[發(fā)明專利]一種沖擊拉伸下試件中空穴演化觀測試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310243162.3
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN103353425A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王煥然;馬東方;陳大年
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/30
• 分類號(hào): G01N3/30
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程曉明;謝瀟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及沖擊拉伸下微空穴增長與聚集規(guī)律的可觀測試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法，也可應(yīng)用于含孔洞板條結(jié)構(gòu)件的沖擊拉伸強(qiáng)度與失效試驗(yàn)。

背景技術(shù)

延性金屬材料的動(dòng)態(tài)拉伸斷裂，從微、細(xì)觀機(jī)理上，已歸結(jié)為材料內(nèi)部微空穴的動(dòng)態(tài)成核、增長及聚集過程。其中空穴的動(dòng)態(tài)聚集誘發(fā)突變，形成材料的動(dòng)態(tài)斷裂。對于動(dòng)態(tài)斷裂過程這一關(guān)鍵階段的關(guān)注，已成為動(dòng)態(tài)斷裂研究的前沿。目前雖有若干關(guān)于空穴聚集的理論模型，但尚無實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行直接檢驗(yàn)與評估。其原因在于微空穴位于材料內(nèi)部，難于觀測，況且在微空穴聚集階段，可能又有新的空穴隨機(jī)出現(xiàn)，這進(jìn)一步增加了研究和觀測難度。目前，尚無在沖擊拉伸下試件中空穴演化的觀測試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法。此外，在工業(yè)界或工程中，含孔洞的板條結(jié)構(gòu)件很多，在可控可測沖擊拉伸載荷下的性態(tài)觀測往往涉及關(guān)鍵技術(shù)。但是，目前也無在沖擊拉伸下板條構(gòu)件中孔洞演化的觀測試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對尚無在沖擊拉伸下觀測試件中空穴演化的試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法的現(xiàn)狀，提供一種沖擊拉伸下試件中空穴演化觀測試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方法，采用該空穴演化觀測試驗(yàn)裝置后，研究人員可方便地對可控可測的沖擊拉伸載荷作用下試件中空穴的演化規(guī)律進(jìn)行觀測和研究。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種沖擊拉伸下試件中空穴演化觀測試驗(yàn)裝置，包括對稱布置在板條試件的兩個(gè)表面的微應(yīng)變片，所述的微應(yīng)變片包括多片第一微應(yīng)變片和多片第二微應(yīng)變片，所述的板條試件包括非空穴簇區(qū)和預(yù)置有多個(gè)空穴的空穴簇區(qū)，所述的板條試件固定安裝于霍普金森拉桿設(shè)備的輸入桿和輸出桿之間，所述的非空穴簇區(qū)靠近所述的輸入桿，所述的空穴簇區(qū)靠近所述的輸出桿，多片所述的第一微應(yīng)變片布置在所述的非空穴簇區(qū)，多片所述的第二微應(yīng)變片布置在所述的空穴之間，一片所述的第一微應(yīng)變片通過超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀與高速攝影機(jī)連接，余下的所述的第一微應(yīng)變片和全部的所述的第二微應(yīng)變片分別通過所述的超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀與示波器連接。

所述的霍普金森拉桿設(shè)備的主體部分包括輸入桿、輸出桿、氣體炮和吸收桿，應(yīng)用時(shí)，由氣體炮發(fā)射撞擊管，撞擊管撞擊與輸入桿一端連接的撞擊塊，在撞擊塊中引起的壓縮應(yīng)力脈沖在撞擊塊的自由端反射為拉伸應(yīng)力脈沖并被定義為入射應(yīng)力脈沖，入射應(yīng)力脈沖在輸入桿中傳播，當(dāng)入射應(yīng)力脈沖到達(dá)輸入桿與板條試件的界面時(shí)，入射應(yīng)力脈沖的一部分通過板條試件傳入輸出桿并被定義為透射應(yīng)力脈沖，入射應(yīng)力脈沖的剩余部分被反射回輸入桿并被定義為反射應(yīng)力脈沖，三種應(yīng)力脈沖被置于輸入桿與輸出桿上的應(yīng)變片測量與記錄，并通過超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀及示波器顯示。

一種沖擊拉伸下試件中空穴演化觀測試驗(yàn)方法：應(yīng)用霍普金森拉桿設(shè)備，對預(yù)置有空穴簇的板條試件施加可控可測的沖擊拉伸載荷，采用高速攝影技術(shù)，觀測空穴簇的演化過程，采用電測技術(shù)，確定空穴的聚集時(shí)刻。

上述試驗(yàn)方法具體包括以下步驟：

1）在板條試件的一端預(yù)置空穴簇形成空穴簇區(qū)，板條試件的另一端即為非空穴簇區(qū)，將板條試件的兩個(gè)表面打磨光亮；

2）在板條試件的兩個(gè)表面對稱布置微應(yīng)變片，使多片第一微應(yīng)變片布置在非空穴簇區(qū)，多片第二微應(yīng)變片布置在空穴之間；

3）將上述板條試件固定安裝于霍普金森拉桿設(shè)備的輸入桿和輸出桿之間，并使板條試件的空穴簇區(qū)靠近輸出桿，非空穴簇區(qū)靠近輸入桿；

4）將一片第一微應(yīng)變片與超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀連接，再將該超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀與高速攝影機(jī)連接；將余下的第一微應(yīng)變片和全部的第二微應(yīng)變片分別與上述超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀連接，再將該超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀與示波器連接；

5）調(diào)節(jié)氣體炮發(fā)射撞擊管的速度，對板條試件施加可控可測的沖擊拉伸載荷，板條試件產(chǎn)生變形，高速攝影機(jī)記錄空穴簇在不同分幅時(shí)刻下變形的圖像，從而對空穴簇的演化過程進(jìn)行觀測；超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀與示波器顯示空穴簇區(qū)和非空穴簇區(qū)的應(yīng)變變化情況，從而對空穴的聚集時(shí)刻進(jìn)行確定。

采用激光打孔或電火花打孔的方法在板條試件上預(yù)置空穴簇。

通過調(diào)節(jié)氣體炮驅(qū)動(dòng)撞擊管撞擊撞擊塊的速度，控制可控可測的沖擊拉伸載荷的強(qiáng)度，結(jié)合霍普金森拉桿設(shè)備中的測試系統(tǒng)測錄的應(yīng)力脈沖波形，通過以下公式可計(jì)算出施加在板條試件上的可控可測的沖擊拉伸載荷的大小：

F=EAε_T