[发明专利]圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件及其试验方法

说明书

本发明公开了一种圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件及其试验方法，该试验件整体呈十字型，具有四个加载臂，四个加载臂的一端汇成中心区，另一端为夹持区，相邻加载臂的根部之间设有圆锥曲线形成的过渡区，圆锥曲线的对称轴至少与试验件的一条对称轴重合，过渡区和中心区之间设有厚度减薄区，厚度减薄区采用双圆弧、样条曲线或单圆弧方式减薄。本发明的优点是：采取的圆锥曲线过渡形式，使中心区内的应力应变更加均匀且尽可能减少相邻加载臂之间的影响；通过平滑过渡和中心区减薄设计，使试验件在试验过程中破坏和裂纹首先发生在中心区内。

技术领域

本发明涉及一种拉伸疲劳试验件，具体涉及一种圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件及其试验方法。

背景技术

传统的单轴拉伸检测试验方法并不能如实反映材料在实际工程中的受力情况，同时，很多材料具有明显的各向异性，进行双轴应力状态下的力学测试实验可以获得材料准确的力学性能，因此，试验件的设计就显得尤为重要。目前，对材料实现双轴加载实验主要有薄膜凸胀双向拉伸试验法、压力容器双向拉伸试验法和十字型试样双向拉伸试验法。

在现有方法中，薄膜凸胀法只适用于薄膜构件，且凸胀顶点为双向1：1应力状态；压力容器法对筒壳的双向应力状态是2：1，对球壳是1：1；而十字型试验件法最直观、最能直接反应材料的双向应力状态，配合合适的加载设备或试验机，能够获得任意双向应力比。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种测量方便、应力均匀、结果准确的圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件；本发明的第二目的是提供该双轴拉伸疲劳试验件的试验方法。

技术方案：一种圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件，该试验件整体呈十字型，具有四个加载臂，所述四个加载臂的一端汇成中心区，另一端为夹持区，所述相邻加载臂的根部之间设有圆锥曲线形成的过渡区，所述圆锥曲线的对称轴至少与试验件的一条对称轴重合，所述过渡区和所述中心区之间设有厚度减薄区，所述厚度减薄区采用双圆弧、样条曲线或单圆弧方式减薄。

所述厚度减薄区用于连接较厚的过渡区和较薄的中心区，其中，所述厚度减薄区采用单圆弧方式减薄会使过渡区与中心区平滑过渡；而采用双圆弧或样条曲线方式减薄时，满足试验件在厚度方向平滑过渡的基础上，针对低周循环或加载载荷较大的疲劳试验，会尽可能降低对疲劳试验最终结果的影响。

所述圆锥曲线为椭圆、双曲线或抛物线。由于圆锥曲线上各点曲率是不同的，因此圆锥曲线过渡时随着距离不同而不断变化，这对金属材料或复合材料在变形时的累积塑性变形是有影响的，进而影响疲劳破坏。圆锥曲线与夹持区之间的过渡为圆角部分，当圆锥曲线未与夹持区相交，则圆角部分用于过渡圆锥曲线和过渡区的直边。

所述中心区为圆形，对于双轴拉伸疲劳试验，随着两个方向上的比例不同，中心区的应力分布也不同，因此中心区优选为完美对称的圆形。

所述夹持区设有螺纹通孔和/或销孔以提供足够的加紧力。

圆锥曲线过渡的双轴拉伸疲劳试验件的试验方法，包括以下步骤：

(ⅰ)根据需要采用应变电测法或数字图像相关法采集中心区上下表面的应变数据；

(ⅱ)将所述夹持区与实验加载设备或夹具连接并夹紧，确保试验件中心与加载中心同轴度在允许误差范围内，试验件所在平面与加载平面夹角在允许误差范围内，试验件支臂所在直线与对应加载方向的夹角在允许误差范围内；

(ⅲ)在实验准备完成后，采用应力或应变控制方式，设置加载曲线波形进行加载，并根据需要采集应变数据。