拉伸—剪切复合载荷原位力学测试装置设计分析与试验研究

发布时间：2017-10-25 17:37

  本文关键词：拉伸—剪切复合载荷原位力学测试装置设计分析与试验研究

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【摘要】：研制一台拉伸-剪切复合载荷原位力学测试装置，对于研究在拉伸-剪切复合载荷作用下的材料力学性能有着重要的科学意义。目前针对材料在拉伸-剪切复合载荷作用下的材料力学性能的研究，多采用Arcan夹具或改进过的Iosipescu剪切测试夹具来实现拉伸-剪切复合载荷测试。而Arcan夹具实际使用中可以施加拉伸-剪切力比例有限，并且可以研究的复合载荷内容有限；采用改进过的Iosipescu剪切测试夹具，不易与光学显微镜结合使用。因此，本文将设计一台拉伸-剪切力可以任意复合的力施加方式，且能够进行原位测试的测试装置；另外将推导在拉伸-剪切复合载荷作用下弹性模量和剪切模量的求解公式，整机刚度对拉伸、剪切试验的影响的修正系数，并探索预拉伸载荷对剪切试验的影响、预剪切载荷对拉伸试验的影响。本文主要的研究工作可以概述为： （1）拉伸-剪切标准试件形状尺寸设计和拉伸-剪切基本理论分析 根据材料性能试验中常采用的试件类型，设计了适用于本装置，，针对各种金属材料的拉伸-剪切标准试件的形状和相关细节；阐述了金属材料在拉伸剪切力作用下材料力学性能的变化规律等相关理论，推导了材料在纯拉伸、纯剪切、拉伸-剪切复合载荷作用下的弹性模量和剪切模量的求解方法。 （2）拉伸-剪切复合载荷原位力学测试装置的设计分析 完成了拉伸-剪切复合载荷原位力学测试装置的机械结构、电控部分和控制软件的设计、分析、制造、装配等工作；并且利用Abaqus有限元分析软件对关键元件的动静态特性进行了有限元仿真分析。 （3）精密传感器的标定和整机刚度对拉伸-剪切试验影响的修正系数 分别设计制造了力传感器标定装置和位移传感器标定装置，并且使用这两台标定装置完成了精密力传感器和精密位移传感器的标定工作；提出了修正整机刚度对拉伸剪切试验影响的拉伸修正系数和剪切修正系数。并且将修正后的拉伸试验曲线和商业拉伸测试装置进行了对比。 （4）纯拉伸、纯剪切、拉伸-剪切复合载荷原位力学测试装置的试验研究 使用4种典型金属材料的完成了多组纯拉伸、纯剪切试验以获得材料力学性能，使用AZ31B镁合金分别与材料轧制方向呈0°、45°、90°的试件进行了多组纯拉伸试验产生以验证材料轧制方向对试验的影响。通过有限元分析的方法发现剪切头半径和剪切头间距对纯剪切试验结果有影响；通过试验发现了预拉伸力对剪切试验、预剪切力对拉伸试验有影响；结合超景深金相显微镜对Q235试件在拉伸-剪切复合载荷作用下微观形貌的变化过程原位观测；结合扫描电子显微镜（SEM）和超景深金相显微镜对比分析了不同材料在纯拉伸、拉伸-剪切复合载荷试验后断口的区别。
【关键词】：拉伸 剪切 复合载荷 力学性能 原位测试
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH87
【目录】：

• 本文工作得到下列项目资助4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 选题背景及研究意义12-14
• 1.2 国内外研究进展14-19
• 1.2.1 原位拉伸测试技术研究进展14-15
• 1.2.2 剪切测试技术研究进展15-17
• 1.2.3 复合载荷测试技术研究进展17-19
• 1.3 主要研究内容19-20
• 第2章 拉伸-剪切测试基本理论20-34
• 2.1 拉伸-剪切复合载荷测试装置标准试件20-22
• 2.1.1 试件结构设计分析20-21
• 2.1.2 试件等效标距计算分析21-22
• 2.2 材料拉伸-剪切理论分析22-33
• 2.2.1 材料拉伸理论分析22-24
• 2.2.2 材料剪切理论分析24-31
• 2.2.3 材料拉伸-剪切理论分析31-33
• 2.3 本章小结33-34
• 第3章 拉伸-剪切复合载荷原位力学测试装置的设计分析34-56
• 3.1 测试装置功能设计34-36
• 3.1.2 测试装置原理设计35-36
• 3.2 测试装置机械结构的设计分析36-46
• 3.2.1 测试装置机械结构的设计与分析36-37
• 3.2.2 测试装置动力传递单元设计37-40
• 3.2.3 夹持单元设计40-42
• 3.2.4 高精密传感器选型及设计42-43
• 3.2.5 关键元件静动态特性仿真分析43-46
• 3.3 测试装置电控单元设计46-47
• 3.4 PCI8602 采集卡的使用47
• 3.5 测试装置控制软件的设计与开发47-55
• 3.5.1 控制软件开发环境介绍47-48
• 3.5.2 控制软件界面及功能介绍48-50
• 3.5.3 测试装置控制程序50-55
• 3.6 本章小结55-56
• 第4章 拉伸-剪切复合载荷装置的试验研究56-82
• 4.1 拉伸-剪切复合载荷原位测试装置的组成56-57
• 4.2 精密传感器标定57-61
• 4.2.1 力传感器的标定57-59
• 4.2.2 位移传感器的标定59-61
• 4.3 整机刚度对拉伸-剪切试验影响的修正61-68
• 4.3.1 拉伸模块刚度对拉伸试验影响的修正61-67
• 4.3.2 剪切模块刚度对剪切试验影响的修正67-68
• 4.4 典型材料的纯拉伸试验研究68-72
• 4.4.1 拉伸模块的重复性试验68-69
• 4.4.2 典型材料的纯拉伸试验69-71
• 4.4.3 材料轧制方向对纯拉伸试验的影响71-72
• 4.5 典型材料的纯剪切试验研究72-75
• 4.5.1 剪切模块的重复性验证72-73
• 4.5.2 典型材料的纯剪切试验73
• 4.5.3 影响材料剪切性能的因素探究73-75
• 4.6 典型材料的拉伸-剪切复合试验研究75-79
• 4.6.1 拉伸预应力对材料剪切性能的影响76-78
• 4.6.2 剪切预应力对材料拉伸性能的影响78-79
• 4.7 拉伸-剪切复合加载材料微观力学响应的原位观测79-81
• 4.8 本章小结81-82
• 第5章 总结与展望82-84
• 5.1 总结82-83
• 5.2 展望83-84
• 参考文献84-92
• 作者简介与攻读学位期间的主要研究成果92-94
• 致谢94

【参考文献】

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本文编号：1094811