利文件都设计了一种通过两个驱动机构在垂直方向上对试样施加载荷，进而构造出拉伸剪切受力状态的实验装置，主要不同的是后者开展的是原位实验，然而，两个专利文件只有搭建其复杂的实验装置才能开展拉伸剪切实验，实验实施不便捷，且难度较大，其次，装置的装配精度等因素也会影响其加载情况。由此可见，现在迫切需要一搭建简单、操作容易且试样易于加工的多轴延性断裂实验系统，以研究低应力三轴度水平和其他罗德参数水平对材料损伤机制的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种拉伸剪切组合延性断裂实验系统及实验方法，以研究宽范围的应力三轴度水平和罗德参数水平对材料延性断裂性能的影响，具有搭建简单、操作容易，试样易于加工等特点。