專利名稱：車身薄板疲勞試驗裝置及測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車身薄板材料疲勞試驗技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種車身薄板疲勞試驗裝置及測試方法，用于開展車身薄板材料拉拉和拉壓疲勞試驗。
背景技術(shù)：
轎車車身普遍采用厚度較小的冷軋或少量熱軋薄鋼板焊接而成，車身CAE耐久性分析需要車身薄板材料的疲勞試驗數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)輸入來計算分析。車身薄板在實際工況中的受力狀態(tài)處于拉拉或拉壓兩種受力狀態(tài)，目前對這兩種受力工況的試驗均采用標準材料試樣通過類似楔形的試驗夾具在疲勞試驗機上進行試驗，薄板材料疲勞試驗過程中試樣失效通常發(fā)生在試樣側(cè)向邊緣處，對于同一批次材料試樣雖然試樣制作過程中一致性較容易保證，但在試樣裝夾過程中對中不容易控制，裝夾狀態(tài)不 同，導致同批次各試樣受力狀態(tài)不一致，也會對同一批次試驗結(jié)果產(chǎn)生影響。在拉壓疲勞試驗過程中，由于薄板材料易發(fā)生彎曲失穩(wěn)，因此需要對材料試樣進行防彎曲約束，防彎曲約束主要是對試樣表面法線方向失穩(wěn)的約束。傳統(tǒng)的防彎曲約束主要是對材料樣件通過兩平面夾板夾持進行縱向固定，但是這種固定方法易影響試樣側(cè)向邊緣部分的受力狀態(tài)，并且由于防彎曲夾具在夾持時本身存在橫向彎曲變形，導致對試樣的縱向約束貼合性不好而使試樣的受力狀態(tài)不均勻，中間受力小，邊緣部分受力大，未充分考慮試樣與約束間的摩擦力影響，都會對試驗過程產(chǎn)生影響；車身薄板普遍塑性較好，塑性好的材料普遍剛性差，在進行疲勞試驗測試中不同于剛性好的材料，在試驗過程中較難標定，傳統(tǒng)方法標定導致試驗效率低；塑性好的薄板材料在進行疲勞試驗過程中疲勞裂紋擴展不同于剛性強的材料，一旦形成疲勞裂紋將很快擴展至失穩(wěn)，傳統(tǒng)方法缺乏對塑性薄板材料條件疲勞極限的合理確定。

發(fā)明內(nèi)容
為了保證車身薄板材料試驗過程的一致性和減少額外因素對試驗結(jié)果的影響，提高試驗效率和節(jié)約試驗成本，本發(fā)明提供了一種車身薄板疲勞試驗裝置及測試方法。所述技術(shù)方案如下—方面，提供了一種車身薄板疲勞試驗裝置，所述試驗裝置包括對中裝置和防彎曲約束裝置，所述對中裝置包括立柱，其上設(shè)有與夾持于所述疲勞試樣上的兩夾具對應(yīng)貼合的基準平面，用于保持兩所述夾具位于同一基準平面上，用于保證疲勞試樣的中線與所述基準平面平行；兩對中卡塊，其垂直設(shè)置于所述立柱的基準平面上，兩所述對中卡塊的自由端分別與位于兩夾具之間的疲勞試樣的側(cè)面相貼合，使疲勞試樣對中于試驗夾具的基準平面。所述防彎曲約束裝置，其包括兩個形狀相同的支撐板，用來夾持位于兩所述夾具之間的疲勞試樣；每個所述支撐板的整個板面長度方向上分別成型一個平面凸臺，所述平面凸臺分布于所述支撐板的板面中部，用于與疲勞試樣的平面相貼合；所述支撐板的兩側(cè)面分別設(shè)有固定板，用于將疲勞試樣夾持固定于兩所述支撐板的平面凸臺上。優(yōu)選地，所述支撐板的每一側(cè)各成型有兩個固定板，所述固定板是由所述支撐板的兩側(cè)面在垂直于疲勞試樣拉伸方向上向外延伸而成，所述支撐板兩側(cè)的固定板對稱于所述支撐板的中線。所述平面凸臺的寬度小于疲勞試樣應(yīng)力集中部分的最小寬度。另一方面，還提供了一種車身薄板疲勞測試方法，所述方法包括選取薄板疲勞試樣，測定其靜拉伸曲線；通過實際材料力學性能對試驗力進行標定，并選取初始試驗力和設(shè)定條件疲勞極限；通過疲勞試驗裝置對疲勞試樣進行夾緊和對中處理,再經(jīng)試驗機對疲勞試樣進行疲勞測試。 所述的對試驗力進行標定并選取初始試驗力，其具體方法如下設(shè)定薄板材料的延伸率；根據(jù)所測薄板材料的靜拉伸曲線確定其延伸率；對所測材料的延伸率與所設(shè)定的延伸率進行比較；若所測材料的延伸率小于所設(shè)定的延伸率，所選取的初始試驗力小于所測薄板材料的彈性極限值；若所測材料的延伸率大于所設(shè)定的延伸率，所選取的初始試驗力大于所測薄板材料的彈性極限。優(yōu)選地，所述的薄板材料的設(shè)定延伸率為所測疲勞試樣的30%。所述的通過疲勞試驗裝置對疲勞試樣進行夾緊和對中處理具體包括對疲勞試樣進行拉拉疲勞試驗時，通過對中裝置對疲勞試樣進行對中處理；對疲勞試驗進行拉壓疲勞試驗時，首先對疲勞試樣通過防彎曲約束裝置進行防彎曲處理，然后通過對中裝置對疲勞試樣進行對中處理。本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是I、本發(fā)明根據(jù)對薄板材料拉拉和拉壓疲勞試驗過程中根據(jù)疲勞試樣的形狀特點設(shè)計相應(yīng)對中裝置，保證疲勞試樣裝夾過程的一致性，避免疲勞試樣承受因裝夾對中性不好或者歪曲而產(chǎn)生的附加拉應(yīng)力對試驗結(jié)果的影響。2、本發(fā)明還在薄板拉壓疲勞試驗過程中采用特殊設(shè)計的防彎曲約束裝置，防止疲勞試樣發(fā)生彎曲失穩(wěn)而不能正常進行試驗，該約束裝置與疲勞試樣采用平面凸臺接觸，平面凸臺經(jīng)過磨削處理并在安裝疲勞試樣前涂潤滑油，裝夾后通過手動擰緊，保持疲勞試樣方位的矯正并減少約束裝置與疲勞試樣間的摩擦力，平面凸臺設(shè)計減少了傳統(tǒng)防彎曲裝置自身產(chǎn)生撓度變化對試樣縱向約束表面受力不均的影響，該平面凸臺有效保證了疲勞試樣縱軸部位的集中約束，平面凸臺的寬度小于疲勞試樣應(yīng)力集中部分的最小寬度，對疲勞試樣側(cè)向邊緣部分不產(chǎn)生額外接觸應(yīng)力，同時達到了防彎曲失穩(wěn)約束的效果。3、本發(fā)明所提供的測試方法是依據(jù)所提供的試樣裝置，在開展試驗前以車身薄板材料靜態(tài)拉伸曲線為基準，進行初始試驗力的標定，避免了傳統(tǒng)方法根據(jù)材料強度極限進行標定的方法，塑性薄鋼板材料自身特點不同于大截面鋼材疲勞試驗的標定，根據(jù)材料塑性的高低，以設(shè)定高于或低于彈性極限值作為初始試驗力開展試驗，提高了試驗力標定的效率；考慮了車身薄板塑性材料的應(yīng)變強化和塑性遲滯效應(yīng)來設(shè)定條件疲勞極限，避免了傳統(tǒng)試驗方法中對條件疲勞極限的設(shè)定過高和不合理產(chǎn)生浪費的情況，進而提高試驗效率，節(jié)約試驗成本。4、試驗裝置操作簡單，便于數(shù)量較多的疲勞試樣開展高效率試驗，其測試方法節(jié)約了試驗成本。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖I為本發(fā)明所提供的對中裝置結(jié)構(gòu)圖；圖2是圖I的左視圖；圖3為本發(fā)明所提供的防彎曲約束裝置結(jié)構(gòu)圖；圖4是圖3的俯視圖；圖5為本發(fā)明拉拉疲勞試樣的安裝；圖6為本發(fā)明拉拉疲勞試驗狀態(tài)；圖7為本發(fā)明拉壓疲勞試樣防彎曲約束裝置的安裝；圖8為本發(fā)明拉壓疲勞試樣整體的安裝；圖9為本發(fā)明拉壓疲勞試樣的試驗狀態(tài)。圖中I-對中裝置，11-立柱，12-對中卡塊，13-基準平面；2_防彎曲約束裝置，21-支撐板,22-平面凸臺，23-固定板,24-通孔；3_疲勞試樣；4_夾具；5_螺釘。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。本發(fā)明所提供的車身薄板疲勞試驗裝置主要由以下幾部分組成夾具4、對中裝置I和防彎曲約束裝置2。其中的夾具4用于夾持疲勞試樣3的兩端，對中裝置I如圖I和圖2所示，用于在拉拉和拉壓疲勞試驗過程中安裝疲勞試樣3，使其對中，并且保證同批次疲勞試樣3安裝的一致性。對中裝置I包括立柱11，其上設(shè)有與夾持于疲勞試樣3上的兩夾具4對應(yīng)貼合的基準平面13，用于保持兩夾具4位于同一基準平面13上，使疲勞試樣3的中線平行于立柱11的基準平面13 ；兩對中卡塊12，其垂直設(shè)置于立柱11的基準平面13上，兩對中卡塊12的自由端分別與位于兩夾具4之間的疲勞試樣3的側(cè)面相貼合，使疲勞試樣3對中于兩夾具4的中線。該對中裝置I綜合考慮了該批次疲勞試樣形狀尺寸以及試驗夾具4的形狀尺寸針對性的設(shè)計使用，根據(jù)不同試樣形狀和夾具尺寸，該對中裝置I采用不同的設(shè)計，不限于本發(fā)明所限定的對中裝置I的具體形狀，通過該對中裝置，避免試驗過程中人工安裝疲勞試樣的多樣性及差別對一系列疲勞試樣試驗結(jié)果的影響，便于試驗分析。其中的防彎曲約束裝置2如圖3和圖4所示，其包括兩個形狀相同的支撐板21，用來夾持位于兩夾具4之間的疲勞試樣3，每個支撐板21的整個板面長度方向上分別成型一個平面凸臺22，平面凸臺22分布于支撐板21的板面中部，用于與疲勞試樣3的平面相貼合；在支撐板21的兩側(cè)面分別設(shè)有固定板23，用于將疲勞試樣3夾持固定于兩支撐板21的平面凸臺22上。安裝時將疲勞試樣3放置于兩支撐板21之間，然后將螺釘5貫穿兩通孔24將兩支撐板21連接，疲勞試樣3的前后兩平面分別與兩支撐板21的平面凸臺22貼合，如圖支撐板21的每一側(cè)各成型有兩個固定板23，固定板23是由支撐板21的兩側(cè)面在垂直于疲勞試樣3拉伸方向上向外延伸而成,支撐板21兩側(cè)的固定板23對稱于支撐板21的中線，其中平面凸臺23的寬度小于疲勞試樣3應(yīng)力集中部分的最小寬度。在進行薄板拉壓疲勞試驗過程中由于試樣有效承力截面較小，并且材料塑性好，經(jīng)常發(fā)生彎曲失穩(wěn)現(xiàn)象，使試驗不能正常進行，該防彎曲約束裝置用于將試樣縱向部分進行約束，與上下夾具的間隙亦很小，便于形成一個整體的剛性聯(lián)接，由于在支撐板21上采 用平面凸臺22設(shè)計，薄板材料承力能力差，在進行疲勞試驗過程中往往采用較寬的試樣進行，以求達到盡可能大的疲勞試樣截面積和傳遞軸向力的效果，傳統(tǒng)的試樣防彎曲約束裝置由于采用整體平面設(shè)計，在沿著試樣橫向擰緊的過程中容易產(chǎn)生自身的彎曲變形，導致約束在疲勞試樣縱向上的約束力減小并且不均勻，由于彎曲的產(chǎn)生，導致疲勞試樣側(cè)向邊緣部分產(chǎn)生較大的約束力，而試樣側(cè)向邊緣部分往往在試驗過程中是比較敏感的，是疲勞裂紋產(chǎn)生的部位，側(cè)向邊緣部分較大的約束力容易影響邊緣部分的應(yīng)力狀態(tài)，帶有平面凸臺的防彎曲約束裝置，僅僅在疲勞試樣軸向進行約束，與疲勞試樣側(cè)向邊緣并不接觸，并且凸面接觸面采用最小摩擦力設(shè)計，平面凸臺部分經(jīng)過磨削處理并且在安裝試樣前涂潤滑油處理，自身的凸面特性，在不產(chǎn)生約束力不均勻現(xiàn)象的前提下減小自重，因此，在試驗過程中對邊緣狀態(tài)的應(yīng)力條件不產(chǎn)生影響，采用手動擰緊并鎖緊，盡可能對疲勞試樣施加較小的外力開展試驗，保證試驗結(jié)果的科學性。拉拉疲勞試樣的安裝，如圖5所示，根據(jù)疲勞試樣和設(shè)備夾具形狀尺寸將疲勞試樣放置于夾具4中，用對中裝置I卡住疲勞試樣3進行裝夾，保證同批次每個試樣裝夾的一致性；拉拉疲勞試樣裝夾好后，撤去對中裝置I設(shè)置試驗參數(shù)開展試驗，試驗狀態(tài)如圖6所示；拉壓疲勞試驗防彎曲約束裝置2的安裝，如圖7和圖8所示，根據(jù)疲勞試樣3長度尺寸和防彎曲約束裝置2長度尺寸，將防彎曲約束裝置2居中安裝于疲勞試樣3上，用防彎曲約束裝置2的兩個平面凸臺22緊貼疲勞試樣3，進行安裝過程中將兩平面凸臺22進行涂潤滑油處理，以減小疲勞試樣3與防彎曲約束裝置2間的摩擦力，減小疲勞試樣3應(yīng)變阻力；將安裝好防彎曲約束裝置2的拉壓疲勞試樣3放置于夾具4，采用預先設(shè)計的對中裝置I卡住疲勞試樣3進行裝夾，保證同批次每個拉壓疲勞試樣的裝夾一致性；疲勞試樣裝夾好后最后撤去對中裝置，并設(shè)置試驗參數(shù)在試驗機上開展試驗，試驗狀態(tài)如圖9。本發(fā)明還提供了一種車身薄板疲勞測試方法，選取薄板疲勞試樣，測定其靜拉伸曲線；通過材料實際力學性能對試驗力進行標定，并選取初始試驗力和設(shè)定條件疲勞極限；通過疲勞試驗裝置對疲勞試樣進行對中處理和防彎曲約束，再經(jīng)試驗機對疲勞試樣進行疲勞測試。
對試驗力進行標定并選取初始試驗力，其具體方法如下設(shè)定薄板材料的延伸率；根據(jù)所測薄板材料的靜拉伸曲線確定其延伸率；對所測材料的延伸率與所設(shè)定的延伸率進行比較；
若所測材料的延伸率小于所設(shè)定的延伸率，所選取的初始試驗力小于所測薄板材料的彈性極限值；若所測材料的延伸率大于所設(shè)定的延伸率，所選取的初始試驗力大于所測薄板材料的彈性極限。其中，薄板材料的設(shè)定延伸率為所測疲勞試樣的30%，也可以在所測疲勞試樣的25% 35%延伸率范圍內(nèi)選取一個固定值。通過疲勞試驗裝置對疲勞試樣3進行夾緊和對中處理具體包括對疲勞試樣3進行拉拉疲勞試驗時，通過對中裝置I對疲勞試樣3進行對中處理；對疲勞試驗進行拉壓疲勞試驗時，首先對疲勞試樣3通過防彎曲約束裝置2進行防彎曲處理，然后通過對中裝置I對疲勞試樣3進行對中處理。這里的防彎曲約束裝置2和對中裝置I采用本發(fā)明所提供的結(jié)構(gòu)形式，但不作為對本發(fā)明的限制。對所取的薄板材料的彈性極限。上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種車身薄板疲勞試驗裝置，其包括對中裝置和防彎曲約束裝置，其特征在于， 所述對中裝置包括 立柱，其上設(shè)有與夾持于所述疲勞試樣上的兩夾具對應(yīng)貼合的基準平面，用于保證疲勞試樣的中線與所述基準平面平行； 兩對中卡塊，其間隔并垂直設(shè)置于所述立柱的基準平面上，兩所述對中卡塊的自由端分別與位于兩夾具之間的疲勞試樣的側(cè)面相貼合，使疲勞試樣對中于夾具的中線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的車身薄板疲勞試驗裝置，其特征在于，所述的防彎曲約束裝置包括兩個形狀相同的支撐板，用于夾持位于兩夾具之間的疲勞試樣； 每個所述支撐板的整個板面長度方向上分別成型一平面凸臺，所述平面凸臺分布于所述支撐板的板面中部，用于與疲勞試樣的平面相貼合； 所述支撐板的兩側(cè)面分別設(shè)有固定板，用于將疲勞試樣夾持固定于兩所述支撐板的平面凸臺上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車身薄板疲勞試驗裝置，其特征在于， 所述支撐板的每一側(cè)各成型有兩個固定板，所述固定板是由所述支撐板的兩側(cè)面在垂直于疲勞試樣拉伸方向上向外延伸而成，所述支撐板兩側(cè)的固定板對稱于所述支撐板的中線。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的車身薄板疲勞試驗裝置，其特征在于， 所述平面凸臺的寬度小于疲勞試樣應(yīng)力集中部分的最小寬度。
5.一種車身薄板疲勞測試方法，其特征在于，所述方法包括 選取薄板疲勞試樣，測定其靜拉伸曲線；通過材料實際力學性能對試驗力進行標定，并選取初始試驗力和設(shè)定條件疲勞極限；通過疲勞試驗裝置對疲勞試樣進行對中處理和防彎曲約束，再經(jīng)試驗機對疲勞試樣進行疲勞測試。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車身薄板疲勞測試方法，其特征在于， 所述的對試驗力進行標定并選取初始試驗力，其具體方法如下 設(shè)定薄板材料的延伸率； 根據(jù)所測薄板材料的靜拉伸曲線確定其延伸率； 對所測材料的延伸率與所設(shè)定的延伸率進行比較； 若所測材料的延伸率小于所設(shè)定的延伸率，所選取的初始試驗力小于所測薄板材料的彈性極限值；若所測材料的延伸率大于所設(shè)定的延伸率，所選取的初始試驗力大于所測薄板材料的彈性極限。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車身薄板疲勞測試方法，其特征在于， 所述的薄板材料的設(shè)定延伸率為所測疲勞試樣的30%。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的車身薄板疲勞測試方法，其特征在于， 所述的通過疲勞試驗裝置對疲勞試樣進行夾緊和對中處理具體包括 對疲勞試樣進行拉拉疲勞試驗時，通過對中裝置對疲勞試樣進行對中處理； 對疲勞試驗進行拉壓疲勞試驗時，首先對疲勞試樣通過防彎曲約束裝置進行防彎曲處理，然后通過對中裝置對疲勞試樣進行對中處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種車身薄板疲勞試驗裝置及測試方法，屬于材料疲勞測試領(lǐng)域，所述試驗裝置包括對中裝置和防彎曲約束裝置，對中裝置包括立柱和兩對中卡塊，立柱上設(shè)有與夾持夾具對應(yīng)貼合的基準平面，使疲勞試樣中線平行于基準平面；兩對中卡塊間隔垂直設(shè)置于立柱的基準平面上，使疲勞試樣對中于試驗夾具的中線；所述測試方法包括選取薄板疲勞試樣，測定其靜拉伸曲線；對試驗力進行標定，并選取初始試驗力和設(shè)定材料的條件疲勞極限；通過疲勞試驗裝置對疲勞試樣進行對中和防彎曲約束，再經(jīng)試驗機對疲勞試樣進行疲勞測試。本發(fā)明通過對中裝置和防彎曲約束裝置保證試驗過程的一致性和減少額外因素對試驗結(jié)果的影響，提高試驗效率和節(jié)約試驗成本。
文檔編號G01N3/32GK102735557SQ20121016091
公開日2012年10月17日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者李創(chuàng), 楊旋, 陳云霞 申請人:奇瑞汽車股份有限公司