[发明专利]一种准静态单轴压缩实验方法及装置

权利要求书

1.一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：

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；

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；

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。

2.根据权利要求1所述的准静态单轴压缩实验装置，其特征在于：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。

3.根据权利要求1所述的准静态单轴压缩实验装置，其特征在于：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。

4.根据权利要求1所述的准静态单轴压缩实验装置，其特征在于：所述压缩夹具与所述试件接触的表面采用聚四氟乙烯板或采用高压轴承润滑脂润滑。

5.根据权利要求3所述的准静态单轴压缩实验装置，其特征在于：所述试件的几何形状通过理论分析方法或数值模拟方法优化。

6.根据权利要求5所述的准静态单轴压缩实验装置，其特征在于：所述凹槽的凹槽平整段长度为标距长度L₀，满足：3*T≤L₀≤6*T，其中T为所述试件的厚度；

所述凹槽的宽度为标距宽度W₀，满足：8mm≤W₀≤12mm；

所述上夹持部和所述下夹持部的宽度为W，满足：1.2W₀≤W≤2.5W₀；

所述下夹持部的长度D，满足：10mm≤D≤25mm；

所述凹槽深度G，满足：0.05*T≤G≤0.2*T；

所述下夹持部底部向所述凹槽延伸的一段为自由段，所述自由段长度S，满足：4mm≤S≤8mm。

7.根据权利要求6所述的准静态单轴压缩实验装置，其特征在于：所述自由端的最大长度由欧拉公式确定：

P_cr＝π²*E*I/(μ*S)²

其中，P_cr是最大压缩载荷，E是杨氏模量，I是截面的转动惯量，μ是长度因子，0.5≤μ≤1.0。

8.一种应用权利要求1至7任一权利要求所述的准静态单轴压缩装置的实验方法，其特征在于包括如下步骤：

①试件加工

采用金属板材加工板状骨头型试件，并在试件的截面缩减部分加工凹槽；

②在所述凹槽表面的中心安装箔式应变计

使用应变仪测得压缩变形，确定所述凹槽部分平均应变ε；

③准备数字图像相关系统

在试件表面涂上具有高对比度的黑白斑点图案，且凹槽表面通过光源给予预设的亮度，应用DIC技术分析塑性变形；

④润滑

所述压缩夹具与所述试件接触的表面采用聚四氟乙烯板或采用高压轴承润滑脂润滑；

⑤安装试件

将所述试件放置在所述压缩夹具中，使所述试件与所述基部支撑板平齐，且使所述试件中心轴与所述前上部抗弯板、所述前下部抗弯板和所述背抗弯板的中心轴同轴，以确保同轴加载，所述试件的凹槽面向所述前上部抗弯板和所述前下部抗弯板，所述前上部抗弯板、所述前下部抗弯板和所述背抗弯板通过螺栓和螺母拧紧固定后放在万能试验机上；

⑥进行压缩

启动机器，记录载荷和相应的压缩应变，如采用DIC系统测量应变，应在预设的帧率采集图像；

⑦数据处理

工程应力σ的计算方法：

σ＝k*F/[W₀*(T-G)]

其中，k为试件和所述前上部抗弯板、所述前下部抗弯板和所述背抗弯板之间的摩擦力校准系数，F是万能试验机测量的压缩力。

9.根据权利要求8所述实验方法，其特征在于：所述步骤⑥中，设置测试速度为0.5mm/min到1000mm/min。