[发明专利]一种准静态单轴压缩实验方法及装置

说明书

技术领域

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

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。

目前金属、复合材料和塑料单轴压缩的标准测试方法包括ASTME9，ASTME209，ASTMD3410，ASTMD6641和ASTMD695。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.Kurukurietal.，Ratesensitivityandtension-compressionasymmetryinAZ31Bmagnesiumalloysheet，PhilosophicalTransactionsoftheRoyalSocietyA:Mathematical，PhysicalandEngineeringSciences372(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。

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，andT.Nakako，MeasurementandanalysisoftheBauschingereffectofsheetmetalssubjectedtoin-planestressreversals，ProceedingsofAMPT'01，407-412，CarlosIIIdeMadrid，Madrid，(2001).)以及Lee等(M.G.Leeetal.，AnisotropicHardeningofSheetMetalsatElevatedTemperature:Tension-CompressionsTestDevelopmentandValidation，ExperimentalMechanics53(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：0.16-0.20。Yoshida等人(F.Yoshida，T.Uemori，andK.Fujiwara，Elastic–plasticbehaviorofsteelsheetsunderin-planecyclictension–compressionatlargestrain，InternationalJournalofPlasticity18(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.Bogeretal.，Continuous，largestrain，tension/compressiontestingofsheetmaterial，InternationalJournalofPlasticity21(2005)，pp.2319-2343.)和Piao等(K.Piaoetal.，Asheettension/compressiontestforelevatedtemperature，InternationalJournalofPlasticity38(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.Caoetal.，Experimentalandnumericalinvestigationofcombinedisotropic-kinematichardeningbehaviorofsheetmetals，InternationalJournalofPlasticity25(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。