一种弹塑性非对称双悬臂梁的刚度校正方法

1.本发明涉及双悬臂梁的刚度校正技术领域，尤其涉及一种弹塑性非对称双悬臂梁的刚度校正方法。


背景技术：

2.在双材料界面断裂韧性测试中，常使用双悬臂梁(dcb)试验样品来评估材料界面的断裂行为。最初的dcb试验样品设计是在具有相同弯曲刚度的两个板材上施加对称弯曲载荷下产生裂纹，以实现纯i型载荷条件。在目前的双材料界面dcb试验中，为了确保纯i型载荷条件，研究人员通常通过设计两种板材的厚度，使其在试验过程中具有相同的弯曲刚度。根据euler-bernoulli梁理论，两个板的弯曲刚度可以通过以下关系表示：e1i1＝e2i2，e1和e2分别是两种材料的纵向杨氏模量，i1和i2分别是它们的转动惯量，从等式(1)可以进行简单变形，得到以下表达式：e1h
31
＝e2h
32
其中h1和h2分别表示两种板材的厚度。
3.然而，现有的方法忽略了金属材料的塑性变形对试验结果的影响。金属材料在受到加载时可以发生塑性变形，这会引起试样的非线性行为和变形。这种塑性变形的忽略可能导致试验中出现不准确的结果，因为塑性变形会影响试样的刚度和变形行为。


技术实现要素：

4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
5.一种弹塑性非对称双悬臂梁的刚度校正方法，包括以下步骤：
6.s1：通过考虑金属材料的塑性变形来提高双材料界面dcb试验的准确度，该方法在试验中引入了金属材料的塑性变形，并对试验结果进行相应的修正，在修正时，通常会通过刚度校正设备对双悬臂梁进行校正处理；
7.s2：计算金属材料的塑性变形引起的位移，并将其与试验测得的总位移相减，可以得到纯弹性位移；
8.s3：根据纯弹性位移和试验条件重新计算金属材料的有效弯曲刚度，以匹配另一种材料的弯曲刚度；
9.s4：根据匹配后的弯曲刚度、金属材料的弹性模量和试验要求的断裂位移，优化金属材料的厚度，使金属和另一种材料在试验中的变形量接近；
10.s5：针对金属板，计算其总变形量δth，该变形量由弹性变形量δth，elastic和塑性变形量δth，plastic组成，其中，弹性变形量δth，elastic采用弹性理论计算，而塑性变形量δth，plastic则考虑了金属板的塑性变形对总变形量的贡献，对于frp板，仅考虑其弹性变形量δtl，elastic，而不考虑塑性变形；
11.s6：通过使其弹性变形量δtl，elastic等于金属板的总变形量δth，求解frp板的刚度，这样可以确保两种板材具有相近的变形量，从而实现刚度的等效匹配；
12.s7：为了实现刚度匹配，可以选择合适的frp板厚度tl，通过调整tl，使得frp板的弹性变形量与金属板的总变形量相近，这样可以优化dcb试验的断裂模式，并提高试验结果
的准确性，可以根据具体的需求和试验条件来进一步优化厚度的选择。
13.优选地，刚度校正设备包括校正底座，所述校正底座的顶部固定连接有呈u型的支撑板，所述校正底座的外壁通过移动机构连接有对称设置的移动板，所述移动板的表面设置有对双悬臂梁进行固定的固定机构，所述支撑板的外壁通过调节机构连接有调节板，所述调节板的底部设置有对双悬臂梁进行进行矫正的液压缸。
14.优选地，所述移动机构包括第一伺服电机、移动杆和对称设置的移动块，所述第一伺服电机与校正底座的外壁固定连接，所述第一伺服电机的输出端与移动杆连接，所述移动杆贯穿校正底座并与校正底座转动连接。
15.优选地，所述校正底座的顶部开设有呈矩形状的移动槽，所述移动块的外壁与移动槽的内壁滑动连接，所述移动块上开设有第一螺纹孔，位于移动槽内部的所述移动杆外壁对称设置有螺纹方向相反的外螺纹，所述移动杆贯穿第一螺纹孔并与第一螺纹孔螺纹连接。
16.优选地，所述移动块的顶部与移动板的底部固定连接，所述移动板的底部与校正底座的顶部滑动连接。
17.优选地，所述固定机构包括对称设置的固定板，所述移动板的内部对称开设有呈圆形的限位槽，所述移动板的顶部开设有与限位槽内部贯通的限位孔，所述限位孔内壁套设有固定螺杆。
18.优选地，位于限位槽内部的所述固定螺杆的底部固定连接有呈圆形的限位板，所述限位板与限位槽的内壁相抵，所述固定板的表面对称开设有第二螺纹孔，所述固定螺杆与第二螺纹孔螺纹连接，所述固定螺杆的顶部固定连接有转动板。
19.优选地，所述调节机构包括第二伺服电机、调节螺杆和调节块，所述支撑板的外壁与第二伺服电机固定连接，所述第二伺服电机的输出端与调节螺杆连接，所述调节螺杆贯穿支撑板并与支撑板转动连接。
20.优选地，所述支撑板的内顶部开设有调节槽，所述调节块与调节槽的内壁滑动连接，所述调节块上开设有第三螺纹孔，所述调节螺杆与第三螺纹孔螺纹连接，所述调节块的底部与调节板固定连接。
21.优选地，所述液压缸的顶部与调节板的底部固定连接，所述液压缸的伸缩端设置有校正板。
22.相比现有技术，本发明的有益效果为：
23.1、本设备在使用时，第一伺服电机会通过移动杆带动两个移动块和两个移动板相互靠近或者相互远离，能够适用于不同尺寸的双悬臂梁；然后将双悬臂梁放在移动板的表面，再转动转动板，转动板会带动固定板下移并将双悬臂梁挤压固定在移动板的表面，方便对双悬臂梁进行校正；最后第二伺服电机会通过调节螺杆带动调节块、调节板和液压缸的移动，让液压缸移动到双悬臂梁的上方，然后液压缸控制校正块下移并对双悬臂梁进行挤压校正处理。
24.2、本设备在使用时，通过考虑金属材料的塑性变形来提高双材料界面dcb试验的准确度。该方法在试验中引入了金属材料的塑性变形，并对试验结果进行相应的修正。通过计算金属材料的塑性变形引起的位移，并将其与试验测得的总位移相减，可以得到纯弹性位移。然后，根据纯弹性位移和试验条件重新计算金属材料的有效弯曲刚度，以匹配另一种
材料的弯曲刚度。最后，根据匹配后的弯曲刚度、金属材料的弹性模量和试验要求的断裂位移，优化金属材料的厚度，使金属和另一种材料在试验中的变形量接近。通过采用本发明的改进方法，可以实现试验中的等效刚度匹配和变形量接近，从而提高双材料界面dcb试验的准确度。该方法可以适用于测试各种非对称结构的双材料界面断裂韧性，具有简单、实用和可行的特点。
附图说明
25.图1为本发明提出的一种弹塑性非对称双悬臂梁的刚度校正方法的外部立体结构示意图；
26.图2为本发明提出的一种弹塑性非对称双悬臂梁的刚度校正方法的局部立体结构示意图；
27.图3为本发明提出的一种弹塑性非对称双悬臂梁的刚度校正方法的调节机构连接立体结构示意图；
28.图4为限位板、固定螺杆、转动板的连接立体结构示意图；
29.图5为限位槽和限位孔的位置立体结构示意图。
30.图中：1校正底座、2支撑板、3移动板、4调节板、5液压缸、6第一伺服电机、7移动杆、8移动块、9移动槽、10固定板、11限位槽、12限位孔、13固定螺杆、14限位板、15转动板、16第二伺服电机、17调节螺杆、18调节块、19调节槽、20校正板。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
32.参照图1-图5，一种弹塑性非对称双悬臂梁的刚度校正方法，包括以下步骤：
33.s1：通过考虑金属材料的塑性变形来提高双材料界面dcb试验的准确度，该方法在试验中引入了金属材料的塑性变形，并对试验结果进行相应的修正，在修正时，通常会通过刚度校正设备对双悬臂梁进行校正处理；
34.s2：计算金属材料的塑性变形引起的位移，并将其与试验测得的总位移相减，可以得到纯弹性位移；
35.s3：根据纯弹性位移和试验条件重新计算金属材料的有效弯曲刚度，以匹配另一种材料的弯曲刚度；
36.s4：根据匹配后的弯曲刚度、金属材料的弹性模量和试验要求的断裂位移，优化金属材料的厚度，使金属和另一种材料在试验中的变形量接近；
37.s5：针对金属板，计算其总变形量δth，该变形量由弹性变形量δth，elastic和塑性变形量δth，plastic组成，其中，弹性变形量δth，elastic采用弹性理论计算，而塑性变形量δth，plastic则考虑了金属板的塑性变形对总变形量的贡献，对于frp板，仅考虑其弹性变形量δtl，elastic，而不考虑塑性变形；
38.s6：通过使其弹性变形量δtl，elastic等于金属板的总变形量δth，求解frp板的
刚度，这样可以确保两种板材具有相近的变形量，从而实现刚度的等效匹配；
39.s7：为了实现刚度匹配，可以选择合适的frp板厚度tl，通过调整tl，使得frp板的弹性变形量与金属板的总变形量相近，这样可以优化dcb试验的断裂模式，并提高试验结果的准确性，可以根据具体的需求和试验条件来进一步优化厚度的选择。
40.刚度校正设备包括校正底座1，包括校正底座1，校正底座1的顶部固定连接有呈u型的支撑板2，校正底座1的外壁通过移动机构连接有对称设置的移动板3，移动板3的表面设置有对双悬臂梁进行固定的固定机构，支撑板2的外壁通过调节机构连接有调节板4，调节板4的底部设置有对双悬臂梁进行进行矫正的液压缸5。
41.进一步地，移动机构包括第一伺服电机6、移动杆7和对称设置的移动块8，第一伺服电机6与校正底座1的外壁固定连接，第一伺服电机6的输出端与移动杆7连接，移动杆7贯穿校正底座1并与校正底座1转动连接；
42.其中，第一伺服电机6可以通过外部设备提供电源并进行开启和关闭，第一伺服电机6的转速可以调节，同时第一伺服电机6可以控制移动杆7的转动。
43.进一步地，校正底座1的顶部开设有呈矩形状的移动槽9，移动块8的外壁与移动槽9的内壁滑动连接，移动块8上开设有第一螺纹孔，位于移动槽9内部的移动杆7外壁对称设置有螺纹方向相反的外螺纹，移动杆7贯穿第一螺纹孔并与第一螺纹孔螺纹连接；
44.其中位于移动槽9内部的移动杆7外壁对称设置有螺纹方向相反的外螺纹，这样可以在移动杆7转动时，能够让两个移动板3同时相互靠近或者同时相互远离；
45.同时移动杆7转动时，可以控制两个移动块8和两个移动板3的相互靠近或者相互远离，从而方便适用于不同尺寸的双悬臂梁进行使用。
46.进一步地，移动块8的顶部与移动板3的底部固定连接，移动板3的底部与校正底座1的顶部滑动连接；
47.其中通过移动板3的底部与校正底座1的顶部滑动连接；再通过移动板3的底部与校正底座1的顶部滑动连接，这样可以保证移动板3在移动时，能够进行水平方向上的直线移动；
48.同时通过移动块8的外壁与移动槽9的内壁滑动连接，可以在移动杆7转动时，控制两个移动块8可以进行水平方向上的直线运动，不会发生偏转。
49.进一步地，固定机构包括对称设置的固定板10，移动板3的内部对称开设有呈圆形的限位槽11，移动板3的顶部开设有与限位槽11内部贯通的限位孔12，限位孔12内壁套设有固定螺杆13；
50.其中通过固定螺杆13可以绕着限位孔12的内壁进行转动，通过固定螺杆13的转动，可以控制固定板10位置的下移，下移的固定板10可以对双悬臂梁进行挤压固定，方便后续对双悬臂梁的校正处理。
51.进一步地，位于限位槽11内部的固定螺杆13的底部固定连接有呈圆形的限位板14，限位板14与限位槽11的内壁相抵，固定板10的表面对称开设有第二螺纹孔，固定螺杆13与第二螺纹孔螺纹连接，固定螺杆13的顶部固定连接有转动板15；
52.其中固定螺杆13可以带动限位板14在限位槽11的内壁进行转动，通过限位槽11和限位板14对固定螺杆13的限位，可以让固定螺杆13进行正常的转动，且能够让固定螺杆13转动时带动固定板10的下移。
53.进一步地，调节机构包括第二伺服电机16、调节螺杆17和调节块18，支撑板2的外壁与第二伺服电机16固定连接，第二伺服电机16的输出端与调节螺杆17连接，调节螺杆17贯穿支撑板2并与支撑板2转动连接；
54.其中第二伺服电机16可以通过外部的设备提供电源并控制开启和关闭，且第二伺服电机16的转速可调，同时第二伺服电机16可以控制调节螺杆17的转动。
55.进一步地，支撑板2的内顶部开设有调节槽19，调节块18与调节槽19的内壁滑动连接，调节块18上开设有第三螺纹孔，调节螺杆17与第三螺纹孔螺纹连接，调节块18的底部与调节板4固定连接；
56.其中调节螺杆17转动时，可以通过调节块18和调节板4带动液压缸5进行移动，从而可以调节液压缸5的位置，方便对双悬臂梁进行校正；
57.同时通过调节块18在调节槽19内部的移动，可以在调节螺杆17转动时，保证调节块18进行水平方向上的水平直线运动。
58.进一步地，液压缸5的顶部与调节板4的底部固定连接，液压缸5的伸缩端设置有校正板20；
59.其中液压缸5可以通过外部的设备控制开启和关闭，通过液压缸5能够控制校正板20的下移，可以对双悬臂梁进行校正处理。
60.本发明工作原理：
61.第一伺服电机6会通过移动杆7带动两个移动块8和两个移动板3相互靠近或者相互远离，能够适用于不同尺寸的双悬臂梁；然后将双悬臂梁放在移动板3的表面，再转动转动板15，转动板15会带动固定板10下移并将双悬臂梁挤压固定在移动板3的表面，方便对双悬臂梁进行校正；最后第二伺服电机16会通过调节螺杆17带动调节块18、调节板4和液压缸5的移动，让液压缸5移动到双悬臂梁的上方，然后液压缸5控制校正块下移并对双悬臂梁进行挤压校正处理；
62.通过考虑金属材料的塑性变形来提高双材料界面dcb试验的准确度。该方法在试验中引入了金属材料的塑性变形，并对试验结果进行相应的修正。通过计算金属材料的塑性变形引起的位移，并将其与试验测得的总位移相减，可以得到纯弹性位移。然后，根据纯弹性位移和试验条件重新计算金属材料的有效弯曲刚度，以匹配另一种材料的弯曲刚度。最后，根据匹配后的弯曲刚度、金属材料的弹性模量和试验要求的断裂位移，优化金属材料的厚度，使金属和另一种材料在试验中的变形量接近。
63.通过采用本发明的改进方法，可以实现试验中的等效刚度匹配和变形量接近，从而提高双材料界面dcb试验的准确度。该方法可以适用于测试各种非对称结构的双材料界面断裂韧性，具有简单、实用和可行的特点。
64.以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种弹塑性非对称双悬臂梁的刚度校正方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：通过考虑金属材料的塑性变形来提高双材料界面dcb试验的准确度，该方法在试验中引入了金属材料的塑性变形，并对试验结果进行相应的修正，在修正时，通常会通过刚度校正设备对双悬臂梁进行校正处理；s2：计算金属材料的塑性变形引起的位移，并将其与试验测得的总位移相减，可以得到纯弹性位移；s3：根据纯弹性位移和试验条件重新计算金属材料的有效弯曲刚度，以匹配另一种材料的弯曲刚度；s4：根据匹配后的弯曲刚度、金属材料的弹性模量和试验要求的断裂位移，优化金属材料的厚度，使金属和另一种材料在试验中的变形量接近；s5：针对金属板，计算其总变形量δth，该变形量由弹性变形量δth，elastic和塑性变形量δth，plastic组成，其中，弹性变形量δth，elastic采用弹性理论计算，而塑性变形量δth，plastic则考虑了金属板的塑性变形对总变形量的贡献，对于frp板，仅考虑其弹性变形量δtl，elastic，而不考虑塑性变形；s6：通过使其弹性变形量δtl，elastic等于金属板的总变形量δth，求解frp板的刚度，这样可以确保两种板材具有相近的变形量，从而实现刚度的等效匹配；s7：为了实现刚度匹配，可以选择合适的frp板厚度tl，通过调整tl，使得frp板的弹性变形量与金属板的总变形量相近，这样可以优化dcb试验的断裂模式，并提高试验结果的准确性，可以根据具体的需求和试验条件来进一步优化厚度的选择。2.根据权利要求1所述的一种弹塑性非对称双悬臂梁的刚度校正方法，其特征在于，刚度校正设备包括校正底座(1)，所述校正底座(1)的顶部固定连接有呈u型的支撑板(2)，所述校正底座(1)的外壁通过移动机构连接有对称设置的移动板(3)，所述移动板(3)的表面设置有对双悬臂梁进行固定的固定机构，所述支撑板(2)的外壁通过调节机构连接有调节板(4)，所述调节板(4)的底部设置有对双悬臂梁进行进行矫正的液压缸(5)。3.根据权利要求2所述的一种弹塑性非对称双悬臂梁的刚度校正方法，其特征在于，所述移动机构包括第一伺服电机(6)、移动杆(7)和对称设置的移动块(8)，所述第一伺服电机(6)与校正底座(1)的外壁固定连接，所述第一伺服电机(6)的输出端与移动杆(7)连接，所述移动杆(7)贯穿校正底座(1)并与校正底座(1)转动连接。4.根据权利要求3所述的一种弹塑性非对称双悬臂梁的刚度校正方法，其特征在于，所述校正底座(1)的顶部开设有呈矩形状的移动槽(9)，所述移动块(8)的外壁与移动槽(9)的内壁滑动连接，所述移动块(8)上开设有第一螺纹孔，位于移动槽(9)内部的所述移动杆(7)外壁对称设置有螺纹方向相反的外螺纹，所述移动杆(7)贯穿第一螺纹孔并与第一螺纹孔螺纹连接。5.根据权利要求3所述的一种弹塑性非对称双悬臂梁的刚度校正方法，其特征在于，所述移动块(8)的顶部与移动板(3)的底部固定连接，所述移动板(3)的底部与校正底座(1)的顶部滑动连接。6.根据权利要求2所述的一种弹塑性非对称双悬臂梁的刚度校正方法，其特征在于，所述固定机构包括对称设置的固定板(10)，所述移动板(3)的内部对称开设有呈圆形的限位槽(11)，所述移动板(3)的顶部开设有与限位槽(11)内部贯通的限位孔(12)，所述限位孔
(12)内壁套设有固定螺杆(13)。7.根据权利要求6所述的一种弹塑性非对称双悬臂梁的刚度校正方法，其特征在于，位于限位槽(11)内部的所述固定螺杆(13)的底部固定连接有呈圆形的限位板(14)，所述限位板(14)与限位槽(11)的内壁相抵，所述固定板(10)的表面对称开设有第二螺纹孔，所述固定螺杆(13)与第二螺纹孔螺纹连接，所述固定螺杆(13)的顶部固定连接有转动板(15)。8.根据权利要求2所述的一种弹塑性非对称双悬臂梁的刚度校正方法，其特征在于，所述调节机构包括第二伺服电机(16)、调节螺杆(17)和调节块(18)，所述支撑板(2)的外壁与第二伺服电机(16)固定连接，所述第二伺服电机(16)的输出端与调节螺杆(17)连接，所述调节螺杆(17)贯穿支撑板(2)并与支撑板(2)转动连接。9.根据权利要求8所述的一种弹塑性非对称双悬臂梁的刚度校正方法，其特征在于，所述支撑板(2)的内顶部开设有调节槽(19)，所述调节块(18)与调节槽(19)的内壁滑动连接，所述调节块(18)上开设有第三螺纹孔，所述调节螺杆(17)与第三螺纹孔螺纹连接，所述调节块(18)的底部与调节板(4)固定连接。10.根据权利要求2所述的一种弹塑性非对称双悬臂梁的刚度校正方法，其特征在于，所述液压缸(5)的顶部与调节板(4)的底部固定连接，所述液压缸(5)的伸缩端设置有校正板(20)。

技术总结
一种弹塑性非对称双悬臂梁的刚度校正方法，包括以下步骤：S1：首先，通过考虑金属材料的塑性变形来提高双材料界面DCB试验的准确度，该方法在试验中引入了金属材料的塑性变形，并对试验结果进行相应的修正；S2：然后，计算金属材料的塑性变形引起的位移，并将其与试验测得的总位移相减，可以得到纯弹性位移；S3：然后，根据纯弹性位移和试验条件重新计算金属材料的有效弯曲刚度，以匹配另一种材料的弯曲刚度；S4：最后，根据匹配后的弯曲刚度、金属材料的弹性模量和试验要求的断裂位移，优化金属材料的厚度，使金属和另一种材料在试验中的变形量接近。形量接近。形量接近。


技术研发人员：姚友强
受保护的技术使用者：浙江师范大学
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/5