一种用于材料拉伸实验的纺锤头缺口的单轴拉伸试样

1.本实用新型涉及一种用于材料拉伸实验的纺锤头缺口的单轴拉伸试样，主要用于材料韧性断裂研究中，纯剪切受力实验所用到的单轴拉伸试样。


背景技术：

2.材料的韧性断裂一直是一个热门的研究对象，对断裂发生的预测与控制可以帮助提高机械寿命预测的精确度，甚至提高寿命。此外在如冲压工艺等大变形量加工过程中，材料的韧性断裂性能也是制约可加工性能的关键因素。
3.而在对韧性断裂的研究中，拉伸实验一直是相当重要的研究手段，从最早的标准拉伸试样开始，众多的力学研究者设计了许多不同结构的拉伸试样，实现在拉伸实验下，试样局部的受力状况为双轴拉伸、单轴拉伸以及纯剪切，进而探索韧性断裂与受力状态之间的关系。以应力三轴度作为受力状态的数值标定，前人提出了几种韧性断裂模型，其中在受力状态为纯剪切态时，几种模型之间差异较大，因此纯剪切态也是目前韧性断裂的研究重点之一。
4.在以钢板为实验材料进行拉伸实验的研究过程中，汇总既往研究中的拉伸试样结构，发现纯剪切态下的拉伸试样结构中，存在有结构复杂不适用于板材实验；断裂面应力三轴度不够贴近纯剪切态等情况，为此设计了一个便于加工、更逼近纯剪切的拉伸试样结构。


技术实现要素：

5.综上，本发明新设计了一种用于材料拉伸实验的纺锤头缺口的单轴拉伸试样，应用了中心对称布局的纺锤头缺口；纺锤头缺口的小头轴线共线；纺锤头缺口由五段圆弧与两平行线构成；两纺锤头缺口以试样中心为轴可转动角度，可获得不同特性的拉伸试样。
6.纯剪切特性拉伸试样关键尺寸如下：
7.连接平行线的圆弧与纺锤头上大圆弧的半径为12mm，
8.纺锤头上小圆弧的半径为1.5mm，
9.缺口开口处的平行线间距5mm，
10.两纺锤头缺口间距为5mm。
11.对于夹持部分，参照astm b831标准给定了尺寸。
12.纺锤头缺口小圆弧圆心连线，与试样整体对称轴共线，此时为纯剪切特性的拉伸试样。若将两缺口绕试样中心点转动一定角度，如30
°
，可获得拉剪混合特性的拉伸试样。
13.相对于现有技术，本发明的优势为：本试样结构简单、便于加工，可适用于不同材料、不同厚度的实验场景；本试样断裂面处的应力三轴度约为0.03，十分逼近纯剪切状态。
附图说明
14.图1为纯剪切特性试样的结构示意图。
15.图2为拉剪混合特性试样的结构示意图。
具体实施方式
16.下面结合本实用新型附图，对本实用新型的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本发明的范围。
17.参照图1、图2，对本实用新型的拉伸试样两端夹持于通用拉伸试验机，图中两端圆孔为夹持定位孔，启动试验机预设实验程序将拉伸试样向两端拉伸，直至试样断裂破坏。
18.以上所述仅为本实用新型的实施案例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种用于材料拉伸实验的纺锤头缺口的单轴拉伸试样，其特征在于：纺锤头缺口的应用，中心对称布局；两侧纺锤头缺口的小头轴线共线；纺锤头缺口由五段圆弧与两平行线构成；两纺锤头缺口以试样中心为轴可转动角度，可获得不同特性的拉伸试样。2.根据权利要求1所述的一种用于材料拉伸实验的纺锤头缺口的单轴拉伸试样，其特征在于，纺锤头缺口圆弧大圆弧半径12mm，小圆弧半径1.5mm；平行线间距5mm。3.根据权利要求1所述的一种用于材料拉伸实验的纺锤头缺口的单轴拉伸试样，其特征在于，两缺口的小圆弧圆心连线共线，且过试样中心点，两缺口相邻小圆弧间距5mm。4.根据权利要求1所述的一种用于材料拉伸实验的纺锤头缺口的单轴拉伸试样，其特征在于，标准状态下纺锤头缺口小圆弧圆心连线，与试样整体对称轴共线，此时为纯剪切特性的拉伸试样；将两缺口绕试样中心点转动一定角度，如30
°
，可获得拉剪混合特性的拉伸试样。

技术总结
本发明公开了一种用于材料拉伸实验的纺锤头缺口的单轴拉伸试样。试样开口处采用了纺锤形结构，中心对称布局；两侧纺锤头缺口的小头轴线共线；纺锤头缺口由五段圆弧与两平行线构成；两纺锤头缺口以试样中心为轴可转动角度，可获得不同特性的拉伸试样。本试样结构简单、便于加工，可适用于不同材料、不同厚度的实验场景；本试样断裂面处的应力三轴度约为0.03，十分逼近纯剪切状态。十分逼近纯剪切状态。十分逼近纯剪切状态。


技术研发人员：程光 陈楷元
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：2021.05.20
技术公布日：2022/5/25