鎂鋁合金單軸拉伸試驗(yàn)件設(shè)計(jì)及有限元分析

1、鎂合金單軸拉伸試驗(yàn)件設(shè)計(jì)鎂合金單軸拉伸試驗(yàn)件設(shè)計(jì)背景介紹：現(xiàn)需要對(duì)某鎂合金材料進(jìn)行單軸的力學(xué)拉伸實(shí)驗(yàn)，測(cè)量該材料的彈性模量和拉伸強(qiáng)度。由于實(shí)驗(yàn)條件的要求，只能采用銷釘加載的方式。采用該方法比較容易實(shí)現(xiàn)試件的對(duì)中，便于消除了附加彎矩，并且方便在實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行裝卸，試件形狀如圖所示。端部的孔即為加載用的銷釘孔。鎂合金單軸拉伸試驗(yàn)件設(shè)計(jì)鎂合金單軸拉伸試驗(yàn)件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：參照GB/ T 228.1-2010設(shè)計(jì)試件的具體尺寸，使得在極限載荷下銷釘不會(huì)被剪斷，銷釘孔邊不會(huì)發(fā)生破壞，且鋁鎂合金的最終失效表現(xiàn)為在中間有效區(qū)域（Le）發(fā)生斷裂。第一種條件：試件屈服強(qiáng)度第一種條件：試件屈服強(qiáng)度180Mpa參考GB

2、/T 228.1-2010設(shè)計(jì)拉伸試件并按銷釘?shù)募羟袕?qiáng)度確定銷釘孔尺寸，為方便加工，采用等厚度設(shè)計(jì)，使用矩形截面比例試件(編號(hào)P9)。最終試件的銷釘孔徑初定為10mm，其三維形狀如圖所示試件的最終加工圖紙如下試件及銷釘強(qiáng)度校核試件及銷釘強(qiáng)度校核由于試件銷釘接觸問題為非線性，孔邊應(yīng)力較為復(fù)雜，且要考慮塑性變形，故采用有限元方法進(jìn)行試驗(yàn)件的強(qiáng)度校核。不考慮孔與銷釘?shù)拈g隙及預(yù)應(yīng)力，由于試驗(yàn)件關(guān)于中間平面對(duì)稱，因此可以只考慮模型的一半進(jìn)行分析，最終的有限元模型如圖所示：載荷及邊界條件載荷及邊界條件在對(duì)稱面處施加對(duì)稱邊界條件，在銷釘兩端施加X方向的位移載荷，銷釘與孔之間創(chuàng)建面-面接觸對(duì)施加X方向的位移載

3、荷對(duì)稱邊界條件對(duì)稱面處施加對(duì)稱邊界條件，對(duì)銷釘施加位移載荷，銷釘與孔之間為面-面接觸對(duì),最終的等效應(yīng)力云圖（von mises stress）如圖所示（本次分析中用到的單位為kpa，mm）試件的中間有效區(qū)域（Le）有大范圍達(dá)到屈服強(qiáng)度，孔周圍有局部區(qū)域也達(dá)到屈服應(yīng)力試件的塑性變形云圖(試件的鎂合金材料采用理想的雙線性彈塑性模型)可以看出試件的有效試驗(yàn)段發(fā)生了較明顯的屈服，而銷釘孔周圍的局部區(qū)域也有明顯的塑性變形區(qū)，但變形僅限與孔邊，沒有擴(kuò)展到外邊界極限載荷時(shí)銷釘?shù)腦Y剪切應(yīng)力云圖通過分別對(duì)試件和銷釘?shù)膹?qiáng)度校核，可得出所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)件是滿足第一種情況下的強(qiáng)度要求的，即在極限載荷下銷釘不會(huì)被剪斷，銷

4、釘孔邊不會(huì)發(fā)生破壞，且鋁鎂合金的最終失效表現(xiàn)為在中間有效區(qū)域（Le）發(fā)生斷裂。第二種情況：試件屈服強(qiáng)度為第二種情況：試件屈服強(qiáng)度為550650Mpa設(shè)計(jì)要求：根據(jù)航空材料手冊(cè)選用銷釘材料，并設(shè)計(jì)試件尺寸由于第一種情況的強(qiáng)度裕度較大，擬采用與第一種條件下相同的外形尺寸，但銷釘?shù)氖芰?huì)較大，查航空材料手冊(cè)，TC4鈦合金在常溫下屈服強(qiáng)度約為830Mpa?？紤]用鈦合金作為銷釘材料。下面同第一種情況采用有限元方法進(jìn)行試件及銷釘?shù)膹?qiáng)度校核單元類型，網(wǎng)格劃分，接觸對(duì)設(shè)置載荷與邊界條件與第一種條件類似，給定銷釘位移為3mm試件的等效應(yīng)力云圖（虛線表示變形前位置）通過對(duì)兩種不同情況下試件與銷釘?shù)脑O(shè)計(jì)與強(qiáng)度通過對(duì)兩種不同情況下試件與銷釘?shù)脑O(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核，可知設(shè)計(jì)的試驗(yàn)件及銷釘靜強(qiáng)度是滿足要校核，可知設(shè)計(jì)的試驗(yàn)件及銷釘靜強(qiáng)度是滿足要求的。通過專業(yè)課程設(shè)計(jì)，鞏固了上學(xué)期學(xué)習(xí)的求的。通過專業(yè)課程設(shè)計(jì)，鞏固了上學(xué)期學(xué)習(xí)的有限元軟件有限元軟件ansys的基本用法，也復(fù)習(xí)了相關(guān)的三的基本用法，也復(fù)習(xí)了相關(guān)的三維作圖軟件，對(duì)接觸、彈塑性等簡(jiǎn)單的非線性問維作圖軟件，對(duì)接觸、彈塑性等簡(jiǎn)單的非線性問題有了一個(gè)初步的了