本文關鍵詞：雙軸拉伸原位力學測試裝置的設計分析與試驗研究

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【摘要】：在實際服役中,材料將不可避免的承受多種載荷的復合作用，這種復雜的受力狀態(tài)會加劇材料的失效和破壞，由于雙軸拉伸測試能夠模擬多種平面應力狀態(tài)，有關十字形試件雙軸拉伸的研究受到了研究者的廣泛關注。近年來，利用商業(yè)化成像設備，集成材料試驗機，對試驗過程中材料的失效和破壞過程進行實時觀測，研究材料的微觀破壞機理，這種測試方式逐漸發(fā)展成為一種原位測試技術。通過原位觀測與雙軸拉伸測試技術結合，獲得材料接近服役條件下的微觀破壞機理，成為材料測試技術的研究熱點。 但現(xiàn)有雙軸拉伸測試裝置也存在體積較大，不利于同顯微成像裝置進行集成的問題，導致有關雙軸拉伸原位測試技術的研究開展的較少。國外雖然已有商業(yè)化的小型雙軸拉伸原位測試裝置出現(xiàn)，但功能較為單一，價格昂貴，且不易引進。國內在雙軸拉伸原位測試方面發(fā)展較晚，還沒有成熟的商業(yè)化產品出現(xiàn)。因此，開發(fā)具有自主知識產權的雙軸拉伸力學原位測試裝置，對于推動我國的接近服役條件下材料的微觀破壞機理的研究具有重大意義。 本文針對這一需求，在對國內外現(xiàn)有的原位雙軸拉伸測試裝置進行了綜合的分析與評述基礎之上，自制了一套新型雙軸雙向拉伸原位力學測試裝置。論文主要工作如下： 1、根據(jù)國內外原位雙軸拉伸試驗裝置的研發(fā)現(xiàn)狀，提出了新型雙軸拉伸原位力學測試裝置的設計方案，對工作原理進行了分析，對關鍵零件進行了靜力學校核和有限元分析、模態(tài)分析，根據(jù)分析結果，優(yōu)化了裝置結構，完成了裝置的制造和裝配。 2、完成了測試系統(tǒng)機械單元和電控單元的集成調試。標定了力和位移傳感器。對裝置的重復性進行了驗證試驗。針對試驗測得的應變值過大，導致彈性模量偏小，首先用一種算法，修正了試件過渡段和夾持段變形對測試的影響；其次，用實驗的方法，測試了裝置在加載時所發(fā)生的變形，發(fā)現(xiàn)機架變形同加載力存在一種線性關系，對機架變形提出一種修正方法。使用校準后的裝置進行了準確性的驗證試驗，完成了多組單軸拉伸試驗，并與標準試驗機試驗結果做對比，結果曲線和各項力學參數(shù)均相符，驗證了裝置的可靠性和準確性。 3、對典型金屬材料6061鋁、紫銅、AZ31B鎂合金在雙向應力下的力學性能開展試驗研究。通過有限元仿真分析方法，根據(jù)單軸試驗得到的材料力學參數(shù)，對雙軸拉伸試驗進行模擬，之后對試件進行雙軸拉伸試驗，仿真結果與試驗結果相一致，驗證了仿真分析的正確性；開展了變溫條件下的紫銅的雙軸拉伸試驗，發(fā)現(xiàn)隨溫度升高，紫銅強度和延伸率逐漸降低；針對雙軸拉伸試驗過程中試件的變形行為進行研究，對用6061鋁制備的十字形試件在標距段邊緣產生的非線性形變提出了一種指數(shù)擬合方法；針對紫銅試件表面微缺陷，在受雙向拉力時的變形行為進行了研究，發(fā)現(xiàn)受雙向應力將加劇表面壓痕形貌的擴大與壓痕深度的減小，對試件施加適當大小的雙向應力，將有利于試件表面保持平整；對AZ31B鎂合金進行了原位雙軸拉伸力學測試，觀測了鎂合金的金相組織在試驗中的塑性變化，，發(fā)現(xiàn)微觀組織變化同試件宏觀上的斷裂失效現(xiàn)象的對應關系，驗證了材料宏觀上的破壞失效，是源自微觀組織破壞和變化的聚集與擴展。
【關鍵詞】：雙軸拉伸 復合載荷 原位測試 力學性能 測試裝置
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH87
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-26
• 1.1 選題背景與研究意義12-15
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀15-24
• 1.2.1 雙軸拉伸力學測試裝置與研究進展15-17
• 1.2.2 雙軸拉伸原位力學測試裝置與研究進展17-21
• 1.2.3 十字形試件形狀尺寸設計和變形性能的研究21-24
• 1.3 主要研究內容24-26
• 第2章 雙軸雙向拉伸原位力學測試裝置的設計分析26-40
• 2.1 雙軸雙向拉伸復合加載的理論模型26-28
• 2.2 雙軸雙向拉伸原位力學測試裝置工作原理與整體設計方案28-29
• 2.3 雙軸雙向拉伸原位力學測試裝置設計分析29-34
• 2.3.1 驅動單元的設計與分析31-32
• 2.3.2 傳動單元的設計與分析32-34
• 2.3.3 檢測單元的設計與分析34
• 2.4 關鍵零部件的靜動態(tài)有限元分析34-38
• 2.4.1 關鍵零部件的靜力學分析34-36
• 2.4.2 關鍵零部件的模態(tài)分析36-38
• 2.5 本章小結38-40
• 第3章 整機的集成調試40-58
• 3.1 雙軸拉伸測試系統(tǒng)的集成40-43
• 3.1.1 電控單元控制原理與功能介紹40-42
• 3.1.2 測試系統(tǒng)機械單元與電控單元的集成42-43
• 3.2 傳感器的標定43-47
• 3.2.1 力與位移傳感器的線性度測試43-44
• 3.2.2 力傳感器的標定試驗44-45
• 3.2.3 位移傳感器的標定試驗45-47
• 3.3 雙軸拉伸測試裝置的重復性試驗47-48
• 3.4 雙軸拉伸測試裝置的剛度校準及修正48-52
• 3.4.1 試件夾持部分變形的修正算法48-50
• 3.4.2 機架變形的修正算法50-52
• 3.5 校準后的裝置準確性驗證試驗52-56
• 3.6 本章小結56-58
• 第4章 典型金屬材料的原位雙軸拉伸試驗研究58-74
• 4.1 6061 鋁和紫銅的雙軸拉伸試驗58-61
• 4.1.1 雙軸拉伸試驗有限元仿真58-60
• 4.1.2 雙軸拉伸試驗60-61
• 4.2 變溫條件下的雙軸拉伸試驗61-63
• 4.2.1 變溫測試裝置61-62
• 4.2.2 變溫條件下的雙軸拉伸力學測試62-63
• 4.3 十字形試件形變分析63-67
• 4.3.1 測試系統(tǒng)和理論變形模型64-65
• 4.3.2 十字形試件的變形擬合分析65-67
• 4.4 十字形試件表面微缺陷在雙軸拉伸下的衍生規(guī)律研究67-70
• 4.4.1 預制試件表面初始缺陷67-68
• 4.4.2 壓痕形貌在單向拉力下的變形性能68-69
• 4.4.3 壓痕形貌在雙向拉力下的變形性能69-70
• 4.5 AZ31B 變形鎂合金雙軸拉伸下的金相組織變化70-73
• 4.5.1 試件的制備過程70-71
• 4.5.2 AZ31B 鎂合金雙軸拉伸原位測試71-73
• 4.6 本章小結73-74
• 第5章 總結與展望74-76
• 參考文獻76-84
• 作者簡介與攻讀學位期間的主要研究成果84-86
• 一、作者簡介84
• 二、主要研究成果84-86
• 1、發(fā)表論文情況84
• 2、授權專利情況84-86
• 致謝86

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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5 呂曉東,吳向東,萬敏,周賢賓;十字形試件雙向拉伸試驗系統(tǒng)的PID控制[J];中國機械工程;2003年08期

本文編號：609971