金屬材料彎曲試驗壓頭位移與角度關系的程序編制

陳彥恒+張超平+朱永超

摘要： 鋼筋原材和鋼筋閃光對焊在試驗檢測中需要進行抗彎試驗，目前常用的角度量測方法為目測，為此不可避免產生一些誤差。為此本文根據《金屬材料彎曲試驗法》GB/T232-2010相關規定編制了試驗壓頭行程與角度關系的應用程序，提高了試驗檢測的嚴肅性和準確度。

Abstract： In the test， the steel raw materials and reinforced flash butt welding requires bending test. In the current， the most commonly used method is visual measurement， so it may inevitably produce some errors. So this paper developed a application program for the relationship between the head displacement and angular according to the relevant provisions in "Metallic Materials Bending Test Method" GB/T232-2010， which improved the seriousness and accuracy of test.

關鍵詞： 彎曲試驗；壓頭行程；鋼筋原材；鋼筋閃光對焊

Key words： bending test；head displacement；steel raw materials；reinforced flash butt welding

中圖分類號：TG115 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）22-0025-03

0 引言

按照國標要求鋼筋原材和鋼筋閃光對焊在試驗檢測中需對鋼筋原材進行180°抗彎試驗，對鋼筋閃光對焊焊縫進行90°抗彎試驗，在檢測中心現行的試驗中都是由現場試驗人員通過肉眼觀察判斷其彎曲角度，難免產生一些誤差，誤差雖然對試驗結果的影響不大，但對試驗檢測結果的嚴肅性卻大打了折扣。為此本文參考《金屬材料彎曲試驗法》GB/T232-2010相關規定，通過反復試驗修改后編寫了一個應用程序，根據原材或閃光對焊，選擇需要彎曲的角度，即可得出彎曲壓頭需要移動的距離。這樣在試驗中只需在電腦上觀察彎曲壓頭的移動距離（變形量）就可知道鋼筋的彎曲角度，使鋼筋彎曲試驗既準確又方便，目前已在中鐵七局工程質量試驗檢測中心得到了應用。

1 彎曲試驗的試驗裝置及工作原理

彎曲試驗是以圓形、方形、矩形或多邊形橫截面試樣在彎曲裝置上經受彎曲塑性變形，不改變加力方向，直至達到規定的彎曲角度。彎曲試驗時，試樣兩臂的軸線保持在垂直于彎曲軸的平面內。如為彎曲180°角的彎曲試驗，按照相關產品標準的要求，可以將試樣彎曲至兩臂直接接觸或兩臂相互平行且相距規定距離，可使用墊塊控制規定距離。

試驗設備：

①一般要求：彎曲試驗常采用的試驗方法之一是在配有兩個支輥和一個彎曲壓頭的支輥式彎曲裝置（圖1、2）的試驗機或壓力機上完成。

②支輥式彎曲裝置：1）支輥長度和彎曲壓頭的寬度應大于試樣寬度或直徑（見圖1、2）。彎曲壓頭的直徑由產品標準規定，支輥和彎曲壓頭應具有足夠的硬度。2）除非另有規定，支棍間距離應按照式（1）確定：

l=（D+3a）±■ （1）

此距離在試驗期間應保持不變。

注：此距離在試驗前期保持不變，對于180°彎曲試樣此距離會發生變化。

2 通過測量彎曲壓頭位移測定彎曲角度的方法原理

金屬材料彎曲試驗方法（GB/T 232-2010）規定了試樣在壓力作用下彎曲角度α的測定方法。由于直接測量彎曲角度α比較困難，因此，推薦使用通過測量彎曲壓頭位移f計算彎曲角度α的方法。試樣在力的作用下彎曲角度α的方法。試樣在力的作用下彎曲角度α由彎曲壓頭的位移來確定，其參考值見圖3。

計算公式如下：

sin■=■ （2）

cos■=■ （3）

W=■ （4）

c=25+a+■ （5）

a——試樣厚度或直徑（或多邊形橫截面內切圓直徑），mm；

b——試樣寬度，（mm）；

L——試樣長度，（mm）；

l——支輥間距離，（mm）；

D——彎曲壓頭直徑，（mm）；

α——彎曲角度，（°）；

r——試樣彎曲后的彎曲半徑；

f——彎曲壓頭的移動距離；

c——試驗前支輥中心軸所在水平面與彎曲壓頭中心軸所在水平面之間的間距；

p——試驗后支輥中心軸所在垂直面與彎曲壓頭中心軸所在垂直面之間的間距。

3 程序編制

通過參照彎曲壓頭位移測定彎曲角度的方法原理，采用VB語言在VB6.0的編譯環境下編制了本文的應用程序。

3.1 程序運行 根據試驗的材料選定鋼筋直徑，便可計算支輥式彎曲試驗的壓頭直徑和支輥半間距；然后輸入彎曲所需角度，點擊計算便可得出壓頭位移。程序運行界面見圖4。

3.2 程序代碼

3.2.1 壓頭直徑和支輥半間距的計算 本部分主要進行數據的定義。根據鋼筋原材、鋼筋閃光對焊鋼筋直徑的不同選擇，計算壓頭直徑和支輥半間距。

Option Explicit

Dim a As Integer

Dim D As Integer

Dim P As Integerendprint

Dim hfl As Integer '定義支輥一半間距

Dim arfa As Double

Dim gc As String

Private Sub Combo1_click（）

gc = Combo1.Text

Select Case gc

'***********************

'HPB

'***********************

Case "原材HPB？準6"

D = 6

hfl = （D + 6 * 3） / 2

……

Case Else

MsgBox "輸入錯誤"

End Select

P = hfl + 25

Text2.Text = D

Text6.Text = hfl

End Sub

3.2.2 壓頭位移計算 本部分代碼主要的功能是根據以上計算數據及選擇的彎曲角度計算壓頭的位移行程。

Private Sub Command1_Click（）

'******************************

Dim arfa1 As Double '轉化后的弧度值

Dim sarfa As Double '為sinα/2

Dim carfa As Double '為cosα/2

Dim f As Double

Dim w As Double '為中間計算參數

Dim c As Double '為中間計算參數

Dim B1 As Double '中間計算式

Dim B2 As Double '中間計算式

Dim C1 As Double '比較值

Dim C2 As Double '比較值

Dim D1 As Double '計算結果值

Dim D2 As Double '計算結果值

'******************************

arfa = Text4.Text

If arfa >= 175 Then

arfa = 175

End If

'******************************

D = Text2.Text '可以人工修改

hfl = Text6.Text '可以人工修改

P = hfl + 25

arfa1 = arfa / 180 * 3.1415926

sarfa = Sin（0.5 * arfa1）

carfa = Cos（0.5 * arfa1）

c = 25 + a + D / 2

For f = 0 To 1000 Step 0.001

w = （P ^ 2 + （f - c） ^ 2 - c ^ 2） ^ （0.5）

B1 = （P * c+ w * （f -c）） / （P ^ 2+（f-c） ^ 2）

C1 = B1 - sarfa

If Abs（C1） < 0.00001 Then

D1 = f

Exit For

End If

Next

'******************************

For f = 0 To 1000 Step 0.001

w = （P ^ 2 + （f - c） ^ 2 - c ^ 2） ^ （0.5）

B2 = （w * P - c * （f - c）） / （P ^ 2 + （f - c） ^ 2）

C2 = B2 - carfa

If Abs（C2） < 0.00001 Then

D2 = f

Exit For

End If

Next

'******************************

Text5.Text = CInt（D1）

End Sub

4 試驗結果

通過采用量角器和支輥位移行程的測量得出1#、2#、3#、4#四組試驗數據。其中：

①彎曲角度：為鋼筋原材或鋼筋閃光焊接彎曲的實際角度值，由量角器直接量取；②初始刻度：為萬能試驗機壓頭接觸鋼筋時的初始豎向距離刻度，在萬能試驗機上直接讀取；③終止刻度：為鋼筋彎曲至某一角度值時，在萬能試驗機上讀取的終止豎向距離刻度；④實際行程：為終止刻度減去初始刻度得出支輥的實際行程；⑤計算行程：為本軟件計算的行程，需要與實際行程進行對比。

通過4組實驗數據可以得出以下結論：

①45°時，1#試樣實際行程與計算行程一致，2#試樣、3#試樣、4#試樣實際行程比理論行程高10mm左右，結論是理論計算行程偏小；②90°時，四組試樣的實際行程都較理論行程小，最大差14mm，最小差5mm，結論是理論計算行程偏大。③180°彎曲試驗采用支輥式彎曲試驗方法時需要進行其它輔助工作，為此不適宜采用本軟件進行計算。

通過以上試驗對比，可以得出本程序的運行結果與實際觀察值最大差值為14mm，最小偏差值為0mm。經過分析可以得出其主要原因是角度的精確測量存在困難，這也是本程序編制的主要目的。

5 結論

①本程序的使用可以避免進行壓頭直徑和支輥半間距的選擇和計算，減少人工選擇計算時的錯誤產生；②本程序的應用范圍為90°時的鋼筋和鋼筋閃光對焊彎曲試驗；③在進行90°范圍的彎曲實驗時，為了增大安全系數可以在理論計算行程上超壓10mm進行結果判定。

參考文獻：

[1]中華人民共和國行業標準.金屬材料、彎曲試驗方法[M].北京：中國標準出版社，2011.

[2]劉炳文.Visual Basic程序設計教程（第4版） [M].北京：清華大學出版社，2009.

[3]韓國明，劉玉民，覃鈞.試驗模態分析與有限元耦合技術[J].機械強度，1990，02.endprint

Dim hfl As Integer '定義支輥一半間距

Dim arfa As Double

Dim gc As String

Private Sub Combo1_click（）

gc = Combo1.Text

Select Case gc

'***********************

'HPB

'***********************

Case "原材HPB？準6"

D = 6

hfl = （D + 6 * 3） / 2

……

Case Else

MsgBox "輸入錯誤"

End Select

P = hfl + 25

Text2.Text = D

Text6.Text = hfl

End Sub

3.2.2 壓頭位移計算 本部分代碼主要的功能是根據以上計算數據及選擇的彎曲角度計算壓頭的位移行程。

Private Sub Command1_Click（）

'******************************

Dim arfa1 As Double '轉化后的弧度值

Dim sarfa As Double '為sinα/2

Dim carfa As Double '為cosα/2

Dim f As Double

Dim w As Double '為中間計算參數

Dim c As Double '為中間計算參數

Dim B1 As Double '中間計算式

Dim B2 As Double '中間計算式

Dim C1 As Double '比較值

Dim C2 As Double '比較值

Dim D1 As Double '計算結果值

Dim D2 As Double '計算結果值

'******************************

arfa = Text4.Text

If arfa >= 175 Then

arfa = 175

End If

'******************************

D = Text2.Text '可以人工修改

hfl = Text6.Text '可以人工修改

P = hfl + 25

arfa1 = arfa / 180 * 3.1415926

sarfa = Sin（0.5 * arfa1）

carfa = Cos（0.5 * arfa1）

c = 25 + a + D / 2

For f = 0 To 1000 Step 0.001

w = （P ^ 2 + （f - c） ^ 2 - c ^ 2） ^ （0.5）

B1 = （P * c+ w * （f -c）） / （P ^ 2+（f-c） ^ 2）

C1 = B1 - sarfa

If Abs（C1） < 0.00001 Then

D1 = f

Exit For

End If

Next

'******************************

For f = 0 To 1000 Step 0.001

w = （P ^ 2 + （f - c） ^ 2 - c ^ 2） ^ （0.5）

B2 = （w * P - c * （f - c）） / （P ^ 2 + （f - c） ^ 2）

C2 = B2 - carfa

If Abs（C2） < 0.00001 Then

D2 = f

Exit For

End If

Next

'******************************

Text5.Text = CInt（D1）

End Sub

4 試驗結果

通過采用量角器和支輥位移行程的測量得出1#、2#、3#、4#四組試驗數據。其中：

①彎曲角度：為鋼筋原材或鋼筋閃光焊接彎曲的實際角度值，由量角器直接量取；②初始刻度：為萬能試驗機壓頭接觸鋼筋時的初始豎向距離刻度，在萬能試驗機上直接讀取；③終止刻度：為鋼筋彎曲至某一角度值時，在萬能試驗機上讀取的終止豎向距離刻度；④實際行程：為終止刻度減去初始刻度得出支輥的實際行程；⑤計算行程：為本軟件計算的行程，需要與實際行程進行對比。

通過4組實驗數據可以得出以下結論：

①45°時，1#試樣實際行程與計算行程一致，2#試樣、3#試樣、4#試樣實際行程比理論行程高10mm左右，結論是理論計算行程偏小；②90°時，四組試樣的實際行程都較理論行程小，最大差14mm，最小差5mm，結論是理論計算行程偏大。③180°彎曲試驗采用支輥式彎曲試驗方法時需要進行其它輔助工作，為此不適宜采用本軟件進行計算。

通過以上試驗對比，可以得出本程序的運行結果與實際觀察值最大差值為14mm，最小偏差值為0mm。經過分析可以得出其主要原因是角度的精確測量存在困難，這也是本程序編制的主要目的。

5 結論

①本程序的使用可以避免進行壓頭直徑和支輥半間距的選擇和計算，減少人工選擇計算時的錯誤產生；②本程序的應用范圍為90°時的鋼筋和鋼筋閃光對焊彎曲試驗；③在進行90°范圍的彎曲實驗時，為了增大安全系數可以在理論計算行程上超壓10mm進行結果判定。

參考文獻：

[1]中華人民共和國行業標準.金屬材料、彎曲試驗方法[M].北京：中國標準出版社，2011.

[2]劉炳文.Visual Basic程序設計教程（第4版） [M].北京：清華大學出版社，2009.

[3]韓國明，劉玉民，覃鈞.試驗模態分析與有限元耦合技術[J].機械強度，1990，02.endprint

Dim hfl As Integer '定義支輥一半間距

Dim arfa As Double

Dim gc As String

Private Sub Combo1_click（）

gc = Combo1.Text

Select Case gc

'***********************

'HPB

'***********************

Case "原材HPB？準6"

D = 6

hfl = （D + 6 * 3） / 2

……

Case Else

MsgBox "輸入錯誤"

End Select

P = hfl + 25

Text2.Text = D

Text6.Text = hfl

End Sub

3.2.2 壓頭位移計算 本部分代碼主要的功能是根據以上計算數據及選擇的彎曲角度計算壓頭的位移行程。

Private Sub Command1_Click（）

'******************************

Dim arfa1 As Double '轉化后的弧度值

Dim sarfa As Double '為sinα/2

Dim carfa As Double '為cosα/2

Dim f As Double

Dim w As Double '為中間計算參數

Dim c As Double '為中間計算參數

Dim B1 As Double '中間計算式

Dim B2 As Double '中間計算式

Dim C1 As Double '比較值

Dim C2 As Double '比較值

Dim D1 As Double '計算結果值

Dim D2 As Double '計算結果值

'******************************

arfa = Text4.Text

If arfa >= 175 Then

arfa = 175

End If

'******************************

D = Text2.Text '可以人工修改

hfl = Text6.Text '可以人工修改

P = hfl + 25

arfa1 = arfa / 180 * 3.1415926

sarfa = Sin（0.5 * arfa1）

carfa = Cos（0.5 * arfa1）

c = 25 + a + D / 2

For f = 0 To 1000 Step 0.001

w = （P ^ 2 + （f - c） ^ 2 - c ^ 2） ^ （0.5）

B1 = （P * c+ w * （f -c）） / （P ^ 2+（f-c） ^ 2）

C1 = B1 - sarfa

If Abs（C1） < 0.00001 Then

D1 = f

Exit For

End If

Next

'******************************

For f = 0 To 1000 Step 0.001

w = （P ^ 2 + （f - c） ^ 2 - c ^ 2） ^ （0.5）

B2 = （w * P - c * （f - c）） / （P ^ 2 + （f - c） ^ 2）

C2 = B2 - carfa

If Abs（C2） < 0.00001 Then

D2 = f

Exit For

End If

Next

'******************************

Text5.Text = CInt（D1）

End Sub

4 試驗結果

通過采用量角器和支輥位移行程的測量得出1#、2#、3#、4#四組試驗數據。其中：

①彎曲角度：為鋼筋原材或鋼筋閃光焊接彎曲的實際角度值，由量角器直接量取；②初始刻度：為萬能試驗機壓頭接觸鋼筋時的初始豎向距離刻度，在萬能試驗機上直接讀取；③終止刻度：為鋼筋彎曲至某一角度值時，在萬能試驗機上讀取的終止豎向距離刻度；④實際行程：為終止刻度減去初始刻度得出支輥的實際行程；⑤計算行程：為本軟件計算的行程，需要與實際行程進行對比。

通過4組實驗數據可以得出以下結論：

①45°時，1#試樣實際行程與計算行程一致，2#試樣、3#試樣、4#試樣實際行程比理論行程高10mm左右，結論是理論計算行程偏小；②90°時，四組試樣的實際行程都較理論行程小，最大差14mm，最小差5mm，結論是理論計算行程偏大。③180°彎曲試驗采用支輥式彎曲試驗方法時需要進行其它輔助工作，為此不適宜采用本軟件進行計算。

通過以上試驗對比，可以得出本程序的運行結果與實際觀察值最大差值為14mm，最小偏差值為0mm。經過分析可以得出其主要原因是角度的精確測量存在困難，這也是本程序編制的主要目的。

5 結論

①本程序的使用可以避免進行壓頭直徑和支輥半間距的選擇和計算，減少人工選擇計算時的錯誤產生；②本程序的應用范圍為90°時的鋼筋和鋼筋閃光對焊彎曲試驗；③在進行90°范圍的彎曲實驗時，為了增大安全系數可以在理論計算行程上超壓10mm進行結果判定。

參考文獻：

[1]中華人民共和國行業標準.金屬材料、彎曲試驗方法[M].北京：中國標準出版社，2011.

[2]劉炳文.Visual Basic程序設計教程（第4版） [M].北京：清華大學出版社，2009.

[3]韓國明，劉玉民，覃鈞.試驗模態分析與有限元耦合技術[J].機械強度，1990，02.endprint