[發明專利]雙軸霍普金森壓桿和拉桿實驗入射波等效加載的實現方法

有效

• 申請號: 201510047455.3
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104677760B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 曹增強;左楊杰;楊柳;臧傳奇;韓超眾;王杰
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01N3/38
• 分類號: G01N3/38
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種霍普金森壓桿和拉桿實驗方法，特別是涉及一種雙軸霍普金森壓桿和拉桿實驗入射波等效加載的實現方法。

背景技術

在高應變率環境下，霍普金森壓桿和拉桿實驗被廣泛應用于材料力學性能測試，其中霍普金森壓桿實驗用于測量材料壓縮性能，霍普金森拉桿實驗用于測量材料拉伸性能。

在實際中，由于霍普金森壓桿和拉桿實驗的加載方式不同，導致壓桿和拉桿實驗加載設備相互分離，不能用一套設備完成兩類實驗。

文獻“申請公布號是CN103926138A的中國發明專利”公開了一種基于電磁力的霍普金森拉壓桿應力波發生器及實驗方法，該方法實現了霍普金森壓桿和拉桿實驗加載設備的統一。通過調整拉伸頭和壓縮頭到放電線圈的距離，既可以實現霍普金森壓桿實驗，也可以實現霍普金森拉桿實驗。此外，該發明以電磁鉚槍技術為基礎，利用電容組對放電線圈放電，放電線圈中激發強脈沖電流，強脈沖電流在次級線圈中引起感應渦流，脈沖電流與感應渦流產生電磁斥力，電磁斥力經過應力波放大器放大后以應力波的形式通過入射桿直截加載到試樣表面，通過設置不同的放電電壓，可以有效的實現不同幅值入射波的精確加載，拓展了霍普金森壓桿和拉桿實驗中的應變率變化范圍。

在雙軸霍普金森壓桿和拉桿實驗中，要求加載入射波同時從兩個相互垂直的方向對試樣縱向和橫向進行等效加載，即縱向、橫向加載入射波前沿到達試樣接觸界面的時間間隔必須小于1μs，縱向、橫向加載應力入射波幅值相同，縱向、橫向加載入射波脈沖寬度相同。參照圖5、6。理論上分析，只需要將兩套相同的應力波發生器垂直布置，分別由試樣的縱向、橫向垂直加載入射波，即可實現雙向霍普金森壓桿和拉桿實驗加載設備統一，當兩套裝置的充電電壓相同時，縱向、橫向入射波等效加載。但實際中，由于此種實驗設備PLC控制系統存在反應時差，同時放電電容器組存在5％-20％的電容量誤差，放電可控硅觸發時會有20ms-30ms的放電延。另外，實驗裝置加工時必然會存在一定誤差等，導致兩套實驗設備產生的加載入射波幅值不等、脈沖寬度不同、加載異步等結果，最終難以實現雙軸霍普金森壓桿和拉桿實驗等效加載設備統一和入射波等效。

發明內容

為了克服現有方法難以實現雙軸霍普金森壓桿和拉桿實驗的入射波等效加載的不足，本發明提供一種雙軸霍普金森壓桿和拉桿實驗入射波等效加載的實現方法。該方法采用兩套相同雙線圈電磁力入射波發生器，每套入射波發生器的兩放電線圈同軸、反向安裝，分別控制霍普金森壓桿、拉桿實驗加載，實現等效加載設備的統一。分別在霍普金森壓桿和拉桿的實驗條件下，測量出兩套設備產生的入射波幅值大小關系，根據入射波幅值大小關系和次級線圈補償方法增加入射波幅值較小的次級線圈厚度，對加工誤差引起的縱向、橫向入射波中的較小幅值入射波進行幅值補償，保證了縱向、橫向入射波幅值相等?？v向、橫向入射波發生器布置在同一水平面上，縱向、橫向入射波加載方向相互垂直，在進行霍普金森壓桿實驗和拉桿實驗時，縱向、橫向放電線圈串聯到由同一組放電可控硅控制的同一組放電電容上，縱向、橫向放電線圈流過相同的強脈沖電流，產生脈沖寬度相同、同步觸發的縱向、橫向入射波。通過次級線圈厚度補償，以及縱向、橫向放電線圈串聯在由同一放電可控硅控制的同一組放電電容上，保證了雙軸霍普金森壓桿和拉桿實驗的入射波等效加載。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種雙軸霍普金森壓桿和拉桿實驗入射波等效加載的實現方法，其特點是采用以下步驟：

步驟一、縱向、橫向入射波發生器的布置。

縱向壓縮波次級線圈15通過螺栓連接到縱向壓縮波放大器17上，構成縱向壓縮波驅動頭；橫向壓縮波次級線圈16通過螺栓連接到橫向壓縮波放大器18上，構成橫向壓縮波驅動頭；縱向拉伸波次級線圈7通過螺栓連接到縱向拉伸波放大器5上，構成縱向拉伸波驅動頭；橫向拉伸波次級線圈8通過螺栓連接到橫向拉伸波放大器6上，構成橫向拉伸波驅動頭?？v向壓縮波放電線圈13和縱向拉伸波放電線圈9同軸并反向固定到縱向基座11上，橫向壓縮波放電線圈14和橫向拉伸波放電線圈10同軸并反向固定到橫向基座12上。縱向壓縮波驅動頭、縱向拉伸波驅動頭、縱向拉伸波放電線圈9、縱向基座11和縱向壓縮波放電線圈13構成縱向入射波發生器，橫向壓縮驅動頭、橫向拉伸波驅動頭、橫向拉伸波放電線圈10、橫向基座12和橫向壓縮波放電線圈14構成橫向入射波發生器，縱向、橫向入射波發生器垂直布置在同一平面內。