[实用新型]一种基于DIC技术的板料成形性能测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于钢、铝、镁等板料成形性能的测定装置，属于板料成形和图像处理等技术领域。

背景技术

金属板料制品广泛应用于国民经济建设和人们日常生活中的各个领域，因此金属板料的塑性加工占有非常重要的地位。随着以家庭轿车为典型代表的现代交通运输工具的轻量化以及航天航空等机械制造业的快速发展，铝、镁等合金以其密度小，比强度高，加工性能好等特点，在板料成形中已得到广泛应用。2007年召开的中国交通用铝国际研讨会上的数据显示，汽车用铝合金材料呈现快速增长的势头，钢铁、塑料和辅件的比例不断下降，而铝材比例由1980年的4％提高到2000年的12.5％，预计到2010年可达25％以上，将部分替代钢铁成为汽车工业的基础材料。为评价板材的拉伸性能，20世纪60年代，Keeler和Backofen提出了成形极限图(FLDs，Forming Limit Diagrams)的概念，这个概念很快被广泛接受。成形极限图，又称成形极限曲线，是对板材成形性能的一种定量描述，它反映了加工过程中板材在塑性失稳(缩颈)前所能取得的最大变形程度，是进行工艺与模具设计的主要依据。此后，针对成形极限图的实验、理论和数值分析一直成为国内外众多学者研究的热点。

在实验研究方面，Nakazima和Marciniak提出的双向拉伸方法经常被用于获得板料的成形极限图。在实验过程中，为得到尽可能多的与实际生产过程中相对应的变形状态，不同形状的试件被双向拉伸直至发生断裂，而后采用网格法(CGA，Circle Grid Analysis)或数字图像相关技术(DIC，Digital Image Correlation)来测量试件表面断裂带附近的主应变值，最后将各个状态下所得到的主应变值点连接起来即为成形极限曲线。

为获得成形极限图，需对板料在发生塑性失稳时的变形程度进行测量，而传统的应变测量技术(网格法)存在着耗时、费力及精度低等缺点，且该技术只能在实验结束后对变形试件进行测量以得到某一特定状态的应变值，并不能对实验过程进行连续跟踪。相反，缩颈现象的发生是一个连续过程，因此用传统的网格法研究缩颈现象有很大的局限性。为此，国际上提出采用数字图像相关技术来测量试件表面的变形应变。该技术是一种通过检测对比不同变形时刻试件表面图像上随机分布的斑点灰度值(0-255)来计算变形位移量从而得到变形场的非接触变形测量方法。基于该技术，很多学者研究开发了数字图像相关技术软件，并成功用于测量板料的变形应变，如ASAME，ARAMIS，AutoGrid等系统。北京大学赵永红等采用数字图像相关技术研究含微裂纹的岩石的变形，并成功测量了岩石受力过程产生的微变形分布，哈尔滨工业大学许蔚则利用该技术分析了玻璃微珠填充环氧树脂功能梯度材料的I型静态断裂特性，但目前该技术在国内金属板料成形领域中的应用尚不广泛，因此，基于以上对国内外现状的分析，本实用新型将开发一种新的板料成形性能测定装置，并利用非接触应变测量技术实现对变形过程中的板料应变的测量。

发明内容

本实用新型针对现有板料成形测试方法中存在的缺陷，设计一种便于实现对试件表面图像连续获取和对缩颈现象进行研究分析的基于DIC(数字图像相关性技术)技术的板料成形性能测试装置。

本实用新型的基于DIC技术的板料成形性能测试装置的采用以下技术解决方案：

该板料成形性能测试装置，包括图像获取模块和双向拉伸实验装置；图像获取模块包括光学镜面、高速摄像机和计算机，光学镜面位于高速摄像机的前面，高速摄像机与计算机连接；双向拉伸实验装置包括底座、凹模、压边圈、凸模、钟形罩和导柱，底座上设有两根导柱，凹模固定在钟形罩的底部，压边圈连接在凹模下部，凹模套装在导柱上，钟形罩上设有两个窗口，凸模设置在底座上并位于凹模的正下方。

压边圈和凹模与板料试件的接触面均为锯齿状结构，这样在实验过程中板料压扁部分不发生滑动，可以保证板料成形性能测定的准确性。

板料试件中部厚度小于周围部分，可以保证塑性失稳发生在试件的中心部位，便于对高速摄像机的调整。