[發明專利]一種霍普金森拉桿實驗裝置及測試方法

無效

• 申請號: 201410128230.6
• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN103868802A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 孫光永;李光耀;崔俊佳;耿輝輝;唐春紅
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理事務所(普通合伙) 11457
• 代理人: 王慶海

1.一種高溫下霍普金森拉桿實驗裝置，該裝置包括電磁激發器（4）、入射桿（5）、水冷管道（8）、入射桿端夾頭（28）、試件（22）、溫控儀（11）、透射桿端夾頭（20）、套筒（21）、透射桿（17）、密封艙（27）、高速攝像機（24）、示波器（29），其特征在于：

電磁發射器（4）的線圈（37）固定在線圈擋板（36）的凹槽中，線圈擋板（36）固定在支座（6）上；銅板（3）通過螺栓與入射桿法蘭端（2）連接；水冷管道（8）粘附于入射桿（5）的右端；入射桿端夾頭（28）左右兩端分別與入射桿（5）和試件（22）連接；試件（22）右端開有一銷孔，套筒（21）套入試件后，用銷軸（41）固定；

密封艙（27）左端繞過入射桿端夾頭（28），右端接觸透射桿（17），通過支座固定形成密封空間；密封艙（27）頂端開有四孔，從左到右依次為氦氣進氣孔、加熱夾頭II導線入口、熱電偶（12）入口、加熱夾頭I導線入口，底端右側開有出氣孔，左端開辟透明玻璃窗口，布置在窗口外的高速攝像機（24）采集實驗過程中試件表面的圖像。

2.根據權利要求1所述的霍普金森拉桿實驗裝置，其特征在于：透射桿端夾頭（20）左端內壁與套筒（21）外壁在之間留有間隙，透射桿端夾頭（20）右端通過均布于斷面的6個螺栓與透射桿（17）的法蘭端剛性連接。

3.根據權利要求1所述的霍普金森拉桿實驗裝置，其特征在于：

當試件裝夾好后，密封艙充入氦氣，打開加熱開關（10），同時打開水冷裝置，通過水泵，讓冷水從入水口A進入，從排出口B排出。

4.根據權利要求1所述的霍普金森拉桿實驗裝置，其特征在于：

實驗時，線圈（37）內的電流和銅板內的感應電流會各自產生感應磁場和次級感應磁場，并在入射桿（5）上形成拉伸波，拉伸波沿著入射桿（5）傳播，當波傳至入射桿（5）與試件（22）接觸的界面時，由于試件和透射桿（17）的慣性效應，整個試件將被拉伸。

5.一種利用權利要求1所述的高溫下霍普金森拉桿實驗裝置進行測試的方法，其特征在于：

步驟1、制造實驗試件，其中，試件的左右兩端分別攻螺紋和鏜孔，試件表面噴白漆后印制0.1mm×0.1mm的黑色網格；

步驟2、在密封腔（27）中注滿氦氣；

步驟3、接通外部電源完成給電磁激發器（4）的電容（34）充電；

步驟4、接通加熱爐開關（10），開始給試件（22）加熱，同時由溫控儀（11）調節功率的大小，使試件溫度達到實驗要求；

步驟5、開啟高速攝像機（24），然后打開電磁激發器開關（33），完成電容（34）的放電過程和試件的拉伸過程，觀察并記錄實驗數據；

步驟6、對實驗數據進行處理分析，具體分析方法如下：

1）拉伸過程應變ε(t)：利用高速攝像機（24）采集實驗過程中試件表面的圖像特征，把數字圖像導入到計算機中，對得到的網格圖像進行降噪、二值化和骨架化，識別、提取網格線的特征點，把特征點的投影平面內坐標值轉化為空間坐標值，計算變形前后網格的變化，得到試件的變形場和變形程度;高速攝像機（24）每張照片曝光的時間為Δt,根據高速攝像機的記錄，結合網格應變分析，對應開始變形后的第n張照片，即可得到變形時刻為t=n×Δt時的應變ε_n·Δt；

2）計算拉伸過程應力σ(t)：其中試件的動態應力σ(t)為：

σ(t)=EAASϵT(X2,t)=EAAS[ϵI(X1,t)+ϵR(X1,t)]]]>

其中，EA為桿的剛度，A_S為試件的截面積，ε_T(X₂,t)為t時刻應變片II測得的透射波應變，ε_I(X₁,t)為t時刻應變片I測得的入射波應變，ε_R(X₁,t)為t時刻應變片I測得的反射波應變。