[发明专利]一种金属板材起皱失稳特征探究实验装置及方法

说明书

本发明公开一种金属板材起皱失稳特征探究实验装置及方法，涉及金属板材塑性加工技术领域，左支撑部件和右支撑部件对称固定于连接组件下端的两侧，左支撑块与左支撑部件转动连接，右支撑块与右支撑部件转动连接，左支撑块和右支撑块均由上至下向内侧倾斜设置，左夹具固定于左支撑块上，右夹具固定于右支撑块上，左夹具和右夹具用于限制试样的两个侧边的法向运动，前约束平板和后约束平板分别放置于试样的前侧和后侧，在线应变测量系统用于对试样起皱区形成的多皱纹进行在线实时拍照观测。本发明提供的金属板材起皱失稳特征探究实验装置及方法，符合实际边界条件并且能够准确实时观测起皱失稳的应变分布特征，适用于不同形状和尺寸的试样。

技术领域

本发明涉及金属板材塑性加工技术领域，特别是涉及一种金属板材起皱失稳特征探究实验装置及方法。

背景技术

随着航天、航空、汽车以及国防工业等高端精密装备行业中零件轻量化制造的趋势不断发展，板料减薄和强度提高等因素使得零件成形过程中贴膜性和定型性降低，进而造成金属板材在塑性加工过程中极易发生起皱失稳。此外，金属薄壁结构件成形过程中一直伴有复杂的接触和摩擦边界条件，因此在薄壁结构件中不可避免地产生不均匀的压缩应力。由压缩应力引起的起皱现象在塑性加工领域非常常见，如典型拉深成形工艺试验中的法兰起皱，因而，起皱失稳成为金属板材成形过程中的主要障碍和缺陷。零件在成形过程中一旦发生起皱失稳，不仅影响加工零件的成形质量和精度，对与试件接触的模具表面造成磨损，影响零件的后续加工质量。对金属板材中的起皱失稳进行研究是科研工作者积极探讨的问题。

金属板材的起皱失稳研究始于物理实验研究。目前，用于研究起皱失稳的实验方法很多，按其性质可以分为两类：一类是为了模拟板材的失稳基本机理而设计的特殊形状样本的简单测试实验，如方板拉伸实验(YBT)、圆盘皱曲实验(disc-wrinkling test)、方板皱曲实验(square-plate wrinkling test)等。其中在学术界被广为熟知并广泛使用的实验是日本学者吉田青太(Yoshida)在上世纪八十年代提出的方板对角拉伸试验YBT(Yoshida Buckling Test)，该试验一经提出，在学术界引起了巨大的轰动，全球学者或纷纷效仿方板对角拉伸试验YBT，或在此基础上改进方板对角拉伸试验YBT研究起皱失稳问题。这类实验虽然方便采集实验数据，便于建立相应的理论和数值模拟模型，讨论材料参数对临界起皱的影响，但是每种实验最终得到的起皱形貌都是单个皱纹的形式，与板料成形实验中的实际失稳起皱形貌有一定的差距。另一类是具有简单几何形状的典型试件的成形实验，例如斯威夫特杯实验(swift cup test)、环形板拉深实验(annular platedrawingtest)等；这类实验的结果虽然能更加接近真实起皱效果，其局限性在于不便于采集实验数据，且临界失稳状态及起皱形貌不便于观测。

现有的方板对角拉伸实验装置在试验过程中需要采用双动拉伸机，这对于没有配备此种拉伸机的科研人员提出了挑战，并且由于现有实验装置采用的都是不透明的材料加工而成，导致无法实时的观察试样的起皱失稳过程，临界起皱状态也无法精确观测，且对起皱失稳皱纹的检测方法不够先进，只能对板材起皱失稳最终的皱纹进行检测，不能实时观测起皱区的应变云图分布特征，并且只能肉眼观察，不适用于板材起皱失稳中存在的小皱纹的情况。因此，亟需一种符合实际边界条件并且能够准确观测起皱失稳的应变分布特征的实验装置及方法。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种金属板材起皱失稳特征探究实验装置及方法，符合实际边界条件并且能够准确实时观测起皱失稳的应变分布特征，适用于不同形状和尺寸的试样。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：