[发明专利]一种板材纯剪切实验加载装置

说明书

本发明提供了一种板材纯剪切实验加载装置，属于板材力学性能测试技术领域，包括第一连接组件与第二连接组件，所述第一连接组件与第二连接组件结构相同且相对错位设置，第一连接组件与第二连接组件内部均安装有相对设置的第一移动条栓和第二移动条栓，第一连接组件与第二连接组件内部均设置有板材，所述第一移动条栓和第二移动条栓之间通过第一锁紧螺栓系统和第二锁紧螺栓系统相连。本发明实施过程简单，不需要设计特殊设备，用常规拉伸实验机即可完成；本发明通过第一加载剪切芯轴与第二加载剪切芯轴的无间隙相对移动，使得待测板材的剪切受力仅仅发生在一对固定的剪切平面上；剪切变形亦发生在固定的剪切面上，其它区域不发生任何塑性变形。

技术领域

本发明属于板材力学性能测试技术领域，具体是一种板材纯剪切实验加载装置。

背景技术

在汽车、飞机及造船工业中，板材，特别是轧制板材获得了广泛地应用。几何形状不同的产品经由不同的加工工艺，例如，应用最为普遍的冲压成形工艺，使之得到最终成形结构形状。经塑性加工后的板材零件对整体产品的质量起到关键的作用，例如，对于汽车整体质量而言，起到至关重要的作用。

为了避免板材在塑性加工过程中发生起皱与开裂等失效现象，需要了解所用板材的力学性能，特别是需要借助计算机数值仿真技术，模拟成形过程中板材呈现出的可成形特性，包括对应的应力-应变关系，以及对板材成形极限的预测等，并依此合理地设计与优化成形工艺参数，有效地缩短零件的开发流程、降低零件研发成本。为了满足此项工作，首先需要获得准确的板材实验力学性能实验数据，材料的基本实验数据是实现仿真预测的基本条件，也是实际工程应用中需要的极为重要的材料可应用性参数。

描述板材力学性能的基本实验数据包括单向拉伸实验，双向拉伸实验，但是，由于金属材料发生塑性变形时，基本是以剪切滑移形式表现出来的，因此，剪切特性，特别是剪切应力-应变关系是描述金属材料力学性能最为基本的实验数据。另外，由于板材产品不同几何形状的影响，在几何形状变化的区域都将形成剪切应力的作用，故而，板材的剪切塑性变形特性，特别是剪切应力-应变关系，以及剪切成形极限的实验判据，都是板材实际应用中需要的极为重要的参数。然而，由于纯剪切加载的特殊性，即，纯剪切要求加载应力仅仅发生在固定的剪切平面上，而不同于拉伸实验加载应力发生在一个均匀的测试区域内，因此，从上世纪50年代至今，学术界一直在不断的研究纯剪切加载实验方法，试图获得更精确的板材纯剪切实验数据。尽管陆续提出了许多板材剪切实验方法，但是，基于目前发表的文章介绍及已经制定为实验标准的实验方法，所涉及的实验均无法使被测试板材在完整的塑性变形过程中处于纯剪切应力状态。因此，所得数据只能用于了解板材的基本剪切强化与塑性变形特性，但是，无法直接用于仿真材料模型中，即无法获得精确的纯剪切实验应力-应变关系。

例如，目前最为常用的，并且已成为标准的三种剪切实验方法：Miyauchi实验，ASTMB（831）-（05）标准实验和Twin-Bridge实验。这些剪切实验方法，尽管加载方式有所不同，拉伸，或者扭转，但是，施加到板材上的剪切力都发生在一个区域面积内，而不是一个固定的剪切面上。因而，随着剪切变形的增加，变形区域将随之出现附加拉应力现象，而且这类拉应力的影响程度无法定量描述，这不仅影响到对纯剪切应力值大小的确定，而且也涉及到对剪切应变值的精确确定，即无法保证加载的全过程该区域材料始终处于纯剪切应力状态，这是现有板材剪切实验方法共存的问题。

这也意味着目前还没有有效的实验方法能够得到板材的纯剪切实验数据，而纯剪切实验数据是提高仿真预测精度不可缺少的用于定义材料模型的数据，这也是学术界和工程界目前都非常关注和亟待解决的问题，特别是对于满足未来智能化板材成形仿真模拟应用的需要。

发明内容

对于现有的问题，本发明的目的在于提供一种简单的加载装置及实验方法，应用传统的拉伸试验机即可获得板材纯剪切实验数据，用于解决上述背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：