CN110672412A - 一种适用于万能拉伸试验机的板带张力模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于板带材张力分布模拟实验领域，具体涉及一种适用于万能拉伸试验机的板带张力模拟装置，包括上下对称设置的两个拉伸架，拉伸架包括拉伸架主体，在拉伸架主体的下表面中部设置有的中部凹槽，在中部凹槽的左右两侧对称设置有的侧槽，张力模拟支架设置在侧槽内，在板带上下两端的前后两侧分别对称设置有角钢，角钢的一侧与板带固定连接，另一侧架设在张力模拟支架上，板带的上下两端分别卡装在两个拉伸架主体内。本发明通过变高度的张力模拟支架对角钢进行支撑，模拟板带在生产过程中所受到的非线性载荷作用，并检测板带在拉伸过程中应力场的变化，研究板带在轧后屈曲过程中纵向应力分布不均匀变化对应力场演变规律。

Description

一种适用于万能拉伸试验机的板带张力模拟装置

技术领域

本发明属于板带材张力分布模拟实验领域，具体涉及一种适用于万能拉伸试验机的板带张力模拟装置。

背景技术

板形本质上是板带材内部残余应力的分布，是评价板带材质量的重要指标，也是困扰板带材轧制过程控制的重要难题，特别是影响薄板带成材率的重要因素。研究板带材轧制过程板带内部应力场的分布演变规律至关重要。

目前关于轧制过程板形研究主要是仿真预测法和张力检测法。仿真预测主要通过有限元法、影响函数法等对轧制过程进行仿真，由于轧制过程高度非线性，张力和轧制力相互耦合，需要进行大量模型简化，难以准确实现板带应力场及纵向残余应力分布预测，特别是薄带和极薄带轧制仿真计算结果难以准确反映客观事实；仿真预测的另一种方法是对板带屈曲过程进行建模研究，该方法一定程度实现了板带应力载荷大小对板带缺陷的影响程度，通过给定边界载荷研究板带屈曲过程，但该方法给定边界载荷形式比较简单，计算模型复杂，假设过多，也存在计算不准确的问题。张力检测主要是通过张力检测辊对轧后板带的残余应力分布结果进行实测，该方法只能检测轧后纵向应力场分布结果，不能表征纵向应力与剪应力、横向压应力的相互影响，不能实现对板带屈曲过程应力场的演变规律及成因的研究。

因此，为研究板带应力场的复杂演变对板带屈曲影响规律，探索不均匀纵向拉应力对板带应力场的影响规律，需要开发一套模拟可变应力场的实验装置。

发明内容

本发明针对上述问题提供了一种适用于万能拉伸试验机的板带张力模拟装置。

为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：

一种适用于万能拉伸试验机的板带张力模拟装置，包括上下对称设置的两个拉伸架，所述拉伸架包括拉伸架主体，在所述拉伸架主体的上表面中部固定设置有夹持端头，在所述拉伸架主体的下表面中部设置有用于卡装板带的中部凹槽，在所述中部凹槽的左右两侧对称设置有用于放置张力模拟支架的侧槽，两个侧槽与中部凹槽连通形成倒“山”型凹槽，所述张力模拟支架设置在侧槽内，在所述拉伸架主体的左右两侧与张力模拟支架上设置有相同的销孔，在所述销孔内设置有销轴以固定张力模拟支架，在所述板带上下两端的前后两侧分别对称设置有角钢，所述角钢的一侧与板带固定连接，另一侧架设在张力模拟支架上，所述板带的上下两端分别卡装在两个拉伸架主体内。

进一步，所述拉伸夹持端头宽度l_jw为40～50mm，高度l_jh为50～60mm，长度l_jl为60～80mm，在所述夹持端头的两侧分别固定设置有肋板，所述肋板的下端与拉伸架主体固定连接，肋板的厚度l_sw为7～10mm。

再进一步，拉伸架主体宽度l_dw为100～150mm，高度l_dh为150～200mm，长度l_dl等于板带长度b_s，拉伸架主体侧壁厚l_gt为25mm，侧槽宽度l_gw为15～20mm，高度l_gh为100～120mm，中部凹槽宽度l_ow等于14mm。

更进一步，所述张力模拟支架由多个满足固定高度关系的矩形条组成，在所述板带上下两端的张力模拟支架分别采用变高度的矩形条和等高度1.5h_b的矩形条，矩形条厚度t_r是侧槽宽度的0.7倍，即t_r＝0.7l_gw，变高度张力模拟支架中各个矩形条的高度h_ri由基本高度h_b和张力影响高度h_i构成，h_ri＝h_b+h_i，基本高度h_b＝0.4l_gh。

更进一步，所述张力影响高度h_i，即h(y)满足以下关系：

式中f(y)为板带平直度基本模式纵向应力分布函数，h_b为张力模拟支架矩形条基本高度，t_r为张力模拟支架矩形条厚度，E_s为板带弹性模量，E_r为张力模拟支架矩形条弹性模量，l₀为板带的高度；在实验过程中，张力模拟支架中的矩形条承受压力作用，板带承受拉力作用，张力模拟支架的矩形条和板带材料的弹性模量分别为E_r和E_s，从最长矩形条受力开始到最短矩形条接触角钢面受力，矩形条和板带均发生弹性变形。假设在此过程中矩形条承受均匀的压应力，对应位置板带沿纵向产生均匀拉伸应变，矩形条的压缩应变量为ε_r(y)，对应的板带纵向拉伸应变量为ε_s(y)，矩形条和板带纵向应力平衡可得：

E_rε_r(y)＝E_sε_s(y) 1-2

实验过程中上下对称的两个拉伸架分别向两个方向拉伸，角钢先与张力模拟支架中最高的矩形条接触，随着拉伸的进行，受高矩形条支撑的角钢条元变形伸长，对应高矩形条受到角钢作用的压力，随着压力增大，高矩形条高度被压缩，当角钢与最低矩形条接触时，即刚接触但无变形时，根据拉伸架位移s、板带初始长度l₀、张力模拟支架矩形条最低高度h_b、张力模拟支架影响高度h(y)即h_i、应变ε_r(y)和带钢应变ε_s(y)的几何关系可以得到如下关系：

整理可得

l₀ε_s(y)＝h(y)-2[h(y)+h_b]ε_r(y) 1-4

联立式(1-2)和(1-4)构成方程组，求解得到变形后，任意一个张力模拟支架矩形条的应变为：

按照矩形条高度方向单向压缩本构关系，计算得到的任意一个张力模拟支架矩形条承受的应力为：

σ_r＝E_rε_r(y) 1-6

沿板带宽度方向布置变高度矩形条构造变化的纵向应力场，以典型平直度模式下的纵向应力场为构造目标，采用切比雪夫第一类正交多项式形式作为平直度基本模式，模拟的纵向单位宽度张力载荷按照切比雪夫基本平直度模式给定，见式(1-7)。坐标归一化处理后的1～4次切比雪夫正交多项式(N_cr＝1)。

N_cr为板带屈曲临界载荷，为单位宽度线载荷，b_s为板带宽度，y为板带6宽度方向的一维坐标。

假定作用在张力模拟支架的承受的载荷等于张力模拟支架板条宽度中心的线载荷沿厚度方向的均布压力，根据均布线载荷的计算张力模拟支架矩形条承受的应力为：

根据式(1-5)、(1-6)、(1-8)的关系可以得到：

更进一步，所述角钢为90度角钢，所述角钢的长度与板带的长度b_s相同，且与所述等高度的矩形条相接触的角钢为整体结构，与所述变高度的矩形条相接触的角钢切割为与张力模拟支架中矩形条的个数、宽度b_ri均相互对应的多个条元，条元宽度表示为b_si。等高度的一侧的角钢作为一个整体可增强角钢的强度，而变高度一侧的角钢进行切割则是为了满足不同高度矩形条检测的需求。

更进一步，所述销孔的直径φ_x为矩形条宽度b_ri的0.3～0.5倍，销轴的直径φ_xz比销孔的直径φ_x小2～6mm，销轴的长度为拉伸架主体宽度和中部凹槽宽度差的一半，即：l_xz＝0.5(l_dw-l_ow)。

更进一步，所述位于拉伸架主体同一侧的销轴通过安装板连接为一个整体，所述安装板通过螺钉与拉伸架主体连接，同一侧的销轴通过安装板连接为一个整体可进行同步的安装，节约了装配时间。

更进一步，所述中部凹槽与侧槽之间隔板的高度低于张力模拟支架中最低矩形条的高度。

与现有技术相比本发明具有以下优点：

1、本发明通过研究，给定板带平直度基本模式以及纵向单位宽度张力载荷计算得出张力模拟支架矩形条影响高度函数，结合所提出的适用于万能拉伸试验机的实验装置，可在实验室，模拟出各种非线性载荷，进行相关实验；

2、本发明可通过变高度的张力模拟支架对角钢进行支撑，从而模拟板带在生产和使用过程中所受到的非线性载荷作用，并检测板带在拉伸过程中应力场的变化，研究板带在轧后屈曲过程中纵向应力分布不均匀变化对应力场演变规律；

3、本发明可通过更换矩形条的高度，改变张力模拟支架的形状，实现不同纵向应力场的模拟，结构简单合理，更换便捷；

4、本发明采用安装板将拉伸架主体同一侧的销轴连接为一个整体，可以对同一侧的矩形条进行同步的固定，节约装配时间，提高了实验效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明图2中圈A的局部放大图；

图4为本发明拉伸架主体的右视图；

图5为本发明拉伸架主体的右视图；

图6为本发明拉伸架主体的前视图；

图7为板带与角钢的连接示意图；

图8为本发明由等高度矩形条组成的张力模拟支架的结构示意图；

图9为本发明边浪模式的张力模拟支架的结构示意图；

图10为本发明中浪模式的张力模拟支架的结构示意图；

图11为本发明四分之一浪模式的张力模拟支架的结构示意图；

图12为本发明板带随拉伸架位移变形及几何关系示意图；

图13为本发明以切比雪夫正交多项式形式作为平直度基本模式下的楔形模式、边浪或者中浪模式、单肋浪模式、以及四分之一浪模式的张力载荷模式示意图；

图14为本发明实施例1中以楔形为基本模式的张力载荷模式示意图；

图15为本发明实施例2中以中浪为基本模式的张力载荷模式示意图；

图16为本发明实施例3中以边浪为基本模式的张力载荷模式示意图；

图17为本发明实施例4中以四分之一浪为基本模式的张力载荷模式示意图；

其中夹持端头—2、肋板—3、拉伸架主体—4、角钢—5、板带—6、张力模拟支架—7、销轴—8、拉伸架—9、安装板—10、隔板—11、中部凹槽—12、侧槽—13。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

如图1至图12所示，一种适用于万能拉伸试验机的板带张力模拟装置，包括上下对称设置的两个拉伸架9，所述拉伸架9包括拉伸架主体4，在所述拉伸架主体4的上表面中部固定设置有夹持端头2，所述拉伸夹持端头2宽度l_jw为40mm，高度l_jh为60mm，长度l_jl为60mm，在所述夹持端头2的两侧分别固定设置有肋板3，所述肋板3的下端与拉伸架主体4固定连接，肋板3的厚度l_sw为7mm。在所述拉伸架主体4的下表面中部设置有用于卡装板带6的中部凹槽12，在所述中部凹槽12的左右两侧对称设置有用于放置张力模拟支架7的侧槽13，两个侧槽13与中部凹槽12连通形成倒“山”型凹槽，所述中部凹槽12与侧槽13之间隔板11的高度低于张力模拟支架7中最低矩形条的高度。拉伸架主体4宽度l_dw为150mm，高度l_dh为150mm，长度l_dl等于板带长度b_s，拉伸架主体4侧壁厚l_gt为25mm，侧槽13宽度l_gw为15mm，高度l_gh为100mm，中部凹槽12宽度l_ow等于14mm。所述张力模拟支架7设置在侧槽13内，所述张力模拟支架7由多个满足固定高度关系的矩形条组成，在所述板带6上下两端的张力模拟支架7分别采用变高度的矩形条和等高度1.5h_b的矩形条，矩形条厚度t_r是侧槽13宽度的0.7倍，即t_r＝0.7l_gw，变高度张力模拟支架7中各个矩形条的高度h_ri由基本高度h_b和张力影响高度h_i构成，即h_ri＝h_b+h_i，基本高度h_b＝0.4l_gh。在所述拉伸架主体4的左右两侧与张力模拟支架7上设置有相同的销孔，在所述销孔内设置有销轴以固定张力模拟支架7，所述销孔的直径φ_x为张力模拟支架中的矩形条宽度b_ri的0.3倍，销轴8的直径φ_xz比销孔的直径φ_x小2mm，销轴8的长度为拉伸架主体4宽度和中部凹槽12宽度差的0.5倍，即：l_xz＝0.5(l_dw-l_ow)。所述位于拉伸架主体4同一侧的销轴8通过安装板10连接为一个整体，所述安装板10通过螺钉与拉伸架主体4连接。在所述板带6上下两端的前后两侧分别对称设置有角钢5，所述角钢5的一侧与板带6固定连接，另一侧架设在张力模拟支架7上，所述角钢5为90度角钢，所述角钢5的长度与板带6的长度b_s相同，且与所述等高度的矩形条相接触的角钢5为整体结构，与所述变高度的矩形条相接触的角钢5均匀的切割为与张力模拟支架7中矩形条的个数、宽度b_ri均相互对应的多个条元，条元宽度表示为b_si。所述板带6的上下两端分别卡装在两个拉伸架主体4内。

所述张力影响高度h_i，即h(y)满足以下关系：

式中f(y)为板带平直度基本模式纵向应力分布函数，h_b为张力模拟支架矩形条基本高度，t_r为张力模拟支架矩形条厚度，E_s为板带弹性模量，E_r为张力模拟支架矩形条弹性模量，l₀为板带6的高度；在实验过程中，张力模拟支架7中的矩形条承受压力作用，板带6承受拉力作用，张力模拟支架7矩形条和板带材料的弹性模量分别为E_r和E_s，从最长矩形条受力开始到最短矩形条接触角钢5面受力，矩形条和板带6均发生弹性变形。假设在此过程中矩形条承受均匀的压应力，对应位置板带6沿纵向产生均匀拉伸应变，矩形条的压缩应变量为ε_r(y)，对应的板带6纵向拉伸应变量为ε_s(y)，矩形条和板带6纵向应力平衡可得：

E_rε_r(y)＝E_sε_s(y) 1-2

实验过程中上下对称的两个拉伸架9分别向两个方向拉伸，角钢5先与张力模拟支架7中最高的矩形条接触，随着拉伸的进行，受高矩形条支撑的角钢5条元变形伸长，对应高矩形条受到角钢5作用的压力，随着压力增大，高矩形条高度被压缩，当角钢5与最低矩形条接触时，即刚接触但无变形时，如图12所示，根据拉伸架9位移s、板带初始长度l₀、张力模拟支架矩形条最低高度h_b、张力模拟支架影响高度h(y)即h_i、应变ε_r(y)和带钢应变ε_s(y)的几何关系可以得到如下关系：

整理可得

l₀ε_s(y)＝h(y)-2[h(y)+h_b]ε_r(y) 1-4

联立式(1-2)和(1-4)构成方程组，求解得到变形后，任意一个张力模拟支架矩形条的改为应变为：

按照矩形条高度方向单向压缩本构关系，计算得到的任意一个张力模拟支架矩形条承受的应力为：

σ_r＝E_rε_r(y) 1-6

沿板带宽度方向布置变高度矩形条构造变化的纵向应力场，以楔形平直度模式下的纵向应力场为构造目标，采用切比雪夫第一类正交多项式形式作为平直度基本模式，模拟的纵向单位宽度张力载荷按照楔形残余应力分布给定，分布如图14所示，(N_cr＝120)。

N_cr为板带屈曲临界载荷，为单位宽度线载荷，b_s为板带宽度，y为板带6宽度方向的一维坐标，其坐标轴原点为板带6宽度方向的中点。

假定作用在张力模拟支架上所承受的载荷等于张力模拟支架板条宽度中心的线载荷沿厚度方向的均布压力，根据均布线载荷，计算张力模拟支架矩形条承受的应力为：

根据式(1-5)、(1-6)、(1-8)的关系可以得到：

实施例2

如图1至图12所示，一种适用于万能拉伸试验机的板带张力模拟装置，包括上下对称设置的两个拉伸架9，所述拉伸架9包括拉伸架主体4，在所述拉伸架主体4的上表面中部固定设置有夹持端头2，所述拉伸夹持端头2宽度l_jw为45mm，高度l_jh为55mm，长度l_jl为70mm，在所述夹持端头2的两侧分别固定设置有肋板3，所述肋板3的下端与拉伸架主体4固定连接，肋板3的厚度l_sw为8mm。在所述拉伸架主体4的下表面中部设置有用于卡装板带6的中部凹槽12，在所述中部凹槽12的左右两侧对称设置有用于放置张力模拟支架7的侧槽13，两个侧槽13与中部凹槽12连通形成倒“山”型凹槽，所述中部凹槽12与侧槽13之间隔板11的高度低于张力模拟支架7中最低矩形条的高度。拉伸架主体4宽度l_dw为130mm，高度l_dh为170mm，长度l_dl等于板带长度b_s，拉伸架主体4侧壁厚l_gt为25mm，侧槽13宽度l_gw为18mm，高度l_gh为110mm，中部凹槽12宽度l_ow等于14mm。所述张力模拟支架7设置在侧槽13内，所述张力模拟支架7由多个满足固定高度关系的矩形条组成，在所述板带6上下两端的张力模拟支架7分别采用变高度的矩形条和等高度1.5h_b的矩形条，矩形条厚度t_r是侧槽13宽度的0.7倍，即t_r＝0.7l_gw，变高度张力模拟支架7中各个矩形条的高度h_ri由基本高度h_b和张力影响高度h_i构成，h_ri＝h_b+h_i，基本高度h_b＝0.4l_gh。在所述拉伸架主体4的左右两侧与张力模拟支架7上设置有相同的销孔，在所述销孔内设置有销轴以固定张力模拟支架7，所述销孔的直径φ_x为张力模拟支架中矩形条宽度b_ri的0.4倍，销轴8的直径φ_xz比销孔的直径φ_x小4mm，销轴8的长度为拉伸架主体4宽度和中部凹槽12宽度差的0.5倍，即：l_xz＝0.5(l_dw-l_ow)。所述位于拉伸架主体4同一侧的销轴8通过安装板10连接为一个整体，所述安装板10通过螺钉与拉伸架主体4连接。在所述板带6上下两端的前后两侧分别对称设置有角钢5，所述角钢5的一侧与板带6固定连接，另一侧架设在张力模拟支架7上，所述角钢5为90度角钢，所述角钢5的长度与板带6的长度b_s相同，且与所述等高度的矩形条相接触的角钢5为整体结构，与所述变高度的矩形条相接触的角钢5均匀的切割为与张力模拟支架7中矩形条的个数、宽度b_ri均相互对应的多个条元，条元宽度表示为b_si。所述板带6的上下两端分别卡装在两个拉伸架主体4内。

所述张力影响高度h_i，即h(y)满足以下关系：

式中f(y)为板带平直度基本模式纵向应力分布函数，h_b为张力模拟支架矩形条基本高度，t_r为张力模拟支架矩形条厚度，E_s为板带弹性模量，E_r为张力模拟支架矩形条弹性模量，l₀为板带6的高度；在实验过程中，张力模拟支架7中的矩形条承受压力作用，板带6承受拉力作用，张力模拟支架7矩形条和板带材料的弹性模量分别为E_r和E_s，从最长矩形条受力开始到最短矩形条接触角钢5面受力，矩形条和板带6均发生弹性变形。假设在此过程中矩形条承受均匀的压应力，对应位置板带6沿纵向产生均匀拉伸应变，矩形条的压缩应变量为ε_r(y)，对应的板带6纵向拉伸应变量为ε_s(y)，矩形条和板带6纵向应力平衡可得：

E_rε_r(y)＝E_sε_s(y) 1-2

实验过程中上下对称的两个拉伸架9分别向两个方向拉伸，角钢5先与张力模拟支架7中最高的矩形条接触，随着拉伸的进行，受高矩形条支撑的角钢5条元变形伸长，对应高矩形条受到角钢5作用的压力，随着压力增大，高矩形条高度被压缩，当角钢5与最低矩形条接触时，即刚接触但无变形时，如图12所示，根据拉伸架9位移s、板带初始长度l₀、张力模拟支架矩形条最低高度h_b、张力模拟支架影响高度h(y)即h_i、应变ε_r(y)和带钢应变ε_s(y)的几何关系可以得到如下关系：

整理可得

l₀ε_s(y)＝h(y)-2[h(y)+h_b]ε_r(y) 1-4

联立式(1-2)和(1-4)构成方程组，求解得到变形后，任意一个张力模拟支架矩形条应变为：

按照矩形条高度方向单向压缩本构关系，计算得到的任意一个张力模拟支架矩形条承受的应力为：

σ_r＝E_rε_r(y) 1-6

沿板带宽度方向布置变高度矩形条构造变化的纵向应力场，以中浪平直度模式下的纵向应力场为构造目标，采用切比雪夫第一类正交多项式形式作为平直度基本模式，模拟的纵向单位宽度张力载荷按照中浪残余应力分布给定，分布如图15所示，(N_cr＝120)。

N_cr为板带屈曲临界载荷，为单位宽度线载荷，b_s为板带宽度，y为板带6宽度方向的一维坐标，其坐标轴原点为板带6宽度方向的中点。

假定作用在张力模拟支架上所承受的载荷等于张力模拟支架板条宽度中心的线载荷沿厚度方向的均布压力，根据均布线载荷，计算张力模拟支架矩形条承受的应力为：

根据式(1-5)、(1-6)、(1-8)的关系可以得到：

实施例3

如图1至图12所示，一种适用于万能拉伸试验机的板带张力模拟装置，包括上下对称设置的两个拉伸架9，所述拉伸架9包括拉伸架主体4，在所述拉伸架主体4的上表面中部固定设置有夹持端头2，所述拉伸夹持端头2宽度l_jw为50mm，高度l_jh为50mm，长度l_jl为80mm，在所述夹持端头2的两侧分别固定设置有肋板3，所述肋板3的下端与拉伸架主体4固定连接，肋板3的厚度l_sw为10mm。在所述拉伸架主体4的下表面中部设置有用于卡装板带6的中部凹槽12，在所述中部凹槽12的左右两侧对称设置有用于放置张力模拟支架7的侧槽13，两个侧槽13与中部凹槽12连通形成倒“山”型凹槽，所述中部凹槽12与侧槽13之间隔板11的高度低于张力模拟支架7中最低矩形条的高度。拉伸架主体4宽度l_dw为100mm，高度l_dh为200mm，长度l_dl等于板带长度b_s，拉伸架主体4侧壁厚l_gt为25mm，侧槽13宽度l_gw为20mm，高度l_gh为120mm，中部凹槽12宽度l_ow等于14mm。所述张力模拟支架7设置在侧槽13内，所述张力模拟支架7由多个满足固定高度关系的矩形条组成，在所述板带6上下两端的张力模拟支架7分别采用变高度的矩形条和等高度1.5h_b的矩形条，矩形条厚度t_r是侧槽13宽度的0.7倍，即t_r＝0.7l_gw，变高度张力模拟支架7中各个矩形条的高度h_ri由基本高度h_b和张力影响高度h_i构成，h_ri＝h_b+h_i，基本高度h_b＝0.4l_gh。在所述拉伸架主体4的左右两侧与张力模拟支架7上设置有相同的销孔，在所述销孔内设置有销轴以固定张力模拟支架7，所述销孔的直径φ_x为张力模拟支架中矩形条宽度b_ri的0.5倍，销轴8的直径φ_xz比销孔的直径φ_x小6mm，销轴8的长度为拉伸架主体4宽度和中部凹槽12宽度差的0.5倍，即：l_xz＝0.5(l_dw-l_ow)。所述位于拉伸架主体4同一侧的销轴8通过安装板10连接为一个整体，所述安装板10通过螺钉与拉伸架主体4连接。在所述板带6上下两端的前后两侧分别对称设置有角钢5，所述角钢5的一侧与板带6固定连接，另一侧架设在张力模拟支架7上，所述角钢5为90度角钢，所述角钢5的长度与板带6的长度b_s相同，且与所述等高度的矩形条相接触的角钢5为整体结构，与所述变高度的矩形条相接触的角钢5均匀的切割为与张力模拟支架7中矩形条的个数、宽度b_ri均相互对应的多个条元，条元宽度表示为b_si。所述板带6的上下两端分别卡装在两个拉伸架主体4内。

所述张力影响高度h_i，即h(y)满足以下关系：

式中f(y)为板带平直度基本模式纵向应力分布函数，h_b为张力模拟支架矩形条基本高度，t_r为张力模拟支架矩形条厚度，E_s为板带弹性模量，E_r为张力模拟支架矩形条弹性模量，l₀为板带6的高度；在实验过程中，张力模拟支架7中的矩形条承受压力作用，板带6承受拉力作用，张力模拟支架7矩形条和板带材料的弹性模量分别为E_r和E_s，从最长矩形条受力开始到最短矩形条接触角钢5面受力，矩形条和板带6均发生弹性变形。假设在此过程中矩形条承受均匀的压应力，对应位置板带6沿纵向产生均匀拉伸应变，矩形条的压缩应变量为ε_r(y)，对应的板带6纵向拉伸应变量为ε_s(y)，矩形条和板带6纵向应力平衡可得：

E_rε_r(y)＝E_sε_s(y) 1-2

实验过程中上下对称的两个拉伸架9分别向两个方向拉伸，角钢5先与张力模拟支架7中最高的矩形条接触，随着拉伸的进行，受高矩形条支撑的角钢5条元变形伸长，对应高矩形条受到角钢5作用的压力，随着压力增大，高矩形条高度被压缩，当角钢5与最低矩形条接触时，即刚接触但无变形时，如图12所示，根据拉伸架9位移s、板带初始长度l₀、张力模拟支架矩形条最低高度h_b、张力模拟支架影响高度h(y)即h_i、应变ε_r(y)和带钢应变ε_s(y)的几何关系可以得到如下关系：

整理可得

l₀ε_s(y)＝h(y)-2[h(y)+h_b]ε_r(y) 1-4

联立式(1-2)和(1-4)构成方程组，求解得到变形后，任意一个张力模拟支架矩形条的应变为：

按照矩形条高度方向单向压缩本构关系，计算得到的任意一个张力模拟支架矩形条承受的应力为：

σ_r＝E_rε_r(y) 1-6

沿板带宽度方向布置变高度矩形条构造变化的纵向应力场，以边浪平直度模式下的纵向应力场为构造目标，采用切比雪夫第一类正交多项式形式作为平直度基本模式，模拟的纵向单位宽度张力载荷按照边浪残余应力分布给定，分布如图16所示，(N_cr＝120)。

N_cr为板带屈曲临界载荷，为单位宽度线载荷，b_s为板带宽度，y为板带6宽度方向的一维坐标，其坐标轴原点为板带6宽度方向的中点。

假定作用在张力模拟支架上所承受的载荷等于张力模拟支架板条宽度中心的线载荷沿厚度方向的均布压力，根据均布线载荷，计算张力模拟支架矩形条承受的应力为：

根据式(1-5)、(1-6)、(1-8)的关系可以得到：

实施例4

如图1至图12所示，一种适用于万能拉伸试验机的板带张力模拟装置，包括上下对称设置的两个拉伸架9，所述拉伸架9包括拉伸架主体4，在所述拉伸架主体4的上表面中部固定设置有夹持端头2，所述拉伸夹持端头2宽度l_jw为50mm，高度l_jh为50mm，长度l_jl为80mm，在所述夹持端头2的两侧分别固定设置有肋板3，所述肋板3的下端与拉伸架主体4固定连接，肋板3的厚度l_sw为10mm。在所述拉伸架主体4的下表面中部设置有用于卡装板带6的中部凹槽12，在所述中部凹槽12的左右两侧对称设置有用于放置张力模拟支架7的侧槽13，两个侧槽13与中部凹槽12连通形成倒“山”型凹槽，所述中部凹槽12与侧槽13之间隔板11的高度低于张力模拟支架7中最低矩形条的高度。拉伸架主体4宽度l_dw为100mm，高度l_dh为200mm，长度l_dl等于板带长度b_s，拉伸架主体4侧壁厚l_gt为25mm，侧槽13宽度l_gw为20mm，高度l_gh为120mm，中部凹槽12宽度l_ow等于14mm。所述张力模拟支架7设置在侧槽13内，所述张力模拟支架7由多个满足固定高度关系的矩形条组成，在所述板带6上下两端的张力模拟支架7分别采用变高度的矩形条和等高度1.5h_b的矩形条，矩形条厚度t_r是侧槽13宽度的0.7倍，即t_r＝0.7l_gw，变高度张力模拟支架7中各个矩形条的高度h_ri由基本高度h_b和张力影响高度h_i构成，h_ri＝h_b+h_i，基本高度h_b＝0.4l_gh。在所述拉伸架主体4的左右两侧与张力模拟支架7上设置有相同的销孔，在所述销孔内设置有销轴以固定张力模拟支架7，所述销孔的直径φ_x为张力模拟支架中矩形条宽度b_ri的0.5倍，销轴8的直径φ_xz比销孔的直径φ_x小6mm，销轴8的长度为拉伸架主体4宽度和中部凹槽12宽度差的0.5倍，即：l_xz＝0.5(l_dw-l_ow)。所述位于拉伸架主体4同一侧的销轴8通过安装板10连接为一个整体，所述安装板10通过螺钉与拉伸架主体4连接。在所述板带6上下两端的前后两侧分别对称设置有角钢5，所述角钢5的一侧与板带6固定连接，另一侧架设在张力模拟支架7上，所述角钢5为90度角钢，所述角钢5的长度与板带6的长度b_s相同，且与所述等高度的矩形条相接触的角钢5为整体结构，与所述变高度的矩形条相接触的角钢5均匀的切割为与张力模拟支架7中矩形条的个数、宽度b_ri均相互对应的多个条元，条元宽度表示为b_si。所述板带6的上下两端分别卡装在两个拉伸架主体4内。

所述张力影响高度h_i，即h(y)满足以下关系：

式中f(y)为板带平直度基本模式纵向应力分布函数，h_b为张力模拟支架矩形条基本高度，t_r为张力模拟支架矩形条厚度，E_s为板带弹性模量，E_r为张力模拟支架矩形条弹性模量，l₀为板带6的高度；在实验过程中，张力模拟支架7中的矩形条承受压力作用，板带6承受拉力作用，张力模拟支架7矩形条和板带材料的弹性模量分别为E_r和E_s，从最长矩形条受力开始到最短矩形条接触角钢5面受力，矩形条和板带6均发生弹性变形。假设在此过程中矩形条承受均匀的压应力，对应位置板带6沿纵向产生均匀拉伸应变，矩形条的压缩应变量为ε_r(y)，对应的板带6纵向拉伸应变量为ε_s(y)，矩形条和板带6纵向应力平衡可得：

E_rε_r(y)＝E_sε_s(y) 1-2

实验过程中上下对称的两个拉伸架9分别向两个方向拉伸，角钢5先与张力模拟支架7中最高的矩形条接触，随着拉伸的进行，受高矩形条支撑的角钢5条元变形伸长，对应高矩形条受到角钢5作用的压力，随着压力增大，高矩形条高度被压缩，当角钢5与最低矩形条接触时，即刚接触但无变形时，如图12所示，根据拉伸架9位移s、板带初始长度l₀、张力模拟支架矩形条最低高度h_b、张力模拟支架影响高度h(y)即h_i、应变ε_r(y)和带钢应变ε_s(y)的几何关系可以得到如下关系：

整理可得

l₀ε_s(y)＝h(y)-2[h(y)+h_b]ε_r(y) 1-4

联立式(1-2)和(1-4)构成方程组，求解得到变形后，任意一个张力模拟支架矩形条的应变为：

按照矩形条高度方向单向压缩本构关系，计算得到的任意一个张力模拟支架矩形条承受的应力为：

σ_r＝E_rε_r(y) 1-6

沿板带宽度方向布置变高度矩形条构造变化的纵向应力场，以四分之一浪平直度模式下的纵向应力场为构造目标，采用切比雪夫第一类正交多项式形式作为平直度基本模式，模拟的纵向单位宽度张力载荷按照四分之一浪残余应力分布给定，分布如图17所示，(N_cr＝120)。

N_cr为板带屈曲临界载荷，为单位宽度线载荷，b_s为板带宽度，y为板带6宽度方向的一维坐标，其坐标轴原点为板带6宽度方向的中点。

假定作用在张力模拟支架的承受的载荷等于张力模拟支架板条宽度中心的线载荷沿厚度方向的均布压力，根据均布线载荷的计算张力模拟支架矩形条承受的应力为：

根据式(1-5)、(1-6)、(1-8)的关系可以得到：

以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种适用于万能拉伸试验机的板带张力模拟装置，其特征在于：包括上下对称设置的两个拉伸架(9)，所述拉伸架(9)包括拉伸架主体(4)，在所述拉伸架主体(4)的上表面中部固定设置有夹持端头(2)，在所述拉伸架主体(4)的下表面中部设置有用于卡装板带(6)的中部凹槽(12)，在所述中部凹槽(12)的左右两侧对称设置有用于放置张力模拟支架(7)的侧槽(13)，两个侧槽(13)与中部凹槽(12)连通形成倒“山”型凹槽，所述张力模拟支架(7)设置在侧槽(13)内，在所述拉伸架主体(4)的左右两侧与张力模拟支架(7)上设置有相同的销孔，在所述销孔内设置有销轴以固定张力模拟支架(7)，在所述板带(6)上下两端的前后两侧分别对称设置有角钢(5)，所述角钢(5)的一侧与板带(6)固定连接，另一侧架设在张力模拟支架(7)上，所述板带(6)的上下两端分别卡装在两个拉伸架主体(4)内。

2.根据权利要求1所述的一种适用于万能拉伸试验机的板带张力模拟装置，其特征在于：所述拉伸夹持端头(2)宽度l_jw为40～50mm，高度l_jh为50～60mm，长度l_jl为60～80mm，在所述夹持端头(2)的两侧分别固定设置有肋板(3)，所述肋板(3)的下端与拉伸架主体(4)固定连接，肋板(3)的厚度l_sw为7～10mm。

3.根据权利要求1所述的一种适用于万能拉伸试验机的板带张力模拟装置，其特征在于：拉伸架主体(4)宽度l_dw为100～150mm，高度l_dh为150～200mm，长度l_dl等于板带长度b_s，拉伸架主体(4)侧壁厚l_gt为25mm，侧槽(13)宽度l_gw为15～20mm，高度l_gh为100～120mm，中部凹槽(12)宽度l_ow等于14mm。

4.根据权利要求1所述的一种适用于万能拉伸试验机的板带张力模拟装置，其特征在于：所述张力模拟支架(7)由多个满足固定高度关系的矩形条组成，在所述板带(6)上下两端的张力模拟支架(7)分别采用变高度的矩形条和等高度1.5h_b的矩形条，矩形条厚度t_r是侧槽(13)宽度的0.7倍，即t_r＝0.7l_gw，变高度张力模拟支架(7)中各个矩形条的高度h_ri由基本高度h_b和张力影响高度h_i构成，h_ri＝h_b+h_i，基本高度h_b＝0.4l_gh。

5.根据权利要求1所述的一种适用在万能拉伸试验机的板带张力模拟装置，其特征在于：所述张力影响高度h_i，即h(y)满足以下关系：

式中f(y)为板带平直度基本模式纵向应力分布函数，h_b为张力模拟支架矩形条基本高度，t_r为张力模拟支架矩形条厚度，E_s为板带弹性模量，E_r为张力模拟支架矩形条弹性模量，l₀为板带(6)的高度；在实验过程中，张力模拟支架(7)中的矩形条承受压力作用，板带(6)承受拉力作用，张力模拟支架(7)矩形条和板带材料的弹性模量分别为E_r和E_s，从最长矩形条受力开始到最短矩形条接触角钢(5)面受力，矩形条和板带(6)均发生弹性变形。假设在此过程中矩形条承受均匀的压应力，对应位置板带(6)沿纵向产生均匀拉伸应变，矩形条的压缩应变量为ε_r(y)，对应的板带(6)纵向拉伸应变量为ε_s(y)，矩形条和板带(6)纵向应力平衡可得：

E_rε_r(y)＝E_sε_s(y) 1-2

实验过程中上下对称的两个拉伸架(9)分别向两个方向拉伸，角钢(5)先与张力模拟支架(7)中最高的矩形条接触，随着拉伸的进行，受高矩形条支撑的角钢(5)条元变形伸长，对应高矩形条受到角钢(5)作用的压力，随着压力增大，高矩形条高度被压缩，当角钢(5)与最低矩形条接触时，即刚接触但无变形时，根据拉伸架(9)位移s、板带初始长度l₀、张力模拟支架矩形条最低高度h_b、张力模拟支架影响高度h(y)即h_i、应变ε_r(y)和带钢应变ε_s(y)的几何关系可以得到如下关系：

整理可得：

l₀ε_s(y)＝h(y)-2[h(y)+h_b]ε_r(y) 1-4

联立式(1-2)和(1-4)构成方程组，求解得到变形后，任意一个张力模拟支架矩形条的应变为：

按照矩形条高度方向单向压缩本构关系，计算得到的任意一个张力模拟支架矩形条承受的应力为：

σ_r＝E_rε_r(y) 1-6

沿板带宽度方向布置变高度矩形条构造变化的纵向应力场，以典型平直度模式下的纵向应力场为构造目标，采用切比雪夫第一类正交多项式形式作为平直度基本模式，模拟的纵向单位宽度张力载荷按照切比雪夫基本平直度模式给定，见式(1-7)。坐标归一化处理后的1～4次切比雪夫正交多项式(N_cr＝1)。

N_cr为板带屈曲临界载荷，为单位宽度线载荷，b_s为板带宽度，y为板带(6)宽度方向的一维坐标。

假定作用在张力模拟支架的承受的载荷等于张力模拟支架板条宽度中心的线载荷沿厚度方向的均布压力，根据均布线载荷的计算张力模拟支架矩形条承受的应力为：

根据式(1-5)、(1-6)、(1-8)的关系可以得到：

。

6.根据权利要求1所述的一种适用于万能拉伸试验机的板带张力模拟装置，其特征在于：所述角钢(5)为90度角钢，所述角钢(5)的长度与板带(6)的长度b_s相同，且与所述等高度的矩形条相接触的角钢(5)为整体结构，与所述变高度的矩形条相接触的角钢(5)切割为与张力模拟支架(7)中矩形条的个数、宽度b_ri均相互对应的多个条元，条元宽度表示为b_si。

7.根据权利要求1所述的一种适用于万能拉伸试验机的板带张力模拟装置，其特征在于：所述销孔的直径φ_x为矩形条宽度b_ri的0.3～0.5倍，销轴(8)的直径φ_xz比销孔的直径φ_x小2～6mm，销轴(8)的长度为拉伸架主体(4)宽度和中部凹槽(12)宽度差的0.5倍，即：l_xz＝0.5(l_dw-l_ow)。

8.根据权利要求7所述的一种适用于万能拉伸试验机的板带张力模拟装置，其特征在于：所述位于拉伸架主体(4)同一侧的销轴(8)通过安装板(10)连接为一个整体，所述安装板(10)通过螺钉与拉伸架主体(4)连接。

9.根据权利要求1所述的一种适用于万能拉伸试验机的板带张力模拟装置，其特征在于：所述中部凹槽(12)与侧槽(13)之间隔板(11)的高度低于张力模拟支架(7)中最低矩形条的高度。

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