金属材料弯曲试验压头位移与角度关系的程序编制

陈彦恒+张超平+朱永超

摘要： 钢筋原材和钢筋闪光对焊在试验检测中需要进行抗弯试验，目前常用的角度量测方法为目测，为此不可避免产生一些误差。为此本文根据《金属材料弯曲试验法》GB/T232-2010相关规定编制了试验压头行程与角度关系的应用程序，提高了试验检测的严肃性和准确度。

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.

关键词： 弯曲试验；压头行程；钢筋原材；钢筋闪光对焊

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

中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）22-0025-03

0 引言

按照国标要求钢筋原材和钢筋闪光对焊在试验检测中需对钢筋原材进行180°抗弯试验，对钢筋闪光对焊焊缝进行90°抗弯试验，在检测中心现行的试验中都是由现场试验人员通过肉眼观察判断其弯曲角度，难免产生一些误差，误差虽然对试验结果的影响不大，但对试验检测结果的严肃性却大打了折扣。为此本文参考《金属材料弯曲试验法》GB/T232-2010相关规定，通过反复试验修改后编写了一个应用程序，根据原材或闪光对焊，选择需要弯曲的角度，即可得出弯曲压头需要移动的距离。这样在试验中只需在电脑上观察弯曲压头的移动距离（变形量）就可知道钢筋的弯曲角度，使钢筋弯曲试验既准确又方便，目前已在中铁七局工程质量试验检测中心得到了应用。

1 弯曲试验的试验装置及工作原理

弯曲试验是以圆形、方形、矩形或多边形横截面试样在弯曲装置上经受弯曲塑性变形，不改变加力方向，直至达到规定的弯曲角度。弯曲试验时，试样两臂的轴线保持在垂直于弯曲轴的平面内。如为弯曲180°角的弯曲试验，按照相关产品标准的要求，可以将试样弯曲至两臂直接接触或两臂相互平行且相距规定距离，可使用垫块控制规定距离。

试验设备：

①一般要求：弯曲试验常采用的试验方法之一是在配有两个支辊和一个弯曲压头的支辊式弯曲装置（图1、2）的试验机或压力机上完成。

②支辊式弯曲装置：1）支辊长度和弯曲压头的宽度应大于试样宽度或直径（见图1、2）。弯曲压头的直径由产品标准规定，支辊和弯曲压头应具有足够的硬度。2）除非另有规定，支棍间距离应按照式（1）确定：

l=（D+3a）±■ （1）

此距离在试验期间应保持不变。

注：此距离在试验前期保持不变，对于180°弯曲试样此距离会发生变化。

2 通过测量弯曲压头位移测定弯曲角度的方法原理

金属材料弯曲试验方法（GB/T 232-2010）规定了试样在压力作用下弯曲角度α的测定方法。由于直接测量弯曲角度α比较困难，因此，推荐使用通过测量弯曲压头位移f计算弯曲角度α的方法。试样在力的作用下弯曲角度α的方法。试样在力的作用下弯曲角度α由弯曲压头的位移来确定，其参考值见图3。

计算公式如下：

sin■=■ （2）

cos■=■ （3）

W=■ （4）

c=25+a+■ （5）

a——试样厚度或直径（或多边形横截面内切圆直径），mm；

b——试样宽度，（mm）；

L——试样长度，（mm）；

l——支辊间距离，（mm）；

D——弯曲压头直径，（mm）；

α——弯曲角度，（°）；

r——试样弯曲后的弯曲半径；

f——弯曲压头的移动距离；

c——试验前支辊中心轴所在水平面与弯曲压头中心轴所在水平面之间的间距；

p——试验后支辊中心轴所在垂直面与弯曲压头中心轴所在垂直面之间的间距。

3 程序编制

通过参照弯曲压头位移测定弯曲角度的方法原理，采用VB语言在VB6.0的编译环境下编制了本文的应用程序。

3.1 程序运行 根据试验的材料选定钢筋直径，便可计算支辊式弯曲试验的压头直径和支辊半间距；然后输入弯曲所需角度，点击计算便可得出压头位移。程序运行界面见图4。

3.2 程序代码

3.2.1 压头直径和支辊半间距的计算 本部分主要进行数据的定义。根据钢筋原材、钢筋闪光对焊钢筋直径的不同选择，计算压头直径和支辊半间距。

Option Explicit

Dim a As Integer

Dim D As Integer

Dim P As Integerendprint

Dim hfl As Integer '定义支辊一半间距

Dim arfa As Double

Dim gc As String

Private Sub Combo1_click（）

gc = Combo1.Text

Select Case gc

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

'HPB

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

Case "原材HPB？准6"

D = 6

hfl = （D + 6 * 3） / 2

……

Case Else

MsgBox "输入错误"

End Select

P = hfl + 25

Text2.Text = D

Text6.Text = hfl

End Sub

3.2.2 压头位移计算 本部分代码主要的功能是根据以上计算数据及选择的弯曲角度计算压头的位移行程。

Private Sub Command1_Click（）

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

Dim arfa1 As Double '转化后的弧度值

Dim sarfa As Double '为sinα/2

Dim carfa As Double '为cosα/2

Dim f As Double

Dim w As Double '为中间计算参数

Dim c As Double '为中间计算参数

Dim B1 As Double '中间计算式

Dim B2 As Double '中间计算式

Dim C1 As Double '比较值

Dim C2 As Double '比较值

Dim D1 As Double '计算结果值

Dim D2 As Double '计算结果值

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

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 试验结果

通过采用量角器和支辊位移行程的测量得出1#、2#、3#、4#四组试验数据。其中：

①弯曲角度：为钢筋原材或钢筋闪光焊接弯曲的实际角度值，由量角器直接量取；②初始刻度：为万能试验机压头接触钢筋时的初始竖向距离刻度，在万能试验机上直接读取；③终止刻度：为钢筋弯曲至某一角度值时，在万能试验机上读取的终止竖向距离刻度；④实际行程：为终止刻度减去初始刻度得出支辊的实际行程；⑤计算行程：为本软件计算的行程，需要与实际行程进行对比。

通过4组实验数据可以得出以下结论：

①45°时，1#试样实际行程与计算行程一致，2#试样、3#试样、4#试样实际行程比理论行程高10mm左右，结论是理论计算行程偏小；②90°时，四组试样的实际行程都较理论行程小，最大差14mm，最小差5mm，结论是理论计算行程偏大。③180°弯曲试验采用支辊式弯曲试验方法时需要进行其它辅助工作，为此不适宜采用本软件进行计算。

通过以上试验对比，可以得出本程序的运行结果与实际观察值最大差值为14mm，最小偏差值为0mm。经过分析可以得出其主要原因是角度的精确测量存在困难，这也是本程序编制的主要目的。

5 结论

①本程序的使用可以避免进行压头直径和支辊半间距的选择和计算，减少人工选择计算时的错误产生；②本程序的应用范围为90°时的钢筋和钢筋闪光对焊弯曲试验；③在进行90°范围的弯曲实验时，为了增大安全系数可以在理论计算行程上超压10mm进行结果判定。

参考文献：

[1]中华人民共和国行业标准.金属材料、弯曲试验方法[M].北京：中国标准出版社，2011.

[2]刘炳文.Visual Basic程序设计教程（第4版） [M].北京：清华大学出版社，2009.

[3]韩国明，刘玉民，覃钧.试验模态分析与有限元耦合技术[J].机械强度，1990，02.endprint

Dim hfl As Integer '定义支辊一半间距

Dim arfa As Double

Dim gc As String

Private Sub Combo1_click（）

gc = Combo1.Text

Select Case gc

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

'HPB

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

Case "原材HPB？准6"

D = 6

hfl = （D + 6 * 3） / 2

……

Case Else

MsgBox "输入错误"

End Select

P = hfl + 25

Text2.Text = D

Text6.Text = hfl

End Sub

3.2.2 压头位移计算 本部分代码主要的功能是根据以上计算数据及选择的弯曲角度计算压头的位移行程。

Private Sub Command1_Click（）

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

Dim arfa1 As Double '转化后的弧度值

Dim sarfa As Double '为sinα/2

Dim carfa As Double '为cosα/2

Dim f As Double

Dim w As Double '为中间计算参数

Dim c As Double '为中间计算参数

Dim B1 As Double '中间计算式

Dim B2 As Double '中间计算式

Dim C1 As Double '比较值

Dim C2 As Double '比较值

Dim D1 As Double '计算结果值

Dim D2 As Double '计算结果值

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

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 试验结果

通过采用量角器和支辊位移行程的测量得出1#、2#、3#、4#四组试验数据。其中：

①弯曲角度：为钢筋原材或钢筋闪光焊接弯曲的实际角度值，由量角器直接量取；②初始刻度：为万能试验机压头接触钢筋时的初始竖向距离刻度，在万能试验机上直接读取；③终止刻度：为钢筋弯曲至某一角度值时，在万能试验机上读取的终止竖向距离刻度；④实际行程：为终止刻度减去初始刻度得出支辊的实际行程；⑤计算行程：为本软件计算的行程，需要与实际行程进行对比。

通过4组实验数据可以得出以下结论：

①45°时，1#试样实际行程与计算行程一致，2#试样、3#试样、4#试样实际行程比理论行程高10mm左右，结论是理论计算行程偏小；②90°时，四组试样的实际行程都较理论行程小，最大差14mm，最小差5mm，结论是理论计算行程偏大。③180°弯曲试验采用支辊式弯曲试验方法时需要进行其它辅助工作，为此不适宜采用本软件进行计算。

通过以上试验对比，可以得出本程序的运行结果与实际观察值最大差值为14mm，最小偏差值为0mm。经过分析可以得出其主要原因是角度的精确测量存在困难，这也是本程序编制的主要目的。

5 结论

①本程序的使用可以避免进行压头直径和支辊半间距的选择和计算，减少人工选择计算时的错误产生；②本程序的应用范围为90°时的钢筋和钢筋闪光对焊弯曲试验；③在进行90°范围的弯曲实验时，为了增大安全系数可以在理论计算行程上超压10mm进行结果判定。

参考文献：

[1]中华人民共和国行业标准.金属材料、弯曲试验方法[M].北京：中国标准出版社，2011.

[2]刘炳文.Visual Basic程序设计教程（第4版） [M].北京：清华大学出版社，2009.

[3]韩国明，刘玉民，覃钧.试验模态分析与有限元耦合技术[J].机械强度，1990，02.endprint

Dim hfl As Integer '定义支辊一半间距

Dim arfa As Double

Dim gc As String

Private Sub Combo1_click（）

gc = Combo1.Text

Select Case gc

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

'HPB

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

Case "原材HPB？准6"

D = 6

hfl = （D + 6 * 3） / 2

……

Case Else

MsgBox "输入错误"

End Select

P = hfl + 25

Text2.Text = D

Text6.Text = hfl

End Sub

3.2.2 压头位移计算 本部分代码主要的功能是根据以上计算数据及选择的弯曲角度计算压头的位移行程。

Private Sub Command1_Click（）

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

Dim arfa1 As Double '转化后的弧度值

Dim sarfa As Double '为sinα/2

Dim carfa As Double '为cosα/2

Dim f As Double

Dim w As Double '为中间计算参数

Dim c As Double '为中间计算参数

Dim B1 As Double '中间计算式

Dim B2 As Double '中间计算式

Dim C1 As Double '比较值

Dim C2 As Double '比较值

Dim D1 As Double '计算结果值

Dim D2 As Double '计算结果值

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

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 试验结果

通过采用量角器和支辊位移行程的测量得出1#、2#、3#、4#四组试验数据。其中：

①弯曲角度：为钢筋原材或钢筋闪光焊接弯曲的实际角度值，由量角器直接量取；②初始刻度：为万能试验机压头接触钢筋时的初始竖向距离刻度，在万能试验机上直接读取；③终止刻度：为钢筋弯曲至某一角度值时，在万能试验机上读取的终止竖向距离刻度；④实际行程：为终止刻度减去初始刻度得出支辊的实际行程；⑤计算行程：为本软件计算的行程，需要与实际行程进行对比。

通过4组实验数据可以得出以下结论：

①45°时，1#试样实际行程与计算行程一致，2#试样、3#试样、4#试样实际行程比理论行程高10mm左右，结论是理论计算行程偏小；②90°时，四组试样的实际行程都较理论行程小，最大差14mm，最小差5mm，结论是理论计算行程偏大。③180°弯曲试验采用支辊式弯曲试验方法时需要进行其它辅助工作，为此不适宜采用本软件进行计算。

通过以上试验对比，可以得出本程序的运行结果与实际观察值最大差值为14mm，最小偏差值为0mm。经过分析可以得出其主要原因是角度的精确测量存在困难，这也是本程序编制的主要目的。

5 结论

①本程序的使用可以避免进行压头直径和支辊半间距的选择和计算，减少人工选择计算时的错误产生；②本程序的应用范围为90°时的钢筋和钢筋闪光对焊弯曲试验；③在进行90°范围的弯曲实验时，为了增大安全系数可以在理论计算行程上超压10mm进行结果判定。

参考文献：

[1]中华人民共和国行业标准.金属材料、弯曲试验方法[M].北京：中国标准出版社，2011.

[2]刘炳文.Visual Basic程序设计教程（第4版） [M].北京：清华大学出版社，2009.

[3]韩国明，刘玉民，覃钧.试验模态分析与有限元耦合技术[J].机械强度，1990，02.endprint