材料试验中试样夹持技术方法的研究

【摘要】拉伸试验作为测定材料性能的一种实验方法，由于其较高的准确性、可控性以及经济性而得到广泛的采用。材料的伸长率、面积缩减量、弹性模量、弹性极限、比例极限、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其他拉伸性能指标都可以通过拉伸试验所得到的数据来进行理论的确定。且还可以通过调节拉伸试验的温度环境，来得到蠕变数据。由于近年来各种新型材料的不断研发，关于材料性能的要求也愈加特殊化。这样对夹具的几何参数的规定也越来越严格。于是作为试验机标准配置的拉伸夹具,其形状以及尺寸的大小、钳口的初始夹紧力的大小等重要参数也得到了世界的高度关注。本课题从拉伸夹具的夹紧问题入手，对实验过程中所需夹紧力的最小值问题进行理论分析和试验论证,同时提出一种电动式平推夹紧结构的设计理念。首先，建立了夹块与试样完全弹性接触以及夹块与试样间产生塑性变形两种不同的接触模型，并分别对这两种接触模型进行理论分析，最终得到最小夹紧力与拉伸力之间的关系，并推导出了最小夹紧力与拉伸力之间的两个不同的关系表达式。其次，通过分析采用楔形夹块的夹紧方式，计算出在摩擦对试验的影响下，夹块楔形角、试验拉伸力与夹紧力之间的关系表达式。由于此关系式只考虑摩擦因素的影响，因此通过这个表达式得到的理论夹紧力是要比实际所需夹紧力值偏大的。根据关系式的这个特点，给定一个拉伸力的确切数值，代入这个关系表达式，并给定夹块楔形角度值，由此计算出一个夹紧力估计值，并将相同的参数值代入之前推导的两组夹紧力与拉伸力关系的一般公式，得到夹紧力的两组理论值。将这个估计值与两组理论值进行比较，得到结论：相同试验条件，下第二组一般公式得到的夹紧力值小于采用楔形摩擦方法得到的夹紧力值。从而初步证明了第二组夹紧力一般公式的正确性。再次，对低碳钢试样进行拉伸试验，试验结束后被拉断试样的夹持表面会产生压痕，根据激光传感器对试样表面的压痕深度进行测量，根据Johnson给出的公式，通过压痕深度来计算出所需夹紧力的大小，并将这个力值与在相同条件下根据夹紧力一般公式计算得出的夹紧力值进行比较，得到试验力值小于理论力值，说明计算得出的理论夹紧力的大小可以满足拉伸试验对夹紧力大小的要求，进一步证明了所推导的夹紧力一般公式的可行性。最后，提出了一种性能平稳、结构简单、夹紧力大，可以很好地改善现有夹具的缺陷的电动式平推夹具。并对其夹紧装置与传动装置进行结构选型与设计计算，在电机的选择上，利用电动机的瞬时过载特性，将直流减速电机作为平推式电动夹紧装置的驱动系统。本课题提出了关于拉伸试验过程中所需最小夹紧力问题，推导出相关公式，并进行理论和实验验证，并将其应用到一种新型的平推式电动夹头的结构设计理论计算中，从而更加经济、合理地来进行电动马达的选择。这种采用电动控制的平推式电动夹头也使得夹紧机构结构更加简单，性能更加平稳。
【作者】孙慧；
【导师】张学成；
【作者基本信息】吉林大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】试验机；拉伸试验；夹紧力；平推式夹具；电动夹紧装置；

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