位移法和弯曲角度

    1　引　言

    弯曲角是指试样受压变弯,试验机的力指示值慢慢增大,当力值开始变小,试样在受压处出现裂纹或微裂纹时,这时候试样弯曲所形成的角度即为弯曲角。

    弯曲试验是检验材料抗弯性能的一种工艺试验方法[1],通过冷弯试验可检验材料的塑性,对焊接接头可测定母材和焊缝的裂度,考核焊缝的致密性,发现试样的焊接缺陷。另外也可检验金属经接近于淬火温度骤冷后承受规定弯曲程度的弯曲变形性能,并显示其缺陷[2]。弯曲试验的质量主要取决于弯头直径,支座间距和弯曲角度。弯曲角度是弯曲试验中最为重要的测试数据。

    2　发现的问题与解决方法

    在实际弯曲试验过程中,采用角度尺和取下测角度等方法既麻烦又不准确。文献[3]中提出了用位移法控制弯曲角度的一种较为准确的方法。但是在应用当中存在一些问题。

    2·1　支座间距l的问题和解决办法

    弯曲过程见图1。图中,弯曲角度α、试样厚度a、弯头直径d、支座间距l、支座滚轴直径d₁和弯头竖直行程h。文献[3]中假设支座固定不动,刚开始压头与试板接触处为M(α=0°),参见图1,当弯曲角度为α时,压头与试板接触的最低处为D,那么h=MD即为压头下降的竖直行程。文献[3]推导的公式:

    h= (d₁/2+a)[1-cos(α/2)]

      +[(l+d₁)/2-(d₁/2+a)sin(α/2)]tg(α/2)

      -d/2[sec(α/2)-1]       (1)

说明:本公式适用于α<180°。

    实际当中,当压头压下时,随着压力的增大,支座上与试样接触的圆柱面也承受着越来越大的作用力,同样支座也承受着越来越大的弯距(支座是靠底座上的螺钉固定紧的,间距也是靠它们来保证的)。所以导致实际试验时,当压头下降至一定距离时,由于弯距的增大,支座的两个圆柱面向两侧偏斜,导致公式当中的支座间距l变化。

    解决办法也很简单,即把公式当中的l改为l’,l’为当试验机的力值开始变小时,停机,此时支座上两圆柱面内侧的水平距离,可直接用直尺测量,此时试样的弯曲角度即为弯曲角α。公式[1]变为:

    h=(d₁/2+a)[1-cos(α/2)]+[(l’+d₁)/2-(d₁/2

      +a)sin(α/2)]tg(α/2)-d/2[sec(α/2)-1]      (2)

    2·2　确定弯曲角的问题和求解方法

    实际当中,经常需要检测某种材料弯曲角度的具体数值,文献[3]并未提供计算弯曲角度的方法,而是先确定弯曲角度的数值,然后再计算出对应的压下量h;而实际上是先有压下量h,然后再求解准确的弯曲角α。

    公式[2]中,针对不同的材料,试验前a、d、l、d₁都已经确定了,现在就剩下弯曲角α和压头压下行程h了,由于公式不能写成显式形式,对它进行计算只能采取数值方法,又由于公式同样不易导数形式,因此,其数值计算方法也受到限制。很明显,由试验过程和图1所示可以看出:随着h的增大,弯曲角α也是在增大。所以在(0°,180°)区间范围内,h为α的单调函数且为增函数。