6063T6鋁合金型材整截面彎曲試驗(yàn)研究

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在全球環(huán)境危機(jī)日益嚴(yán)峻的今天，主要的汽車消費(fèi)國(guó)相繼出臺(tái)更為嚴(yán)苛的汽車排放法規(guī)，節(jié)能減排是當(dāng)今汽車工業(yè)必須面對(duì)的問題[1]。目前，汽車輕量化是實(shí)現(xiàn)汽車節(jié)能減排的重要措施之一。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，汽車所用燃料的60%消耗于汽車自重，汽車質(zhì)量每減輕10%就可以降低油耗6%～8%[2]。鋁合金型材具有密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)以及結(jié)構(gòu)多樣等特點(diǎn)，被越來越多地運(yùn)用到汽車零部件的開發(fā)過程中（如汽車保險(xiǎn)杠、副車架等）。目前，國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)多集中于對(duì)鋁合金型材汽車零部件的研究，多集中在產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)、性能模擬分析的分析介紹［3-6］。而隨著鋁合金型材在新能源汽車上的應(yīng)用，汽車鋁合金型材型材的性能試驗(yàn)評(píng)價(jià)研究越來越受到關(guān)注。

本文以6063T6鋁合金型材為研究對(duì)象，提出了利用最大載荷、彎曲剛度和吸能量評(píng)價(jià)鋁合金型材整截面彎曲性能，并探討了鋁合金型材整截面彎曲性能試驗(yàn)參數(shù)對(duì)6063T6鋁合金型材彎曲性能的影響規(guī)律。

試樣介紹

試樣為6063T6鋁合金型材（見圖1），試樣長(zhǎng)度1200mm，試樣截面呈“口”字形，具體尺寸如圖2所示。

圖2 試樣截面尺寸

試驗(yàn)介紹

如圖3所示是整截面彎曲試驗(yàn)原理。試驗(yàn)在輕量化材料應(yīng)用測(cè)試系統(tǒng)AMM-200-1上完成，試驗(yàn)設(shè)備及工裝如圖4所示。試驗(yàn)按照表1的參數(shù)進(jìn)行，試驗(yàn)過程中支輥間中心距離應(yīng)保持不變，不得出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。實(shí)時(shí)記錄“力—下壓量”數(shù)據(jù)，壓縮至規(guī)定的下壓量之后停止試驗(yàn)。

圖3 整截面彎曲試驗(yàn)原理

圖4 試驗(yàn)設(shè)備及工裝

表1 彎曲試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)結(jié)果

如圖5所示，是試驗(yàn)記錄的“力—位移”曲線示意，從圖中可以獲得最大載荷、剛強(qiáng)度以及吸能量數(shù)據(jù)。

圖5 力-位移曲線示意

最大載荷是指鋁合金型材在整截面彎曲試驗(yàn)過程中所受的最大力。

剛強(qiáng)度K是指鋁合金型材在整截面彎曲試驗(yàn)過程中的彈性變形階段的壓力增量ΔF與其對(duì)應(yīng)的位移量ΔH的比值，計(jì)算公式見式（1）。

式中K——彎曲剛度；

ΔF——壓力增量；

ΔH——彈性變形量。

吸能量E是指從鋁合金型材在整截面彎曲試驗(yàn)開始到規(guī)定壓縮量過程形成的“力—位移”曲線與橫坐標(biāo)軸所圍成的面積，計(jì)算公式見式（2）。

式中E——吸能量；

F（H）——壓力；

H——位移。

如圖6所示，是試驗(yàn)獲得的不同試樣的“力—位移”曲線。根據(jù)圖6，可以獲得各試樣所承受的最大載荷，各試樣所承受的最大載荷見表2。在圖6中的“力—位移”曲線上，讀取彈性變形階段的位移量ΔH及其相應(yīng)的壓力增量ΔF，按式（1）計(jì)算彎曲剛度K，計(jì)算結(jié)果見表2。

對(duì)圖6中的“力-位移“曲線，根據(jù)式（2）計(jì)算彎曲變形位移至規(guī)定的H0時(shí)的吸能量E，分別對(duì)1#、2#試樣壓縮量為50mm時(shí)的吸能量，以及3#、4#試樣壓縮量為100mm時(shí)的吸能量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。

從表2的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著支輥中心距離的增大，試樣承受的最大載荷、彎曲剛度均變小，并且相同下壓量下，試樣的吸能量隨著支輥中心距離的增大而減小；在相同支輥間距下，隨著下壓量的增大，試樣所承受的最大載荷和彎曲剛度變化不大，這是由于最大載荷和彎曲剛度取決于鋁合金材料本身的力學(xué)性能和型材的結(jié)構(gòu)。隨著下壓量的增大，吸能量隨著下壓量的增大而增大，但是由于試驗(yàn)所用型材的結(jié)構(gòu)為相對(duì)簡(jiǎn)單的“口”字形，該結(jié)構(gòu)的吸能量較小，吸能效果不高。

圖7所示為試驗(yàn)后各試樣的照片，試驗(yàn)后各試樣的內(nèi)彎曲面出現(xiàn)明顯的凹陷，外彎曲面無可見裂紋產(chǎn)生。

圖6 試樣的力—位移曲線

表2 彎曲試驗(yàn)結(jié)果

圖7 試驗(yàn)后的試樣照片

結(jié)語(yǔ)

（1）對(duì)于鋁合金型材整截面彎曲試驗(yàn)，支輥中心距離對(duì)鋁合金型材承受的最大載荷和彎曲剛度影響較大，而對(duì)吸能量影響較小，下壓量對(duì)吸能量的影響相對(duì)較大。

（2）通過最大載荷、剛強(qiáng)度和吸能量評(píng)價(jià)鋁合金型材的全截面彎曲性能具有可行性。