[发明专利]平面试验系统

说明书

提供了一种用于将力施加至样品的设备。该设备包括：输出可旋转构件，包括多个连接点；多个刚性的连接装置，每个连接装置包括第一端和第二端，其中，每个连接装置的第一端枢转地耦接至输出可旋转构件的多个连接点中的一个；多个导引构件；以及多个样品保持件，每个样品保持件可滑动地安装至导引构件中的一个并且枢转地耦接至多个连接装置中的一个的第二端。

技术领域

本发明涉及一种用于将力施加至样品的设备。具体地，但非排他地，本发明涉及用于将平面力施加至确定成形极限图中使用的样品的设备。本发明发现了在恒温环境中并且在模拟热成形和冷模淬火过程的复杂温度条件下确定成形极限图的具体实用性。

背景技术

容易执行不管是拉伸或压缩的平面试验的能力对于一些不同应用范围是期望的。平面双轴试验通常在双轴试验机器上执行，通常是具有四个独立控制的致动器的独立机器。可替换地，连杆机构附件或齿条和齿轮机构可以安装在常规单轴机器上以及将单轴力转换为双轴力。然而，当前平面试验方法经常要求运行复杂的致动机构或电子设备；因此，这种装置的使用经常局限于在室温下执行的试验，因为在低温或高温环境下，必要的电子设备可能漂移(drift)甚至破坏。

期望的是，在于确定材料的成形极限图中适用于在高温和低温下使用的平面试验系统的一个具体应用。具体地，理想的是当确定成形极限图时具有适用于在温度范围下(例如，模拟诸如热成形和冷模淬火的复合材料形成条件的温度)使用的平面试验系统。成形极限图(FLD)为金属板提供多个材料失效试验的结果的图解指示。FLD是识别施加的应变使得材料的均匀形变的极限并且示出导致材料失效的塑性不稳定性或扩散颈缩开始的实验曲线。FLD的曲线以上的区域被认为是存在潜在裂纹的应变区域，并且曲线以下的区域被认为是材料(诸如，金属板)的均匀变形出现的安全形成区域。例如，FLD由制造商和设计者用于评估经受不同的形成过程时的金属板的可成形性，并且允许预计例如金属板的裂纹将发生的条件。

钢由于其高强度和韧度以及良好的可成形性已经是许多行业的主要制造材料，但是现在经常使用诸如镁合金或铝合金的更轻的加重材料来减轻重量，从而改善车辆的性能和安全性并且直接减少能量消耗，这有益于燃料经济性和环境。

然而，由于这些合金在室温下的低可成形性，热成形和冷模淬火(HFQ)方法现在越来越多地用于这些材料，代替可以引起所成形的组件中的热变形和不期望机械性能的更传统的加温和热成形过程。在HFQ成形过程期间，在传输至冷模且被压模之前，金属板在热处理金属的溶液中被加热至特定温度。然后金属被保持在工具中直到它被淬火。HFQ方法允许组件形成复杂形状，同时使热变形最小化。

因为金属板的可成形性取决于固有参数(诸如，材料的机械性能和微观结构及其结构性质)以及外源因素(即，形成条件，诸如，温度、应变率、应变路径和加工方式(tooling))，因此金属板的FLD在高温下可以明显不同于在室温下获得的FLD。因此，有用的是了解在可适用的形成条件下形成的材料的失效限制。然而，FLD确定一般发生在室温下(例如，遵循用于FLD确定的国际标准ISO 12004-1：2008)，或者以加温或热成形过程下；在适用于HFQ过程的条件下不存在确定FLD的方法标准，也不存在任何合适的试验方法。

当前使用的确定FLD的两个主要方法——面外试验和面内试验，都不适用于在HFQ条件下使用，该HFQ条件通常包括使金属板或其他材料在高温下并且以恒定的应变率经受加热过程、冷却过程和变形。

面外试验包括通过刚性冲孔或液压装置施加力来拉伸改变尺寸的金属板。然而，通过这个方法确定的成形极限图呈现对用于使薄片变形的金属板的厚度和冲孔的尺寸的依赖。这部分由于即使使用滑润剂也不可以避免金属板与试验组件之间的摩擦效果的事实。此外，当使用这个方法时在金属中产生大应变梯度，并且变形应变率不是恒定的。此外，用于执行面外试验的冲孔和模具不足够坚韧以经受试验要求的高温，例如，在高温下或以HFQ过程条件下的硼钢。