[發(fā)明專利]電磁力霍普金森壓桿和拉桿實(shí)驗(yàn)加載裝置的入射波控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510049642.5
• 申請(qǐng)日: 2015-01-30
• 公開（公告）號(hào): CN104678852B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹增強(qiáng);左楊杰;楊柳;臧傳奇;韓超眾;王杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/042
• 分類號(hào): G05B19/042;G01N3/317
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種電磁力霍普金森壓桿和拉桿實(shí)驗(yàn)加載裝置的入射波控制方法，包括：

步驟一、電磁力應(yīng)力波加載放電回路RLC震蕩回路有三種工作狀態(tài)：欠阻尼狀態(tài)、臨界阻尼狀態(tài)和過阻尼狀態(tài)；相同放電條件下，欠阻尼狀態(tài)放電電流脈沖幅值最大、上升沿最陡、脈沖寬度最窄，有利于提高電磁力入射波幅值、上升沿斜率，降低入射波控制難度；欠阻尼狀態(tài)下，RLC震蕩回路需滿足條件：

$R\<2\sqrt{L/C}---\left(1\right)$

式中，R-放電電阻，L-放電電感，C-放電電容；其特征在于還包括以下步驟：

步驟二、電磁力應(yīng)力波發(fā)生器采用帶中心孔的餅狀線圈，次級(jí)線圈厚度10mm；放電電容(11)對(duì)放電線圈(6)放電，放電線圈(6)在軸向上產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，由于放電線圈(6)為帶中心孔的餅狀線圈，磁場(chǎng)在距離線圈表面10mm高度的區(qū)域內(nèi)視為均勻磁場(chǎng)，次級(jí)線圈(7)假設(shè)為多個(gè)厚度很薄的餅狀銅片的疊加；由于磁場(chǎng)分布均勻，薄銅板橫截面積相同，當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí)每一個(gè)薄銅板上產(chǎn)生的電磁力應(yīng)力波相同，電磁力產(chǎn)生的應(yīng)力波等于每一個(gè)薄銅板上產(chǎn)生的應(yīng)力波的線性疊加，因此在距離放電線圈表面10mm高度的范圍內(nèi)磁場(chǎng)力應(yīng)力波的幅值與次級(jí)線圈厚度成正比；在相同條件下，10mm厚度次級(jí)線圈剛好實(shí)現(xiàn)電磁力應(yīng)力波幅值最大化；

步驟三、在電磁力應(yīng)力波發(fā)生器欠阻尼工作狀態(tài)下，放電電容(11)對(duì)放電線圈(6)放電，放電線圈(6)產(chǎn)生強(qiáng)脈沖電流并激發(fā)變化的強(qiáng)磁場(chǎng)，次級(jí)線圈(7)感生出渦流，感生渦流磁場(chǎng)與放電電流磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁斥力；電磁斥力在應(yīng)力波放大器(8)的作用下轉(zhuǎn)化為加載入射波，其計(jì)算公式是：

$\mathrm{\σ}=\frac{{\mathrm{KU}}^2}{A}{e}^{-\frac{R}{L}t}{\sin }^2\left(\mathrm{\ω}t\right)---\left(2\right)$

式中，σ-入射波，K-設(shè)備常數(shù)，U-放電電壓，A-次級(jí)線圈面積，R-放電電阻，L-放電電感，ω-放電電流振蕩圓頻率，t-放電時(shí)間；對(duì)于固定的電磁力應(yīng)力波發(fā)生器，設(shè)備常數(shù)K、放電電感L為固定值；

步驟四、電磁力應(yīng)力波發(fā)生器以RLC放電回路為基礎(chǔ)，入射波加載在放電電流第一個(gè)半周期內(nèi)完成，欠阻尼狀態(tài)下根據(jù)RLC放電電流周期得入射波脈沖寬度計(jì)算公式：

$T=\frac{\mathrm{\π}}{\sqrt{\frac{1}{LC}-\frac{R^2}{4L^2}}}---\left(3\right)$

式中，T-入射波脈沖寬度；對(duì)于一套特定的電磁力應(yīng)力波發(fā)生器，放電電感和放電電阻固定不變；

步驟五、在霍普金森壓桿和拉桿實(shí)驗(yàn)中，材料測(cè)試環(huán)境要求加載不同的入射波；為了輸出滿足實(shí)驗(yàn)特定要求的入射波；

步驟1，對(duì)于特定的電磁力應(yīng)力波發(fā)生器放電電感為固定值，對(duì)其放電電感L進(jìn)行測(cè)量；為了保證在不同電容量的放電電容下，電磁力應(yīng)力波發(fā)生器均處于欠阻尼工作狀態(tài)，選取實(shí)驗(yàn)中最大放電電容量，結(jié)合放電電感L，利用公式(1)計(jì)算出放電電阻(9)的最大值；

步驟2，將變壓器(1)接入380V交流電電源中，充電可控硅(2)與變壓器(1)的輸出端接通；充電可控硅(2)、限流電阻(3)、濾波電感(4)、放電電容(11)和整流二極管(12)串聯(lián)為一個(gè)整體回路，電壓表V并入電路中測(cè)量充電電壓；放電線圈(6)采用帶中心通孔的餅狀線圈，放電線圈(6)和放電電阻(9)串聯(lián)后并聯(lián)在放電電容(11)上，同時(shí)通過放電可控硅(5)控制放電；為了防止放電電容(11)在放電過程中反向充電，續(xù)流二極管(10)并聯(lián)在放電電容(11)上，提供續(xù)流功能；次級(jí)線圈(7)通過螺栓連接固定到應(yīng)力波放大器(8)上，次級(jí)線圈(7)與放電線圈(6)貼合；

步驟3，觸發(fā)充電可控硅(2)，380V交流電通過變壓器(1)升壓，充電可控硅(2)和整流二極管(12)構(gòu)成晶閘管整流模塊對(duì)升壓后的交流電整流，整流電流流入放電電容(11)實(shí)現(xiàn)充電；在充電過程中限流電阻(3)和濾波電感(4)對(duì)放電電容(11)提供充電保護(hù)；觸發(fā)放電可控硅(5)，放電電容(11)對(duì)放電線圈(6)放電，次級(jí)線圈(7)產(chǎn)生電磁力，電磁力在應(yīng)力波放大器(8)的作用下轉(zhuǎn)化為應(yīng)力波；對(duì)不同電壓下電磁力應(yīng)力波幅值和脈沖寬度進(jìn)行測(cè)量，利用公式(2)計(jì)算出設(shè)備常數(shù)K；

步驟4，電磁力應(yīng)力波加載設(shè)備放電電阻已知，放電電感L已知，將實(shí)驗(yàn)所需入射波脈沖寬度代入公式(3)計(jì)算出放電電容量；將電容量與計(jì)算值相同的放電電容接入放電電路，保證入射波脈沖寬度要求；

步驟5，如步驟3所述，此時(shí)設(shè)備常數(shù)K、放電電感L已知，將實(shí)驗(yàn)所需入射波幅值代入公式(2)，計(jì)算出放電電壓；利用電磁鉚接控制系統(tǒng)將放電電容充電電壓設(shè)置為計(jì)算值，保證入射波的幅值要求；

步驟6，觸發(fā)充電可控硅(2)，380V交流電通過變壓器(1)升壓后對(duì)放電電容(11)充電；觸發(fā)放電可控硅(5)，此時(shí)應(yīng)力波放大器(8)輸出的應(yīng)力波與實(shí)驗(yàn)要求的入射波一致。