一种准静态单轴压缩实验方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属材料领域，具体地说是一种准静态单轴压缩实验方法及装置。
【背景技术】
[0002]对于铝镁合金等轻质金属材料，单轴压缩性能是很重要的力学参数，因为它们通常表现出很强的拉压不对称。因此，开发单轴压缩或循环拉伸-压缩等测试方法是至关重要的。然而，确定薄板材料的压缩性能一直是一个长期存在的挑战。因为在对薄板材料施加压缩载荷时，薄板材料容易在发生真正的压缩失效之前发生屈曲。
[0003]目前金属、复合材料和塑料单轴压缩的标准测试方法包括ASTM E9，ASTM E209，ASTM D3410，ASTM D6641和ASTM D695。通常，采用这些标准方法测量，可以使最大压缩应变达到0.10。为了提高应变范围的限制，在过去的二十年已经开发了各种精密的检测方法。根据试样的设计，这些方法可以被分类成两种类型。第一种类型是采用具有较小长度与厚度比的试样，这可以通过两种方法来实现:第一种是采用短标距的试样或把多个板材的试样粘固在一起；第二种是被称为“叠片”的方法，在最近几年获得了更多的关注。相关文献(S.Kurukuri et al.，Rate sensitivity and tens1n-compress1n asymmetry inAZ31B magnesium alloy sheet， Philosophical Transact1ns of the Royal SocietyA:Mathematical，Physical and Engineering Sciences 372(2014).)将该方法成功地应用于AZ31、ZE10、ZEK100等镁合金的试件，并且证明即使在高温和高应变率时该方法也是适用的。然而，由于所需试样数较多并且试样制备费时，这种方法是很昂贵和繁琐的。
[0004]第二种类型采用单个具有相对大的长度与厚度比的薄板试样，并应用抗屈曲装置以抑制试样的屈曲具有代表性的是由Kuwabara等、Yoshida等、Boger等、Cao等、Piao 等、Lee 等。Kuwabara 等(T.Kuwabara，K.Nagata，and T.Nakako，Measurement andanalysis of the Bauschinger effect of sheet metals subjected to in-plane stressreversals? Proceedings of AMPT’01，407-412，Carlos III de Madrid，Madrid，(2001).)以及 Lee 等(M.G.Lee et al.，Anisotropic Hardening of Sheet Metals at ElevatedTemperature:Tens1n-Compress1ns Test Development and Validat1n，ExperimentalMechanics 53(2012)，pp.1039-1055.)开发了一种梳形防屈曲装置，该种装置用以支撑直边试样的全部表面。他们的方法实现了较大的塑性压缩应变:0.16-0.2(L Yoshida等人(F.Yoshida，T.Uemori，and K.Fujiwara，Elastic - plastic behav1r of steel sheetsunder in-plane cyclic tens1n - compress1n at large strain，Internat1nalJournal of Plasticity 18 (2002)，pp.633-659.)采用一个叠片和胶合的骨头件以及特殊的抗屈曲装置，通过螺旋弹簧将该装置和骨头件紧贴在一起。这种方法能够测量较大的应变，对于低碳钢可以达到0.25，对于高强度钢可以达到0.13。Boger等(R.K.Boger etal.， Continuous， large strain， tens1n/compress1n testing of sheet material，Internat1nal Journal of Plasticity 21 (2005)，pp.2319-2343.)和 Piao 等(Κ.Piaoet al.，A sheet tens1n/compress1n test for elevated temperature，Internat1nalJournal of Plasticity 38 (2012)，pp.27-46.)采用优化的骨头件，并用两个平板来防止无支撑部分的屈曲。通过合理优化测试过程，其压缩应变可以达到0.2。Cao等(J.Cao etal.， Experimental and numerical investigat1n of combined isotropic-kinematichardening behav1r of sheet metals， Internat1nal Journal of Plasticity25(2009)，pp.942-972.)开发了另外一种抗屈曲设备，采用4个楔型块支撑骨头件的整个表面。
[0005]对于大多数传统测试方法其抗屈曲设备会覆盖试件的整个表面，所以应变的测量总是很困难的。Kuwabara等人利用应变计去测量应变，然而应变计并没有位于试样中心，所以测量结果存在较大误差。B0ger、Ca0、Pia0和Lee等则采用昂贵的激光引伸计去测量，成本较高。此外，这些实验方法一般都需要特定的液压伺服驱动器提供了侧向力。所以这些实验方法都很昂贵和复杂。
【发明内容】
[0006]压缩性能的研究多是通过加载压缩或弯曲载荷，或者是同时加载压缩和弯曲载荷进行分析。人们普遍认为压缩性能与拉伸性能相似。然而，为了获得更准确的薄壁结构的力学行为，去设计研究压缩变形的测试方法和测试装置是必要的，特别是对于拉伸性能和压缩性能有显著区别的材料。根据上述提出的单轴压缩过程中装置加工工艺复杂、成本较高、塑性压缩应变范围小，数据测量困难等技术问题，而为金属薄板的单轴压缩设计提供一种简单构造、容易使用和低成本的实验装置，即准静态单轴压缩实验方法及装置。
[0007]本发明主要利用压缩夹具和试件的配合，通过在试件上单面开凹槽，仅需在试件的背面进行侧向支撑，开槽面裸露在外，利用弯矩和由背抗弯板在凹槽部所施加的法向力之间力矩平衡的机制来抑制试件的屈曲，可应用多种应变测量方法，测量的压缩性能参数包括杨氏模量、泊松比、屈服点、屈服强度、抗压强度和抗压应力-应变曲线。
[0008]本发明采用的技术手段如下:
[0009]—种准静态单轴压缩实验装置，包括压缩夹具及与所述压缩夹具相匹配的试件，其特征在于:
[0010]所述压缩夹具包括位于上部的压缩压板、位于底部的基部支撑板和位于所述压缩压板和所述基部支撑板之间的用于夹持所述试件的夹持部；
[0011]所述试件为板状骨头型试件，在所述试件的骨头型截面缩减部分的单侧设有凹槽；
[0012]所述试件顶端抵在所述压缩压板上，所述试件底端抵在所述基部支撑板上，所述夹持部避开所述凹槽夹持在所述试件的上下两端。
[0013]进一步地，所述夹持部包括前上部抗弯板、前下部抗弯板和背抗弯板，所述试件未设置凹槽的一侧抵在所述背抗弯板上，所述前上部抗弯板和所述前下部抗弯板分别设置在所述试件的上下两端，通过螺栓和螺母与所述背抗弯板固定，将所述凹槽暴露于外。
[0014]进一步地，所述试件包括上夹持部、下夹持部以及连接所述上夹持部和所述下夹持部的、单侧设有所述凹槽的中间连接部，所述中间连接部与所述上夹持部和所述下夹持部连接的部分为骨头件过渡部，所述骨头件过渡部呈圆弧状；所述试件的凹槽包括凹槽平整段、凹槽上连接段和凹槽下连接段，所述凹槽上连接段和所述凹槽下连接段与所述凹槽平整段均为圆弧过渡。
[0015]