[发明专利]复杂载荷下的反复弯曲试验设备及方法

说明书

技术领域

本发明属于检测技术领域，特别是涉及一种复杂载荷下的反复弯曲试验设备及方法，通过带状试样在复杂载荷下的反复弯曲试验，进行材料在复杂载荷下反复弯曲性能的测试。

背景技术

反复弯曲试验是评价薄板或者薄带反复弯曲条件下塑性变形能力的一种重要方法。

如图1所示，传统的反复弯曲试验多是采用将试样61的一端固定，其余部分穿入摇臂83上的突起82中，其中摇臂83固定在工作台上并可绕固定轴旋转，试验过程中转动摇臂83使试样61绕规定半径的支座81弯曲，再沿相反方向转动摇臂83的反复弯曲试验方法，该方法可测定材料反复弯曲过程中的塑性变形能力。

上述方法的不足在于其仅能测试材料在自由状态下的弯曲性能。工程中材料常常是在复杂载荷情况下进行的反复弯曲，如在恒定或者周期载荷形式下进行的反复弯曲。而在载荷作用下，材料的反复弯曲性能会发生很大的变化。

为测试材料在载荷情况下的双向弯曲性能，近来一些方法试图在试样两端进行加载，例如申请号为200720074944.9的实用新型专利描述了一种带钢弯曲试验装置，其通过重力和弹簧力的共同作用，实现载荷下带钢的反复弯曲试验。

上述方法的不足在于当钢带在活动辊的作用下发生弯曲时，由于受到张力作用弹簧的长度会发生变化，弯曲过程中加载载荷的变化受到弹簧胡克定律的限制，即加载方式单一且弯曲加载与拉伸加载相互干扰。其次，上述方法通过两对固定辊夹持钢带，在双向弯曲试验过程中，夹持部分同时也在发生弯折，材料的破坏有可能发生在夹持部分，而造成试验结果失效。

此外，现有弯曲试验设备中都配套有不同曲率半径的弯曲模(例如传统方法中的支座81或申请号为200720074944.9实用新型专利中不同直径的活动辊3)。为测定不同弯曲半径下的性能，必须根据需要更换弯曲模。成套的弯曲模会增加设备成本，同时试验中换模会增加试验时间和复杂性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复杂载荷下的反复弯曲试验设备及方法，克服上述不足，使得反复弯曲试验能够模拟材料在工程实际情况下进行反复弯曲的状态。实现了：1)拉伸载荷和弯曲载荷可以独立可控的进行加载；2)拉伸载荷不受弯曲过程影响；3)材料的破坏发生在目标区域；4)开发能满足不同试验需求的弯曲模，节省成本和试验时间并简化试验。

本发明的设备包括：支撑系统，作为系统框架；拉伸加载系统，具有两个夹紧装置，通过将试样的两端分别固定到所述夹紧装置而对试样进行拉伸加载；弯曲加载系统，具有弯曲辊，试样通过弯曲辊形成的“S”形弯曲通道，以实现对试样进行弯曲加载且不改变施加到试样两端的拉伸载荷；调整系统，用来调整弯曲辊之间的距离；和控制系统，拉伸加载系统和弯曲加载系统分别与控制系统连接并被其控制，以使得拉伸加载和弯曲加载过程独立可控，其中，弯曲加载系统对固定于拉伸加载系统的试样的目标区域进行反复弯曲，以使得拉伸和弯曲同时加载且断裂破坏发生在目标区域内。

优选地，弯曲加载系统还包括弯曲工作台、弯曲工作台丝杠、连接装置和滑槽，工作台沿丝杠运动，以使得试样沿“S”形通道移动来实现反复弯曲。

优选地，夹紧装置中的至少一个在控制系统作用下施加拉伸载荷。

优选地，调整系统包括调整杆、调整装置和固定装置，通过调整装置改变在滑槽内且与连接装置相连的弯曲辊之间的距离，使得试样不在夹紧装置处发生弯折，而仅在经过弯曲辊时发生弯曲。

优选地，所述设备具有至少两个弯曲辊。

优选地，支撑系统包括横梁和立柱，该立柱作为弯曲工作台运动的导向装置。

优选地，控制系统包括弯曲电机传动装置、弯曲电机、拉伸执行机构、控制器。

优选地，弯曲辊具有圆形横截面。

优选地，弯曲辊具有凸轮状截面，凸轮状截面被设计有多种曲率半径的圆弧，其角度可调，以使得试样在不同弯曲半径下发生反复弯曲，凸轮状弯曲辊角度通过锁紧装置定位确定。

本发明的另一目的是提供一种通过上述弯曲设备来进行模拟材料在复杂载荷下发生反复弯曲的试验方法，其包括以下步骤：

(1)试样制备：将被测材料加工成带状试样，试样制备过程需确保被测试部分位于试样的目标区域，即试样的中部；

(2)选取弯曲辊半径：根据试验需要，确定合适的弯曲半径，选取相应的弯曲辊，其中所选取的弯曲辊半径可以是相同的，也可以是不同的；

(3)弯曲辊定位：将第一弯曲辊、第二弯曲辊安装在弯曲工作台的滑槽中，通过连接装置和调整装置调整两个弯曲辊之间的距离，使得试样两端位于邻近夹紧装置的轴线上；