几何参数对拉伸试验的影响

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1、几何参数对拉伸试验的影响张孟玫１，李茂盛１，张孟芳２，常冬梅２，王双胜２（１．北京石油化工学院机械工程学院，北京１０２６１７；２．北京航星机器制造公司，北京１０００１３）摘要：分析了拉伸试验过程中出现的异常断裂情况，用非线性有限元分析系统Ｄｅｆｏｒｍ３Ｄ软件模拟拉伸试验过程，研究了在各种几何参数变化和与夹具装配中出现尺寸偏差时试样上的应力分布情况及出现失效破坏的位置，其结果可用于材料试样的几何参数设计以及进一步的夹具优化设计。关键词：拉伸试验；几何参数；三维造型中图分类号：ＴＢ３０文献标志码：Ａ文章编号：１００１４０１２（２００９）０４０１９９０３犈犳犳

2、犲犮狋狅犳犌犲狅犿犲狋狉犻犮犘犪狉犪犿犲狋犲狉狊狅狀犜犲狀狊犻犾犲犜犲狊狋犣犎犃犖犌犕犲狀犵犿犲犻１，犔犐犕犪狅狊犺犲狀犵１，犣犎犃犖犌犕犲狀犵犳犪狀犵２，犆犎犃犖犌犇狅狀犵犿犲犻２，犠犃犖犌犛犺狌犪狀犵狊犺犲狀犵２（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２６１７，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｅｉｊｉｎｇＨａｎｇｘｉｎｇＭａｃｈｉｎｅｒｙＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｏ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１３，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：

3、Ｔｈｅａｂｎｏｒｍａｌｂｒｅａｋａｇｅｏｆｓａｍｐｌｅｓｉｎｔｅｎｓｉｌｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗａｓｅｘｐｌｏｒｅｄ．ＴｈｅｔｅｎｓｉｌｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｗｉｔｈＤｅｆｏｒｍ３Ｄ．Ｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓａｎｄｄａｍａｇｅｄｐｏｉｎｔｓｗｅｒｅａｎａｌｙｓｅｄｗｈｅｎｖａｒｉｏｕｓｇｅｏｍｅｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅａｐｐｌｉｅｄｗｉｔｈａｓｓｅｍｂｌｉｎｇｅｒｒｏｒｏｆｆｉｘｔｕｒｅｏｃｃｕｒｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｄｅｓｉｇｎｇｅｏｍｅｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｍａｔｅ

4、ｒｉａｌｓａｍｐｌｅｓａｎｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｆｉｘｔｕｒｅｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔｉｎｇ；ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；３Ｄｍｏｄｅｌｉｎｇ拉伸试验是制造业广泛应用的力学性能测试方３Ｄ金属变形分析软件读入模型并模拟拉伸试验过［１－２］程，为此笔者分别加工了不同几何参数的试样进行拉法，但在实际操作中，有时会出现试样异常断裂的情况。为找到原因，必须了解试样几何参数变化对伸试验进行验证，从以上两方面得到的数据中分析几拉伸试验造成的影响；如试样上的过渡圆角大小的变何参数变化对拉伸试验的影响、试样的应力变化情况化是否会对拉伸试验产生影响

5、；另外，在实际拉伸过以及出现拉伸失效的位置。程中，受加工技术等影响，许多情况下并不能保证试１试样设计样具有理想条件，试样和夹块、夹具配合后会出现两端和中间不同轴等情况，这些尺寸缺陷是否也会造成试样所选材料为铝合金Ａｌ５０５２，为了全面考察试样提前断裂或断裂位置异常，从而对拉伸试验结果各种几何参数变化对试样上应力分布的影响，根据实产生影响。对于这样一个十分具体的力学测试工作，际要求共设计了１９种试样，包括改变试样过渡半径目前国内外还未见介绍。的大小、单轴拉伸时头部与试验有效部分中心线不重若要分析一个参数变化而其他条件不变的情况合即试样两端不同轴等情况，其中圆棒试

6、样基本试样给拉伸试验带来的影响，主要采用有限元分析方法配尺寸如图１所示，几何参数变化见表１；台阶试样基本［３］试样尺寸如图２所示，几何参数变化见表２。合实际试验进行研究。首先使用三维造型软件分别作出各种给定几何参数的试样，然后利用Ｄｅｆｏｒｍ２拉伸试验模拟按照设定的各种试样参数变化情况以及试样与收稿日期：２００８０５１２基金项目：北京市教委科研项目（ＫＭ２００７１００１７００４）夹块配合情况，模拟拉伸试验。其中试样、夹块和夹作者简介：张孟玫（１９６６－），女，讲师，博士。具的装配关系是：试样两端头部放入夹块凹槽中，与·１９９·张孟玫等：几何参数对拉伸试验的影

7、响试样出现缩颈破坏。圆棒试样与夹具配合使用的三［４］维装配模型由Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ生成，文件输出采用二进制格式，输出文件的扩展名为ＳＴＬ。Ｄｅｆｏｒｍ３Ｄ系统读入此模型作为进行有限元分析的计算模型，图１圆棒试样基本尺寸（ｍｍ）然后进行分析模拟。台阶试样、夹块和夹具的装配Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｂａｓｉｃｓｉｚｅｏｆｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓａｍｐｌｅ三维模型如图３所示。表１圆棒试样的几何参数Ｔａｂ．１Ｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓａｍｐｌｅｓ编号试样形状参数１基本尺寸２过渡半径犚＝２６ｍｍ图３台阶试样装配模型３过渡半径犚＝２４

8、ｍｍＦｉｇ．３Ｔｈｅａｓ