[发明专利]一种船体结构钢双向应变失效性能试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于船用金属材料的力学性能试验技术领域，特别涉及船体结构钢在双向应变状态下材料失效试验方案。

背景技术

在船舶与海洋工程使用作业过程中，船体结构通常地处于复合应力状态下，例如：潜艇耐压壳体在航行中受到复杂的压力作用、船舶碰撞、搁浅问题中船体结构出现复杂的应力状态等。国内针对船用金属材料的常规力学性能试验的规范标注主要基于单向拉伸试验方法，得到材料抗拉强度、屈服强度、伸长率以及断面收缩率等力学性能。通过单向拉伸试验难以确定材料失效与材料应变比之间的关系。为了准确研究复杂平面应变状态下船体结构材料的失效特性，尤其是各向异性材料如高强度钢板、复合材料等的失效性能，需要借助双向拉伸试验方法提供研究技术手段。

目前已知的双向拉伸试验通常有液压胀形试验、压延试验、十字型试件双向拉伸试验等。其中十字型试件双向拉伸试验较直观，且能完成不同比例加载路径下的双向拉伸试验，但是试验仪器要求较高；液压胀形试验要采用高压液体，试验条件苛刻且只能实现双向等拉；压延试验同样存在加载形式单一，难以得到多应变比条件下的材料成形极限。

针对船体结构钢材料复杂应变状态下的材料失效试验方法，需要提出一种试验设施简便、不同应变比加载的双向拉伸试验方法，提高材料双向应变失效试验研究的效率的同时，降低试验成本。

发明内容

本发明的目的在于针对船体结构钢缺少高效的研究双向应变状态材料性能的试验方法，提出一种能够实现材料试件不同应变比加载，且试验条件较容易满足的材料双向拉伸试验。

为解决上述问题，本发明提供一种船体结构钢双向应变失效性能试验装置，包括：半球形冲头，上压板，下凹模，紧固螺栓；试验试件放置在试验装置上；

所述上压板为法兰型，中心开圆孔，圆孔尺寸应略大于半球形冲头直径；

所述下凹模中心开圆孔，圆孔尺寸应略大于冲头直径，孔上缘有导圆；

所述试验试件由紧固螺栓固定在钻有圈螺孔的上压板与下凹模之间，上压板一面通过一半球形冲头挤压。

本发明的另一技术方案在于，提供了一种基于上述船体结构钢双向应变失效性能试验装置的试验方法，包括以下步骤：

步骤1：加工上压板、下凹模、半球形冲头等试验工装和材料拉伸试件；

步骤2：安装冲压机，将冲压机吊在反力架上，用螺栓固定；

步骤3：安装试验台，调整托架、凹模和压板位置，使托架孔与凹模和压板对中，并使冲头与压板对中，然后用夹紧块固定；

步骤4：试件划网格线，确定应变片布置点；

步骤5：安装试件和位移传感器；

步骤6：试验试做：在试件上表面和冲头上涂上润滑剂，以0.1mm/s的速度缓慢加载，注意力传感器的变化，观察摄像，当出现可见裂纹时，停止加载，记录力和位移曲线；

步骤7：更换同种试件，在试件上表面和冲头上涂上润滑剂，在试件上布置好应变片，重新安装位移传感器，以0.1mm/s的速度加载，当位移接近上次测试位移时，注意观察摄像，当出现可见裂纹时，停止加载，记录位移、测试点应变、试验录像。

步骤8：更换同种试件，重复步骤5。

步骤9：更换不同形状试件，重复步骤5、6。

试验配套的测量仪器有力传感器、位移传感器、应变片等，力传感器测量冲头施加给试件的压力，位移传感器记录试件中心垂向位移，应变片测量测试点的应变。与现有技术相比，试验设施简便、不同应变比加载的双向拉伸试验方法，提高了材料双向应变失效试验研究的效率的同时，大大降低试验成本。

附图说明

图1是本发明一实施例双向拉伸试验示意图。

图2是本发明一实施例的上压板结构图。

图3是本发明一实施例的下凹模结构图。

图4是本发明一实施例的半球形冲头结构图。

图5是本发明一实施例的材料拉伸试件设计图。

图6是本发明一实施例的模型工装与试验装置安装示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的一种船体结构钢双向应变失效性能试验装置，采用刚性模胀试验原理，原理图见图1，试验试件5通过钻有一圈螺孔的上压板2与下凹模3上下固定夹紧，试件上压板一面通过一半球形冲头1挤压，不断成形直至试件开裂，完成试验；