1、華僑大學本科畢業論文（設計）開題報告學院：機電學院專業班級：11材料成型2班姓名付央杰學號08指導教師劉華職稱學歷講師課題名稱高強度鋼板雙向拉伸試驗機夾具設計設計（論文）類型（劃V）工程設計應用研究開發研究基礎研究其它V1、本課題的的研究目的和意義：隨著國內工業自主研發不斷發展，對應于高新材料的需求日益增長，材料拉伸試驗的重要性也就不言而喻。國內對于材料拉伸試驗主要集中于單向拉伸，由于在工程實際應用中，材料廣泛地處于復合應力狀態下，例如：航天飛機殼體在航行中受到復雜的壓力作用、高強鋼在經過輥彎成形過程中受到復合應力等等，為了準確探究這些材料，尤其是各向異性材料如剛強鋼板、復合材料等力學性能，就

2、要通過雙向拉伸試驗提供理論支持。因此，為了得到更好貼合實際、更加精準的材料性能參數以及推導和驗證材料屈服準則奠定基礎，雙向拉伸試驗也就顯得格外重要。這一方向也成為當前國內外學者在材料研究領域所討論的熱點之一，其中，能夠準確描述板料在不冋加載路徑下力學行為對于板材生產和加工成型更具有現實意義。當前，國內的材料拉伸試驗以單向拉伸為主，多數采用萬能試驗機，主要適用于航空、材料、冶金、大專院校、科研單位、建筑、輕工、航天等領域。國內的雙向拉伸試驗機在近些年來逐漸得到發展。其中，以北京航空航天大學研制的基于液壓控制的雙向拉伸試驗機和北方工業大學研發的基于伺服控制的雙向拉伸試驗機為代表，并進行了許多卓有成

3、效的科研工作。日本于2010年已經完成了雙向拉伸領域的國內標準的制定，而德國在國際沖壓協會的組織下，也完成了相關領域標準的制定，在此環境下，國內學者對于雙向拉伸的研究工作已經刻不容緩，并具有極重要的意義。一般來講，板材在生產及應用過程中，會受到復合應力作用，即處于雙向應力狀態。單向拉伸試驗所得到的材料力學性能參數已經不能滿足工程實際中的應用，例如：為了描述板材成形性能，采用單向拉伸試驗獲取總延伸率進行定性評價，但產生的局部變形由于存在頸縮區內，在薄板沖壓成型領域是不可取的:在板料輥彎成形領域,由于板材受壓輥的橫向拉力和縱向拉力，處于雙向應力狀態，并且把板材回彈的因素考慮進去，進行模擬仿真；在產

4、品的實際應用中，從損傷角度探究產品的損壞斷裂等情況:對現有屈服準則進行驗證，對高新材料的屈服準則進行推導和驗證等等,以上都需要以雙向拉伸試驗為基礎隨著新興材料的大量興起,比如汽車用高強度鋼等各向異性材料及復合材料，僅從單向拉伸試驗中無法準確描述材料的力學行為，還是要以雙向拉伸試驗數據為依據.集合邊界條件和摩擦條件等因素會在板料成形過程中產生較大的影響，導致加載路徑與路性路徑不一致，對于需要多工序成形的零件以及形狀復雜的零件更是如此在板料成形過程中，可以將其變形特點看作是在雙向拉伸下，沿不同的加載路徑而成形的所以能夠準確描述不冋加載路徑下板料塑性變形力學行為十分重要，其目的是建立合理的板料塑性變

5、形力學方程，準確描述板料成形過程,為材料力學性能提供依據.國內在雙向拉伸領域中并不成熟，裝置大多比較陳舊，精度不能達到要求，試驗費用過高，但隨著工業化進程的不斷提升,在此領域的研究和需求也不斷提高，這些因素促進了對于雙向拉伸試驗機的研發由于日本、德國已經制定了雙向拉伸的國內標準，并正在向國際邁進，對比于此，國內的雙向拉伸領域也應加快對雙向拉伸機的研發速度，完成相應的試驗研究，制定相應的國內標準，只對于國內材料領域在今后的發展有至關重要的意義。2、文獻綜述(國內外研究情況及其發展)：1910年由德國人AMErichsen發明了杯突試驗，并于1912年取得德國專利。由于杯突試驗可以利用較少的材料對

6、板料的成形性能進行快速的測定，所以得到了廣泛的應用。由杯突試驗得到不同材料的杯突值，即使這壁數值很相近，其成形過程及力學性能差別有可能會很大。主要由于是實際生產中多數沖模與杯突試驗的沖頭相比過大。所以，用杯突值不能精確表示板料的成形性能。上世紀五十年代提出了用塑性應變比和應變硬化指數來評定板材成形性能，但不能夠定量地描述其成型性能;六十年代，由Keeler和Goodwin提出的成形極限圖(FLD),為探究板料的成形性能奠定了堅實基礎，至今，在此領域中仍發揮重要作用。在雙向拉伸試驗中，對于各向同性板料,常采用拉扭試驗與薄壁管拉脹試驗，通過不同的試驗參數配置，使試件處于不同的加載路徑下，主要用于研

7、宄各向同性材料在不同加載路徑下的塑性變形過程。對于各向異性板料，常用試驗方法是液壓脹形實驗、剛性模脹形試驗以及壓延等試驗，或缺口、寬板試件拉深試驗等基本試驗及其組合,但通過這些試驗只能確定等雙拉點、平面應變點等幾個特征點的力學行為,難以獲得任意加載比例下板料的力學性能。早在60年代，基于十字形試件進行加載的雙向拉伸機這概念就已提出，但由于十字形試件的設計、模擬優化以及制備，雙向拉伸機的協同運動控制及精度，十字形試件中心區域的應力應變的測定等等問題限制了其發展。近些年來，由于運動控制系統的不斷優化，生產加工水平不斷提高，使這一概念得到了發展和實現。2008年，日本東京農工大學桑原利彥教授研發了十

8、字形試件雙向拉伸試驗機，此試驗機加載比例可調，但同步性不能控制8。我國于上世紀80年代以日本進口DCS-25T萬能試驗機為基礎，安裝4個傳感器，研制出機械式雙向拉伸試驗機，但也只能簡單測定載何比為1:1和1:2這兩個比例下的應力應變關系。之后，北京航空航天大學自主研發的雙向拉伸試驗機，基于液壓控制,建立了能夠對十字形試件進行雙向拉伸試驗的機械部分、運動控制系統以及操作軟件的綜合設計搭建，實現了同軸向的兩組夾頭的位移同步控制，能夠完成不同比例加載路徑下的雙向拉伸試驗。3、本課題的主要研究內容（提綱）和成果形式：內容：雙向拉伸試驗機的夾具設計成果形式：夾具能保證十字形試件的定位、固定并夾緊。重要的

9、是保證其在試驗過程中，試件所受的四個方向的拉力要作用在同一平面受力，即試件只受平面應力。試驗機由馬達帶動齒輪驅動兩根滾軸絲杠，進行雙向不同比例的加載。兩個線性液動裝置沿著兩根軸安裝在剛性構架上。拉伸過程中，兩根軸上由兩個制動器來確保試件的中心點在拉伸時不會變化。隨著持續加載，試件經歷彈性形變和塑性形變階段，直至最后斷裂。理想斷裂情況如下圖所示。然后再通過動態電阻應變儀、引伸計、信號采集系統等設備來測量并分析試件中心區域、寬度方向以及長度方向的應變，最后再由分析系統得到其應力應變關系。Fig7一Fraturedspecimenafterdynamicbiaxialtest(Shimam&toet

10、al.r2D0.4、擬解決的關鍵問題：對于傳統的萬能實驗機的夾具，多為機械式豎向夾持的。由于本實驗的特殊要求，需要自主設計套平置式夾具，保證將試件定位、夾緊。實驗過程中，試驗機提供兩個軸向的加載，試件受拉力，而設計夾具時要保證加載過程中試件受平面應力，這樣才符合試驗的要求。5、研究思路、方法和步驟：思路：了解試驗機原理，根據試驗要求設計兩套方案，列出倆套方案各自的優缺點，分析并進行優化，再將它們進行對比。方法：功能分析法，根據試驗條件和要求來設計夾具，令其能夠滿足試驗的需求。步驟：1、了解國內和國際雙向拉伸試驗的發展狀況及試驗要求和目的；2、分析試件的特征；3、根據試驗要求設計夾具，畫出夾具的

11、設計圖（包括定位裝置、夾緊裝置、導向元件、夾具體）；4、檢測夾具的可行性。方案：1、工件的定位方案；2、工件的夾緊方案設計；3、對刀或導向方案設計；4、確定夾具與機床的連接方式；5、確定夾具其他組成部分；6、確定夾具體的結構形成；7、繪制夾具方案設計圖，標注尺寸、公差以及技術要求；8、進行必要的分析計算。6、本課題的進度安排：3月查找資料，開題報告，論文翻譯4月試件的研究，夾具研究，試件實驗，數據處理5月書寫論文；6月答辯7、參考文獻：試驗機拉伸夾具的設計與探索國防科技大學鄧義林雙向拉伸試驗技術最新進展武鋼研究所李榮鋒雙向拉伸試驗研究任家陶陳積光AreviewofplanarbiaxialtensiletestsystemsforsheetmetalAlanHannon,PeterTiernan中心區減薄的十字形試件拉伸性能研究北京