本文關(guān)鍵詞：雙軸拉伸原位力學(xué)測試裝置的設(shè)計(jì)分析與試驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 雙軸拉伸 復(fù)合載荷 原位測試 力學(xué)性能 測試裝置

【摘要】：在實(shí)際服役中,材料將不可避免的承受多種載荷的復(fù)合作用，這種復(fù)雜的受力狀態(tài)會(huì)加劇材料的失效和破壞，由于雙軸拉伸測試能夠模擬多種平面應(yīng)力狀態(tài)，有關(guān)十字形試件雙軸拉伸的研究受到了研究者的廣泛關(guān)注。近年來，利用商業(yè)化成像設(shè)備，集成材料試驗(yàn)機(jī)，對試驗(yàn)過程中材料的失效和破壞過程進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測，研究材料的微觀破壞機(jī)理，這種測試方式逐漸發(fā)展成為一種原位測試技術(shù)。通過原位觀測與雙軸拉伸測試技術(shù)結(jié)合，獲得材料接近服役條件下的微觀破壞機(jī)理，成為材料測試技術(shù)的研究熱點(diǎn)。 但現(xiàn)有雙軸拉伸測試裝置也存在體積較大，不利于同顯微成像裝置進(jìn)行集成的問題，導(dǎo)致有關(guān)雙軸拉伸原位測試技術(shù)的研究開展的較少。國外雖然已有商業(yè)化的小型雙軸拉伸原位測試裝置出現(xiàn)，但功能較為單一，價(jià)格昂貴，且不易引進(jìn)。國內(nèi)在雙軸拉伸原位測試方面發(fā)展較晚，還沒有成熟的商業(yè)化產(chǎn)品出現(xiàn)。因此，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的雙軸拉伸力學(xué)原位測試裝置，對于推動(dòng)我國的接近服役條件下材料的微觀破壞機(jī)理的研究具有重大意義。 本文針對這一需求，在對國內(nèi)外現(xiàn)有的原位雙軸拉伸測試裝置進(jìn)行了綜合的分析與評述基礎(chǔ)之上，自制了一套新型雙軸雙向拉伸原位力學(xué)測試裝置。論文主要工作如下： 1、根據(jù)國內(nèi)外原位雙軸拉伸試驗(yàn)裝置的研發(fā)現(xiàn)狀，提出了新型雙軸拉伸原位力學(xué)測試裝置的設(shè)計(jì)方案，對工作原理進(jìn)行了分析，對關(guān)鍵零件進(jìn)行了靜力學(xué)校核和有限元分析、模態(tài)分析，根據(jù)分析結(jié)果，優(yōu)化了裝置結(jié)構(gòu)，完成了裝置的制造和裝配。 2、完成了測試系統(tǒng)機(jī)械單元和電控單元的集成調(diào)試。標(biāo)定了力和位移傳感器。對裝置的重復(fù)性進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)。針對試驗(yàn)測得的應(yīng)變值過大，導(dǎo)致彈性模量偏小，首先用一種算法，修正了試件過渡段和夾持段變形對測試的影響；其次，用實(shí)驗(yàn)的方法，測試了裝置在加載時(shí)所發(fā)生的變形，發(fā)現(xiàn)機(jī)架變形同加載力存在一種線性關(guān)系，對機(jī)架變形提出一種修正方法。使用校準(zhǔn)后的裝置進(jìn)行了準(zhǔn)確性的驗(yàn)證試驗(yàn)，完成了多組單軸拉伸試驗(yàn)，并與標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果做對比，結(jié)果曲線和各項(xiàng)力學(xué)參數(shù)均相符，驗(yàn)證了裝置的可靠性和準(zhǔn)確性。 3、對典型金屬材料6061鋁、紫銅、AZ31B鎂合金在雙向應(yīng)力下的力學(xué)性能開展試驗(yàn)研究。通過有限元仿真分析方法，根據(jù)單軸試驗(yàn)得到的材料力學(xué)參數(shù)，對雙軸拉伸試驗(yàn)進(jìn)行模擬，之后對試件進(jìn)行雙軸拉伸試驗(yàn)，仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相一致，驗(yàn)證了仿真分析的正確性；開展了變溫條件下的紫銅的雙軸拉伸試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨溫度升高，紫銅強(qiáng)度和延伸率逐漸降低；針對雙軸拉伸試驗(yàn)過程中試件的變形行為進(jìn)行研究，對用6061鋁制備的十字形試件在標(biāo)距段邊緣產(chǎn)生的非線性形變提出了一種指數(shù)擬合方法；針對紫銅試件表面微缺陷，在受雙向拉力時(shí)的變形行為進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)受雙向應(yīng)力將加劇表面壓痕形貌的擴(kuò)大與壓痕深度的減小，對試件施加適當(dāng)大小的雙向應(yīng)力，將有利于試件表面保持平整；對AZ31B鎂合金進(jìn)行了原位雙軸拉伸力學(xué)測試，觀測了鎂合金的金相組織在試驗(yàn)中的塑性變化，，發(fā)現(xiàn)微觀組織變化同試件宏觀上的斷裂失效現(xiàn)象的對應(yīng)關(guān)系，驗(yàn)證了材料宏觀上的破壞失效，是源自微觀組織破壞和變化的聚集與擴(kuò)展。
【關(guān)鍵詞】：雙軸拉伸 復(fù)合載荷 原位測試 力學(xué)性能 測試裝置
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH87
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-26
• 1.1 選題背景與研究意義12-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-24
• 1.2.1 雙軸拉伸力學(xué)測試裝置與研究進(jìn)展15-17
• 1.2.2 雙軸拉伸原位力學(xué)測試裝置與研究進(jìn)展17-21
• 1.2.3 十字形試件形狀尺寸設(shè)計(jì)和變形性能的研究21-24
• 1.3 主要研究內(nèi)容24-26
• 第2章 雙軸雙向拉伸原位力學(xué)測試裝置的設(shè)計(jì)分析26-40
• 2.1 雙軸雙向拉伸復(fù)合加載的理論模型26-28
• 2.2 雙軸雙向拉伸原位力學(xué)測試裝置工作原理與整體設(shè)計(jì)方案28-29
• 2.3 雙軸雙向拉伸原位力學(xué)測試裝置設(shè)計(jì)分析29-34
• 2.3.1 驅(qū)動(dòng)單元的設(shè)計(jì)與分析31-32
• 2.3.2 傳動(dòng)單元的設(shè)計(jì)與分析32-34
• 2.3.3 檢測單元的設(shè)計(jì)與分析34
• 2.4 關(guān)鍵零部件的靜動(dòng)態(tài)有限元分析34-38
• 2.4.1 關(guān)鍵零部件的靜力學(xué)分析34-36
• 2.4.2 關(guān)鍵零部件的模態(tài)分析36-38
• 2.5 本章小結(jié)38-40
• 第3章 整機(jī)的集成調(diào)試40-58
• 3.1 雙軸拉伸測試系統(tǒng)的集成40-43
• 3.1.1 電控單元控制原理與功能介紹40-42
• 3.1.2 測試系統(tǒng)機(jī)械單元與電控單元的集成42-43
• 3.2 傳感器的標(biāo)定43-47
• 3.2.1 力與位移傳感器的線性度測試43-44
• 3.2.2 力傳感器的標(biāo)定試驗(yàn)44-45
• 3.2.3 位移傳感器的標(biāo)定試驗(yàn)45-47
• 3.3 雙軸拉伸測試裝置的重復(fù)性試驗(yàn)47-48
• 3.4 雙軸拉伸測試裝置的剛度校準(zhǔn)及修正48-52
• 3.4.1 試件夾持部分變形的修正算法48-50
• 3.4.2 機(jī)架變形的修正算法50-52
• 3.5 校準(zhǔn)后的裝置準(zhǔn)確性驗(yàn)證試驗(yàn)52-56
• 3.6 本章小結(jié)56-58
• 第4章 典型金屬材料的原位雙軸拉伸試驗(yàn)研究58-74
• 4.1 6061 鋁和紫銅的雙軸拉伸試驗(yàn)58-61
• 4.1.1 雙軸拉伸試驗(yàn)有限元仿真58-60
• 4.1.2 雙軸拉伸試驗(yàn)60-61
• 4.2 變溫條件下的雙軸拉伸試驗(yàn)61-63
• 4.2.1 變溫測試裝置61-62
• 4.2.2 變溫條件下的雙軸拉伸力學(xué)測試62-63
• 4.3 十字形試件形變分析63-67
• 4.3.1 測試系統(tǒng)和理論變形模型64-65
• 4.3.2 十字形試件的變形擬合分析65-67
• 4.4 十字形試件表面微缺陷在雙軸拉伸下的衍生規(guī)律研究67-70
• 4.4.1 預(yù)制試件表面初始缺陷67-68
• 4.4.2 壓痕形貌在單向拉力下的變形性能68-69
• 4.4.3 壓痕形貌在雙向拉力下的變形性能69-70
• 4.5 AZ31B 變形鎂合金雙軸拉伸下的金相組織變化70-73
• 4.5.1 試件的制備過程70-71
• 4.5.2 AZ31B 鎂合金雙軸拉伸原位測試71-73
• 4.6 本章小結(jié)73-74
• 第5章 總結(jié)與展望74-76
• 參考文獻(xiàn)76-84
• 作者簡介與攻讀學(xué)位期間的主要研究成果84-86
• 一、作者簡介84
• 二、主要研究成果84-86
• 1、發(fā)表論文情況84
• 2、授權(quán)專利情況84-86
• 致謝86

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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3 任家陶,陳積光,李岡陵;雙向拉伸試驗(yàn)研究[J];湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào);1998年02期

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本文編號(hào)：609971