单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,镁合金单轴拉伸试验件设计,背景介绍：,现,需要对某镁合金材料进行单轴的力学拉伸实验，测量该材料的弹性模量和拉伸强度。由于实验条件的要求，只能采用销钉加载的方式。采用该方法比较容易实现试件的对中，便于消除了附加弯矩，并且方便在实验机上进行装卸，试件形状如,图所,示。端部的孔即为加载用的销钉孔。,镁合金单轴拉伸试验件设计,设计要求：,参照,GB/T,228.1-2010,设计,试件的具体尺寸，使得在极限载荷下销钉不会被剪断，销钉孔边不会发生破坏，且铝镁合金的最终失效表现为在中间有效区域（,L,e,）发生断裂。,第一种条件：试件屈服强度,180Mpa,参考,GB/T 228.1-2010,设计拉伸试件并按销钉的剪切强度确定销钉孔尺寸，为方便加工，采用等厚度设计，使用矩形截面比例试件,(,编号,P9),。最终试件的销钉孔径初定为,10mm,，其三维形状如图所示,试件的最终加工图纸如下,试件及销钉强度校核,由于试件销钉接触问题为非线性，孔边应力较为复杂，且要考虑塑性变形，故采用有限元方法进行试验件的强度校核。不考虑孔与销钉的间隙及预应力，由于试验件关于中间平面对称，因此可以只考虑模型的一半进行分析，最终的有限元模型如图所示：,载荷及边界条件,在对称面处施加对称边界条件，在销钉两端施加,X,方向的位移载荷，销钉与孔之间创建面,-,面接触对,施加,X,方向的位移载荷,对称边界条件,对称面处施加对称边界条件，对销钉施加位移载荷，销钉与孔之间为面,-,面接触对,最终的等效应力云图（,von mises stress,）如图所示（本次分析中用到的单位为,kpa,，,mm,）,试件的中间有效区域（,L,e,）,有,大范围达到屈服强度，孔周围有局部区域也达到屈服应力,试件的塑性变形云图,(,试件的镁合金材料采用理想的双线性弹塑性模型,),可以看出试件的有效试验段发生了较明显的屈服，而销钉孔周围的局部区域也有明显的塑性变形区，但变形仅限与孔边，没有扩展到外边界,极限载荷时销钉的,XY,剪切应力云图,通过分别对试件和销钉的强度校核，可得出所设计的试验件是,满足第一种情况下的强度,要求的，即在极限载荷下销钉不会被剪断，销钉孔边不会发生破坏，且铝镁合金的最终失效表现为在中间有效区域（,Le,）发生断裂。,第二种情况：试件屈服强度为,550650Mpa,设计要求：根据,航空材料手册选用销钉材料，并设计试件尺寸,由于第一种情况的强度裕度较大，拟采用与第一种条件下相同的外形尺寸，但销钉的受力会较大，查航空材料手册，,TC4,钛合金在常温下屈服强度约为,830Mpa,。考虑用钛合金作为销钉材料。下面同第一种情况采用有限元方法进行试件及销钉的强度校核,单元类型，网格划分，接触对设置载荷与边界条件与第一种条件类似，给定销钉位移为,3mm,试件的等效应力云图（虚线表示变形前位置）,销钉的等效应力云图,(von mises stress),，可以看出最大等效应力约为,719Mpa,，取安全系数,n=1.1,，,，销钉满足强度条件，且基本不会屈服。,通过对两种不同情况下试件与销钉的设计与强度校核，可知设计的试验件及销钉静强度是满足要求的。通过专业课程设计，巩固了上学期学习的有限元软件,ansys,的基本用法，也复习了相关的三维作图软件，对接触、弹塑性等简单的非线性问题有了一个初步的了解，对应力集中区域有了更深的认识，基本会查阅相关的标准和手册。,谢谢,