专利名称：车身薄板疲劳试验装置及测试方法
技术领域：
本发明涉及车身薄板材料疲劳试验技术领域，特别涉及一种车身薄板疲劳试验装置及测试方法，用于开展车身薄板材料拉拉和拉压疲劳试验。
背景技术：
轿车车身普遍采用厚度较小的冷轧或少量热轧薄钢板焊接而成，车身CAE耐久性分析需要车身薄板材料的疲劳试验数据作为数据输入来计算分析。车身薄板在实际工况中的受力状态处于拉拉或拉压两种受力状态，目前对这两种受力工况的试验均采用标准材料试样通过类似楔形的试验夹具在疲劳试验机上进行试验，薄板材料疲劳试验过程中试样失效通常发生在试样侧向边缘处，对于同一批次材料试样虽然试样制作过程中一致性较容易保证，但在试样装夹过程中对中不容易控制，装夹状态不 同，导致同批次各试样受力状态不一致，也会对同一批次试验结果产生影响。在拉压疲劳试验过程中，由于薄板材料易发生弯曲失稳，因此需要对材料试样进行防弯曲约束，防弯曲约束主要是对试样表面法线方向失稳的约束。传统的防弯曲约束主要是对材料样件通过两平面夹板夹持进行纵向固定，但是这种固定方法易影响试样侧向边缘部分的受力状态，并且由于防弯曲夹具在夹持时本身存在横向弯曲变形，导致对试样的纵向约束贴合性不好而使试样的受力状态不均匀，中间受力小，边缘部分受力大，未充分考虑试样与约束间的摩擦力影响，都会对试验过程产生影响；车身薄板普遍塑性较好，塑性好的材料普遍刚性差，在进行疲劳试验测试中不同于刚性好的材料，在试验过程中较难标定，传统方法标定导致试验效率低；塑性好的薄板材料在进行疲劳试验过程中疲劳裂纹扩展不同于刚性强的材料，一旦形成疲劳裂纹将很快扩展至失稳，传统方法缺乏对塑性薄板材料条件疲劳极限的合理确定。

发明内容
为了保证车身薄板材料试验过程的一致性和减少额外因素对试验结果的影响，提高试验效率和节约试验成本，本发明提供了一种车身薄板疲劳试验装置及测试方法。所述技术方案如下—方面，提供了一种车身薄板疲劳试验装置，所述试验装置包括对中装置和防弯曲约束装置，所述对中装置包括立柱，其上设有与夹持于所述疲劳试样上的两夹具对应贴合的基准平面，用于保持两所述夹具位于同一基准平面上，用于保证疲劳试样的中线与所述基准平面平行；两对中卡块，其垂直设置于所述立柱的基准平面上，两所述对中卡块的自由端分别与位于两夹具之间的疲劳试样的侧面相贴合，使疲劳试样对中于试验夹具的基准平面。所述防弯曲约束装置，其包括两个形状相同的支撑板，用来夹持位于两所述夹具之间的疲劳试样；每个所述支撑板的整个板面长度方向上分别成型一个平面凸台，所述平面凸台分布于所述支撑板的板面中部，用于与疲劳试样的平面相贴合；所述支撑板的两侧面分别设有固定板，用于将疲劳试样夹持固定于两所述支撑板的平面凸台上。优选地，所述支撑板的每一侧各成型有两个固定板，所述固定板是由所述支撑板的两侧面在垂直于疲劳试样拉伸方向上向外延伸而成，所述支撑板两侧的固定板对称于所述支撑板的中线。所述平面凸台的宽度小于疲劳试样应力集中部分的最小宽度。另一方面，还提供了一种车身薄板疲劳测试方法，所述方法包括选取薄板疲劳试样，测定其静拉伸曲线；通过实际材料力学性能对试验力进行标定，并选取初始试验力和设定条件疲劳极限；通过疲劳试验装置对疲劳试样进行夹紧和对中处理,再经试验机对疲劳试样进行疲劳测试。 所述的对试验力进行标定并选取初始试验力，其具体方法如下设定薄板材料的延伸率；根据所测薄板材料的静拉伸曲线确定其延伸率；对所测材料的延伸率与所设定的延伸率进行比较；若所测材料的延伸率小于所设定的延伸率，所选取的初始试验力小于所测薄板材料的弹性极限值；若所测材料的延伸率大于所设定的延伸率，所选取的初始试验力大于所测薄板材料的弹性极限。优选地，所述的薄板材料的设定延伸率为所测疲劳试样的30%。所述的通过疲劳试验装置对疲劳试样进行夹紧和对中处理具体包括对疲劳试样进行拉拉疲劳试验时，通过对中装置对疲劳试样进行对中处理；对疲劳试验进行拉压疲劳试验时，首先对疲劳试样通过防弯曲约束装置进行防弯曲处理，然后通过对中装置对疲劳试样进行对中处理。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是I、本发明根据对薄板材料拉拉和拉压疲劳试验过程中根据疲劳试样的形状特点设计相应对中装置，保证疲劳试样装夹过程的一致性，避免疲劳试样承受因装夹对中性不好或者歪曲而产生的附加拉应力对试验结果的影响。2、本发明还在薄板拉压疲劳试验过程中采用特殊设计的防弯曲约束装置，防止疲劳试样发生弯曲失稳而不能正常进行试验，该约束装置与疲劳试样采用平面凸台接触，平面凸台经过磨削处理并在安装疲劳试样前涂润滑油，装夹后通过手动拧紧，保持疲劳试样方位的矫正并减少约束装置与疲劳试样间的摩擦力，平面凸台设计减少了传统防弯曲装置自身产生挠度变化对试样纵向约束表面受力不均的影响，该平面凸台有效保证了疲劳试样纵轴部位的集中约束，平面凸台的宽度小于疲劳试样应力集中部分的最小宽度，对疲劳试样侧向边缘部分不产生额外接触应力，同时达到了防弯曲失稳约束的效果。3、本发明所提供的测试方法是依据所提供的试样装置，在开展试验前以车身薄板材料静态拉伸曲线为基准，进行初始试验力的标定，避免了传统方法根据材料强度极限进行标定的方法，塑性薄钢板材料自身特点不同于大截面钢材疲劳试验的标定，根据材料塑性的高低，以设定高于或低于弹性极限值作为初始试验力开展试验，提高了试验力标定的效率；考虑了车身薄板塑性材料的应变强化和塑性迟滞效应来设定条件疲劳极限，避免了传统试验方法中对条件疲劳极限的设定过高和不合理产生浪费的情况，进而提高试验效率，节约试验成本。4、试验装置操作简单，便于数量较多的疲劳试样开展高效率试验，其测试方法节约了试验成本。


为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图I为本发明所提供的对中装置结构图；图2是图I的左视图；图3为本发明所提供的防弯曲约束装置结构图；图4是图3的俯视图；图5为本发明拉拉疲劳试样的安装；图6为本发明拉拉疲劳试验状态；图7为本发明拉压疲劳试样防弯曲约束装置的安装；图8为本发明拉压疲劳试样整体的安装；图9为本发明拉压疲劳试样的试验状态。图中I-对中装置，11-立柱，12-对中卡块，13-基准平面；2_防弯曲约束装置，21-支撑板,22-平面凸台，23-固定板,24-通孔；3_疲劳试样；4_夹具；5_螺钉。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。本发明所提供的车身薄板疲劳试验装置主要由以下几部分组成夹具4、对中装置I和防弯曲约束装置2。其中的夹具4用于夹持疲劳试样3的两端，对中装置I如图I和图2所示，用于在拉拉和拉压疲劳试验过程中安装疲劳试样3，使其对中，并且保证同批次疲劳试样3安装的一致性。对中装置I包括立柱11，其上设有与夹持于疲劳试样3上的两夹具4对应贴合的基准平面13，用于保持两夹具4位于同一基准平面13上，使疲劳试样3的中线平行于立柱11的基准平面13 ；两对中卡块12，其垂直设置于立柱11的基准平面13上，两对中卡块12的自由端分别与位于两夹具4之间的疲劳试样3的侧面相贴合，使疲劳试样3对中于两夹具4的中线。该对中装置I综合考虑了该批次疲劳试样形状尺寸以及试验夹具4的形状尺寸针对性的设计使用，根据不同试样形状和夹具尺寸，该对中装置I采用不同的设计，不限于本发明所限定的对中装置I的具体形状，通过该对中装置，避免试验过程中人工安装疲劳试样的多样性及差别对一系列疲劳试样试验结果的影响，便于试验分析。其中的防弯曲约束装置2如图3和图4所示，其包括两个形状相同的支撑板21，用来夹持位于两夹具4之间的疲劳试样3，每个支撑板21的整个板面长度方向上分别成型一个平面凸台22，平面凸台22分布于支撑板21的板面中部，用于与疲劳试样3的平面相贴合；在支撑板21的两侧面分别设有固定板23，用于将疲劳试样3夹持固定于两支撑板21的平面凸台22上。安装时将疲劳试样3放置于两支撑板21之间，然后将螺钉5贯穿两通孔24将两支撑板21连接，疲劳试样3的前后两平面分别与两支撑板21的平面凸台22贴合，如图支撑板21的每一侧各成型有两个固定板23，固定板23是由支撑板21的两侧面在垂直于疲劳试样3拉伸方向上向外延伸而成,支撑板21两侧的固定板23对称于支撑板21的中线，其中平面凸台23的宽度小于疲劳试样3应力集中部分的最小宽度。在进行薄板拉压疲劳试验过程中由于试样有效承力截面较小，并且材料塑性好，经常发生弯曲失稳现象，使试验不能正常进行，该防弯曲约束装置用于将试样纵向部分进行约束，与上下夹具的间隙亦很小，便于形成一个整体的刚性联接，由于在支撑板21上采 用平面凸台22设计，薄板材料承力能力差，在进行疲劳试验过程中往往采用较宽的试样进行，以求达到尽可能大的疲劳试样截面积和传递轴向力的效果，传统的试样防弯曲约束装置由于采用整体平面设计，在沿着试样横向拧紧的过程中容易产生自身的弯曲变形，导致约束在疲劳试样纵向上的约束力减小并且不均匀，由于弯曲的产生，导致疲劳试样侧向边缘部分产生较大的约束力，而试样侧向边缘部分往往在试验过程中是比较敏感的，是疲劳裂纹产生的部位，侧向边缘部分较大的约束力容易影响边缘部分的应力状态，带有平面凸台的防弯曲约束装置，仅仅在疲劳试样轴向进行约束，与疲劳试样侧向边缘并不接触，并且凸面接触面采用最小摩擦力设计，平面凸台部分经过磨削处理并且在安装试样前涂润滑油处理，自身的凸面特性，在不产生约束力不均匀现象的前提下减小自重，因此，在试验过程中对边缘状态的应力条件不产生影响，采用手动拧紧并锁紧，尽可能对疲劳试样施加较小的外力开展试验，保证试验结果的科学性。拉拉疲劳试样的安装，如图5所示，根据疲劳试样和设备夹具形状尺寸将疲劳试样放置于夹具4中，用对中装置I卡住疲劳试样3进行装夹，保证同批次每个试样装夹的一致性；拉拉疲劳试样装夹好后，撤去对中装置I设置试验参数开展试验，试验状态如图6所示；拉压疲劳试验防弯曲约束装置2的安装，如图7和图8所示，根据疲劳试样3长度尺寸和防弯曲约束装置2长度尺寸，将防弯曲约束装置2居中安装于疲劳试样3上，用防弯曲约束装置2的两个平面凸台22紧贴疲劳试样3，进行安装过程中将两平面凸台22进行涂润滑油处理，以减小疲劳试样3与防弯曲约束装置2间的摩擦力，减小疲劳试样3应变阻力；将安装好防弯曲约束装置2的拉压疲劳试样3放置于夹具4，采用预先设计的对中装置I卡住疲劳试样3进行装夹，保证同批次每个拉压疲劳试样的装夹一致性；疲劳试样装夹好后最后撤去对中装置，并设置试验参数在试验机上开展试验，试验状态如图9。本发明还提供了一种车身薄板疲劳测试方法，选取薄板疲劳试样，测定其静拉伸曲线；通过材料实际力学性能对试验力进行标定，并选取初始试验力和设定条件疲劳极限；通过疲劳试验装置对疲劳试样进行对中处理和防弯曲约束，再经试验机对疲劳试样进行疲劳测试。
对试验力进行标定并选取初始试验力，其具体方法如下设定薄板材料的延伸率；根据所测薄板材料的静拉伸曲线确定其延伸率；对所测材料的延伸率与所设定的延伸率进行比较；
若所测材料的延伸率小于所设定的延伸率，所选取的初始试验力小于所测薄板材料的弹性极限值；若所测材料的延伸率大于所设定的延伸率，所选取的初始试验力大于所测薄板材料的弹性极限。其中，薄板材料的设定延伸率为所测疲劳试样的30%，也可以在所测疲劳试样的25% 35%延伸率范围内选取一个固定值。通过疲劳试验装置对疲劳试样3进行夹紧和对中处理具体包括对疲劳试样3进行拉拉疲劳试验时，通过对中装置I对疲劳试样3进行对中处理；对疲劳试验进行拉压疲劳试验时，首先对疲劳试样3通过防弯曲约束装置2进行防弯曲处理，然后通过对中装置I对疲劳试样3进行对中处理。这里的防弯曲约束装置2和对中装置I采用本发明所提供的结构形式，但不作为对本发明的限制。对所取的薄板材料的弹性极限。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种车身薄板疲劳试验装置，其包括对中装置和防弯曲约束装置，其特征在于， 所述对中装置包括 立柱，其上设有与夹持于所述疲劳试样上的两夹具对应贴合的基准平面，用于保证疲劳试样的中线与所述基准平面平行； 两对中卡块，其间隔并垂直设置于所述立柱的基准平面上，两所述对中卡块的自由端分别与位于两夹具之间的疲劳试样的侧面相贴合，使疲劳试样对中于夹具的中线。
2.根据权利要求I所述的车身薄板疲劳试验装置，其特征在于，所述的防弯曲约束装置包括两个形状相同的支撑板，用于夹持位于两夹具之间的疲劳试样； 每个所述支撑板的整个板面长度方向上分别成型一平面凸台，所述平面凸台分布于所述支撑板的板面中部，用于与疲劳试样的平面相贴合； 所述支撑板的两侧面分别设有固定板，用于将疲劳试样夹持固定于两所述支撑板的平面凸台上。
3.根据权利要求2所述的车身薄板疲劳试验装置，其特征在于， 所述支撑板的每一侧各成型有两个固定板，所述固定板是由所述支撑板的两侧面在垂直于疲劳试样拉伸方向上向外延伸而成，所述支撑板两侧的固定板对称于所述支撑板的中线。
4.根据权利要求2或3所述的车身薄板疲劳试验装置，其特征在于， 所述平面凸台的宽度小于疲劳试样应力集中部分的最小宽度。
5.一种车身薄板疲劳测试方法，其特征在于，所述方法包括 选取薄板疲劳试样，测定其静拉伸曲线；通过材料实际力学性能对试验力进行标定，并选取初始试验力和设定条件疲劳极限；通过疲劳试验装置对疲劳试样进行对中处理和防弯曲约束，再经试验机对疲劳试样进行疲劳测试。
6.根据权利要求5所述的车身薄板疲劳测试方法，其特征在于， 所述的对试验力进行标定并选取初始试验力，其具体方法如下 设定薄板材料的延伸率； 根据所测薄板材料的静拉伸曲线确定其延伸率； 对所测材料的延伸率与所设定的延伸率进行比较； 若所测材料的延伸率小于所设定的延伸率，所选取的初始试验力小于所测薄板材料的弹性极限值；若所测材料的延伸率大于所设定的延伸率，所选取的初始试验力大于所测薄板材料的弹性极限。
7.根据权利要求6所述的车身薄板疲劳测试方法，其特征在于， 所述的薄板材料的设定延伸率为所测疲劳试样的30%。
8.根据权利要求6或7所述的车身薄板疲劳测试方法，其特征在于， 所述的通过疲劳试验装置对疲劳试样进行夹紧和对中处理具体包括 对疲劳试样进行拉拉疲劳试验时，通过对中装置对疲劳试样进行对中处理； 对疲劳试验进行拉压疲劳试验时，首先对疲劳试样通过防弯曲约束装置进行防弯曲处理，然后通过对中装置对疲劳试样进行对中处理。
全文摘要
本发明公开了一种车身薄板疲劳试验装置及测试方法，属于材料疲劳测试领域，所述试验装置包括对中装置和防弯曲约束装置，对中装置包括立柱和两对中卡块，立柱上设有与夹持夹具对应贴合的基准平面，使疲劳试样中线平行于基准平面；两对中卡块间隔垂直设置于立柱的基准平面上，使疲劳试样对中于试验夹具的中线；所述测试方法包括选取薄板疲劳试样，测定其静拉伸曲线；对试验力进行标定，并选取初始试验力和设定材料的条件疲劳极限；通过疲劳试验装置对疲劳试样进行对中和防弯曲约束，再经试验机对疲劳试样进行疲劳测试。本发明通过对中装置和防弯曲约束装置保证试验过程的一致性和减少额外因素对试验结果的影响，提高试验效率和节约试验成本。
文档编号G01N3/32GK102735557SQ20121016091
公开日2012年10月17日 申请日期2012年5月22日 优先权日2012年5月22日
发明者李创, 杨旋, 陈云霞 申请人:奇瑞汽车股份有限公司