[发明专利]三维应力状态下板材成形极限测试装置及方法

权利要求书

1.一种三维应力状态下板材成形极限测试装置，其特征在于：所述测试装置包括上模(1)和下模(4)，所述上模(1)的型腔(1-2)的内表面为椭圆柱面，所述上模(1)的顶端上设有与型腔(1-2)相通的上模液体注入孔(1-1)；下模(4)上设有贯通下模(4)的下模液体注入孔(4-1)，上模液体注入孔(1-1)的轴线、下模液体注入孔(4-1)的轴线、型腔(1-2)沿长度方向的中心线三者同轴设置，上模(1)和下模(4)合模后通过密封圈(3)进行密封。

2.利用权利要求1所述测试装置的三维应力状态下板材成形极限测试方法，其特征在于：所述测试方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、准备多套权利要求1所述测试装置，各个测试装置中型腔(1-2)的椭圆形截面的长短轴比值各不相同，各个椭圆形截面的长短轴比值在1～2.5范围内均匀选取；

步骤二、制作金属板材试样：利用电蚀腐方式在圆形金属板材试样的上表面制作呈矩阵排布的多个圆形或正方形凹痕，使圆形金属板材试样的上表面为矩阵排布的圆形网格或的正方形网格状；测量呈矩阵排布的圆形或正方形凹痕的直径d或正方形凹痕的边长d；

步骤三、夹紧金属板材试样：将带有印制上述网格的金属板材试样(2)放置在下模(4)的上表面上且使网格表面朝上，压力机滑块带动上模(1)下行接触所述金属板材试样(2)，施加合模力、压紧金属板材试样(2)；

步骤四、双向压力加载：在位于金属板材试样(2)上方的上模液体注入孔(1-1)内注入流体介质，在位于金属板材试样(2)下方的下模液体注入孔(4-1)内注入流体介质；在金属板材试样(2)上表面施加法向压力P₂；在金属板材试样(2)下表面施加胀形压力P₁；并使法向压力P₂与胀形压力P₁相等；

步骤五：胀形实验：增加下模液体注入孔(4-1)内部压力P₁，板材试样发生胀形变形，直至试样发生破裂；破裂后，裂纹附近排布的圆形网格变成椭圆形网格，排布的正方形网格变成长方形网格；卸载型腔(1-2)和下模液体注入孔(4-1)内部的压力及合模力，压力机滑块带动上模(1)回程；

步骤六：测量金属板材试样上变形后的网格：将金属板材试样(2)卸下，测量金属板材试样上的破裂位置附近椭圆长轴长度d₁和短轴长度d₂，或测量金属板材试样上的破裂位置附近长方形长边长度d₁和短边长度d₂；

步骤七：根据测得的圆形或正方形网格变形前后的数据计算金属板材试样的破裂应变ε₁＝Ln[d₁-d/d]和ε₂＝Ln[d-d₂/d]，即可获得一组应变数据点；

改变型腔(1-2)椭圆截面的长短轴比，重复上述步骤，即可获得多组不同极限应变数据点，分别以ε₁和ε₂为横坐标和纵坐标，绘制数据点，将所获得的数据点进行连接或者拟合，即可获得在某一法向压力P₂条件下的三维应力状态下的板材成形极限曲线。

3.根据权利要求2所述的三维应力状态下板材成形极限测试方法，其特征在于：在步骤一中准备七套权利要求1所述测试装置，各个测试装置中型腔(1-2)的椭圆形截面的长短轴比值分别为1、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0和2.5，短轴长为50mm，长轴分别为50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm和125mm；在步骤二中，制作的圆形金属板材试样的直径为200mm。