一种金属材料剪切试件的制作方法

1.本实用新型涉及金属材料力学性能检测领域，特别涉及一种金属材料剪切试件。


背景技术：

2.剪切试验是材料试验中基本试验类型之一。由于剪切试验一般通过拉伸或压缩方式对试件进行加载，且剪切状态下的韧性材料变形通常较大，因此要得到比较理想的剪切试验数据也较为困难，因此保证剪切试验的可靠性可以准确的获取材料的剪切模量，剪切应力应变以及剪切失效等性能。目前金属所采用的板材剪切试件在剪切带采用的是方形开口，方形开孔的剪切试件在测量段的应变分布不够理想，即应变未能集中的分布在测量段内。且目前金属板材所采用的的剪切试件在方形开口处尺寸较小，即剪切带区域很小，导致剪切区域的稳定性较差，且该区域较小的尺寸不利于后期仿真建模工作的开展。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种金属材料剪切试件，能够保证剪切试件在测量段内应变的理想分布，技术方案如下：
4.本实用新型提供了一种金属材料剪切试件，包括沿所述试件长度方向依次分布的固定段和拉伸段，所述固定段和拉伸段分别用于与拉伸试验机的夹持端和拉伸端固定连接，所述试件还包括试验段，所述拉伸段通过所述试验段与所述固定段固定连接；
5.所述固定段的一端设有第一通孔和第二通孔、另一端用于与所述拉伸试验机的夹持端固定连接，所述拉伸段的一端设有第三通孔和第四通孔、另一端用于与所述拉伸试验机的拉伸端固定连接，或者，所述固定段的一端设有第三通孔和第四通孔、另一端用于与所述拉伸试验机的夹持端固定连接，所述拉伸段的一端设有第一通孔和第二通孔、另一端用于与所述拉伸试验机的拉伸端固定连接；
6.所述第一通孔和所述第三通孔相对设置且所述第一通孔和所述第三通孔分别在相对的方向上设有凸出部，所述第二通孔和所述第四通孔相对设置且所述第二通孔和所述第四通孔分别在相对的方向上设有凸出部，所述第一通孔的凸出部和所述第三通孔的凸出部之间、所述第二通孔的凸出部和所述第四通孔的凸出部之间分别设置有试验段。
7.进一步地，所述第一通孔和所述第二通孔通过第一通槽连通。
8.进一步地，所述第三通孔向所述试件的外侧延伸至所述试件的边沿形成第二通槽，所述第四通孔向所述试件的外侧延伸至所述试件的边沿形成第三通槽。
9.进一步地，所述试件为对称件且以延伸方向与试件长度方向一致的试件中心线为对称轴，所述第一通孔与所述第二通孔关于所述对称轴对称，所述第三通孔与所述第四通孔关于所述对称轴对称，所述第二通槽与所述第三通槽关于所述对称轴对称。
10.进一步地，所述试件为对称件且以延伸方向与试件长度方向一致的试件中心线为对称轴，所述凸出部在所述相对的方向上具有凸出角，所述凸出角的角平分线与所述对称轴平行，所述第一通孔的凸出角和所述第三通孔的凸出角之间、所述第二通孔的凸出角和
所述第四通孔的凸出角之间分别设置有试验段。
11.进一步地，所述第一通孔的凸出角的角平分线与所述第三通孔的凸出角的角平分线之间的距离为0.1mm～3mm，所述第二通孔的凸出角的角平分线与所述第四通孔的凸出角的角平分线之间的距离为0.1mm～3mm。
12.进一步地，所述试件的长度为20mm～200mm，所述试件的宽度为10mm～100mm。
13.进一步地，所述试件的厚度为0.5mm～2mm。
14.进一步地，所述第一通孔、所述第二通孔、所述第三通孔、所述第四通孔的直径为3～10mm，所述第一通槽、所述第二通槽、所述第三通槽的宽度为2～4mm。
15.进一步地，所述试件为一体成型平板件。
16.本实用新型提供的技术方案带来的有益效果如下：
17.a.本实用新型的试件结构简单，试验方便；
18.b.增大了剪切带的宽度，保证了试验的稳定性；
19.c.变形过程中应力状态更接近于纯剪切，保证了剪切试件在测量段内应变的理想分布。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。
21.图1是本实用新型实施例提供的金属材料剪切试件的透视图；
22.图2是本实用新型实施例提供的金属材料剪切试件的俯视图；
23.图3是本实用新型实施例提供的一种试件的俯视图；
24.图4是本实用新型实施例提供的一种试件的局部剪切应力分布图；
25.图5是本实用新型实施例提供的一种试件的应力三轴度随时间的变化曲线图。
26.其中，附图标记分别为：1
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拉伸段，11
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第三通孔，111
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第三通孔的凸出部，112
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第二通槽，113
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第三通孔的凸出角，114
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第三通孔的凸出角的角平分线，12
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第四通孔，121
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第四通孔的凸出部，122
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第三通槽，123
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第四通孔的凸出角，124
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第四通孔的凸出角的角平分线，2
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固定段，21
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第一通孔，211
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第一通孔的凸出部，213
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第一通孔的凸出角，214
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第一通孔的凸出角的角平分线，22
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第二通孔，221
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第二通孔的凸出部，223
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第二通孔的凸出角，224
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第二通孔的凸出角的角平分线，23
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第一通槽，3
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试验段，4
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对称轴。
具体实施方式
27.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
28.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、
“
第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
29.在本实用新型的一个实施例中，提供了一种金属材料剪切试件，如图1、图2所示，包括沿所述试件长度方向依次分布的固定段2和拉伸段1，所述固定段2和拉伸段1分别用于与拉伸试验机的夹持端和拉伸端固定连接，所述试件还包括试验段3，所述拉伸段1通过所述试验段3与所述固定段2固定连接；
30.所述固定段2的一端设有第一通孔21和第二通孔22、另一端用于与所述拉伸试验机的夹持端固定连接，所述拉伸段1的一端设有第三通孔11和第四通孔12、另一端用于与所述拉伸试验机的拉伸端固定连接，或者，所述固定段的一端设有第三通孔和第四通孔、另一端用于与所述拉伸试验机的夹持端固定连接，所述拉伸段的一端设有第一通孔和第二通孔、另一端用于与所述拉伸试验机的拉伸端固定连接；实际上，选择任一端部作为固定段或拉伸段都是可以的，对试件的性能来说没有影响；
31.所述第一通孔21和所述第三通孔11相对设置且所述第一通孔21和所述第三通孔11分别在相对的方向上设有凸出部，所述第二通孔22和所述第四通孔12相对设置且所述第二通孔22和所述第四通孔12分别在相对的方向上设有凸出部，所述第一通孔的凸出部211和所述第三通孔的凸出部111之间、所述第二通孔的凸出部221和所述第四通孔的凸出部121之间分别设置有试验段3。
32.在本实用新型的一个实施例中，所述第一通孔21和所述第二通孔22通过第一通槽23连通。
33.在本实用新型的一个实施例中，所述第三通孔11向所述试件的外侧延伸至所述试件的边沿形成第二通槽112，所述第四通孔12向所述试件的外侧延伸至所述试件的边沿形成第三通槽122，以使得试验段3处的剪切应力更加容易测量。
34.在本实用新型的一个实施例中，所述试件为对称件且以延伸方向与试件长度方向一致的试件中心线为对称轴4，所述第一通孔21与所述第二通孔22关于所述对称轴4对称，所述第三通孔11与所述第四通孔12关于所述对称轴4对称，所述第二通槽112与所述第三122通槽关于所述对称轴4对称，且各个通槽均垂直于对称轴4。
35.本文中任何关于“内”“外”的叙述均以试件自身的内外为参考，靠近对称轴4为向内、内侧，远离对称轴4为向外、外侧。
36.在本实用新型的一个实施例中，所述试件为对称件且以延伸方向与试件长度方向一致的试件中心线为对称轴4，所述凸出部在所述相对的方向上具有凸出角，凸出角优选为直角，且所述直角的尖角处可以为圆角，所述凸出角的角平分线与所述对称轴4平行，所述第一通孔的凸出角213和所述第三通孔的凸出角113之间、所述第二通孔的凸出角223和所述第四通孔的凸出角123之间分别设置有试验段3。
37.对于所述的凸出角，此形似于三角形的切口在变形过程中应力状态更接近于纯剪切，而且最大应变区域位于试验段的中间，结果更为理想。
38.在本实用新型的一个实施例中，所述第一通孔的凸出角的角平分线214与所述第三通孔的凸出角的角平分线114之间的距离为0.1mm～3mm，所述第二通孔的凸出角的角平分线224与所述第四通孔的凸出角的角平分线124之间的距离为0.1mm～3mm，进一步优选地，所述第一通孔的凸出角的角平分线214位于所述第三通孔的凸出角的角平分线114的内侧，所述第二通孔的凸出角的角平分线224位于所述第四通孔的凸出角的角平分线124的内侧。两凸出角不直接相对的“偏心”设置增大了剪切带区域的面积。
39.在本实用新型的一个实施例中，所述试件的长度为20mm～200mm，所述试件的宽度为10mm～100mm，所述试件的厚度为0.5mm～2mm。
40.在本实用新型的一个实施例中，所述第一通孔21、所述第二通孔22、所述第三通孔11、所述第四通孔12的直径为3～10mm，所述第一通槽23、所述第二通槽112、所述第三通槽122的宽度为2～4mm。
41.在本实用新型的一个实施例中，所述试件为一体成型平板件。
42.本实用新型解决了方形开口导致的应变未能集中分布于剪切测量段内的问题，设计了一种新的开口形状，保证了剪切试件在测量段内应变的理想分布。
43.本实用新型还解决了由于剪切带预约小导致的剪切区域稳定性较差的问题，并为后续仿真建模工作提供较大的剪切区域。
44.下面提出本实用新型的一个具体应用的举例，在本例中，提出了一种已经投入实施的试件，需要注意的是本例之所以展示具体试件的尺寸与相应的实验结果，是为了展示本实用新型的实用性与优点，不造成对本实用新型保护范围的限制：
45.一种金属材料的剪切试件，试件为对称件，并以延伸方向与试件的长度方向一致的试件中心线为对称轴。试件的两端为固定段和拉伸段，分别用于与试验机夹持端与拉伸端固定连接。试验时，试验机的拉伸端施力，试件中间的试验段实现剪切应力状态。
46.本例中，试件的厚度为0.5mm
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2mm，长度为120mm，宽度为35mm，具体其尺寸如图3所示，对该试件进行有限元仿真分析得到的局部剪切应力分布结果为图4所示，该试件的应力三轴度随时间的变化曲线如图5所示。
47.本实用新型的剪切试件结构简单，试验方便；本实用新型增大了剪切带的宽度，保证了试验的稳定性；本实用新型改变了切口的形状，三角形开口(偏心)试件较现有的方形开口在变形过程中应力状态更接近于纯剪切，而且最大应变区域位于试验段的中间，结果更为理想。
48.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。