[發明專利]一種沖擊拉伸下試件中空穴演化觀測試驗裝置與試驗方法

有效

• 申請號: 201310243162.3
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN103353425A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 王煥然;馬東方;陳大年
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01N3/30
• 分類號: G01N3/30
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程曉明;謝瀟

技術領域

本發明涉及沖擊拉伸下微空穴增長與聚集規律的可觀測試驗裝置及其試驗方法，也可應用于含孔洞板條結構件的沖擊拉伸強度與失效試驗。

背景技術

延性金屬材料的動態拉伸斷裂，從微、細觀機理上，已歸結為材料內部微空穴的動態成核、增長及聚集過程。其中空穴的動態聚集誘發突變，形成材料的動態斷裂。對于動態斷裂過程這一關鍵階段的關注，已成為動態斷裂研究的前沿。目前雖有若干關于空穴聚集的理論模型，但尚無實驗裝置及實驗方法進行直接檢驗與評估。其原因在于微空穴位于材料內部，難于觀測，況且在微空穴聚集階段，可能又有新的空穴隨機出現，這進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裝置與試驗方法。此外，在工業界或工程中，含孔洞的板條結構件很多，在可控可測沖擊拉伸載荷下的性態觀測往往涉及關鍵技術。但是，目前也無在沖擊拉伸下板條構件中孔洞演化的觀測試驗裝置和試驗方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對尚無在沖擊拉伸下觀測試件中空穴演化的試驗裝置與試驗方法的現狀，提供一種沖擊拉伸下試件中空穴演化觀測試驗裝置與試驗方法，采用該空穴演化觀測試驗裝置后，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律進行觀測和研究。

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

所述的霍普金森拉桿設備的主體部分包括輸入桿、輸出桿、氣體炮和吸收桿，應用時，由氣體炮發射撞擊管，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力脈沖在撞擊塊的自由端反射為拉伸應力脈沖并被定義為入射應力脈沖，入射應力脈沖在輸入桿中傳播，當入射應力脈沖到達輸入桿與板條試件的界面時，入射應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力脈沖，入射應力脈沖的剩余部分被反射回輸入桿并被定義為反射應力脈沖，三種應力脈沖被置于輸入桿與輸出桿上的應變片測量與記錄，并通過超動態應變儀及示波器顯示。

一種沖擊拉伸下試件中空穴演化觀測試驗方法：應用霍普金森拉桿設備，對預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，觀測空穴簇的演化過程，采用電測技術，確定空穴的聚集時刻。

上述試驗方法具體包括以下步驟：

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

2）在板條試件的兩個表面對稱布置微應變片，使多片第一微應變片布置在非空穴簇區，多片第二微應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備的輸入桿和輸出桿之間，并使板條試件的空穴簇區靠近輸出桿，非空穴簇區靠近輸入桿；

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

5）調節氣體炮發射撞擊管的速度，對板條試件施加可控可測的沖擊拉伸載荷，板條試件產生變形，高速攝影機記錄空穴簇在不同分幅時刻下變形的圖像，從而對空穴簇的演化過程進行觀測；超動態應變儀與示波器顯示空穴簇區和非空穴簇區的應變變化情況，從而對空穴的聚集時刻進行確定。

采用激光打孔或電火花打孔的方法在板條試件上預置空穴簇。

通過調節氣體炮驅動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度，結合霍普金森拉桿設備中的測試系統測錄的應力脈沖波形，通過以下公式可計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