[發明專利]一種單波導桿材料動態壓痕實驗方法

有效

• 申請號: 201710370833.0
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107121335B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 宋力;秦焜;蔣世婕
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01N3/06
• 分類號: G01N3/06;G01N3/48
• 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

本發明公開了一種單波導桿材料動態壓痕實驗方法，特點是在壓桿的右端部一體設置球形的壓頭，并在壓桿的左端部固定脈沖整形器，在壓桿的中部固定電阻應變片，然后分別在不安裝被測試件的狀態下進行撞擊實驗，在不安裝被測試件且去掉撞擊桿的狀態下進行實驗，最后在壓頭的右側放置被測試件，通過撞擊桿進行撞擊實驗，并將上述所測得的各個信號代入關系式，處理后，得到壓頭的壓入力、壓入速度和壓入位移時程曲線，實現對材料動態力學性能的測試；優點是通過該實驗方法可精確測得壓頭壓入被測試件過程中的壓入力、壓入位移和壓入速度時程曲線，且可用于應變率高達10⁵s^?1量級的材料動態力學特性的原位測試及工件動態力學性能的現場測試。

技術領域

本發明涉及一種用于測試材料動態力學特性的實驗方法，尤其涉及一種單波導桿材料動態壓痕實驗方法。

背景技術

工程材料的力學行為受到其應力狀態的明顯影響，而在動態加載條件下，材料的力學行為更與加載的速度(具體度量為應變率)相關，對于高應變率下材料力學性能的測量，現在實驗技術受到各種限制仍不盡完美。材料硬度實驗是工程界廣泛采用的材料力學性能的測試方法，簡單有效，而儀器化壓痕、納米壓痕實驗技術則是傳統硬度測量的進一步發展，可以測得壓入過程的變形與受力，但現有技術僅限于材料的靜態性能測試。雖然也有采用動態壓入的實驗技術如常見的里氏、肖氏硬度計等，但它們僅具有形式上的“動態”，并不能測得足夠的材料的動態力學響應的細節。

目前也有采用霍普金森壓桿來研究材料的動態力學特性，但現有的方法由于壓頭與壓桿的波阻抗不完全匹配，使得其實驗中壓入量時程測量的誤差不可忽略；又由于動態力傳感器的支承方式，使得壓入力的測量不可避免地含有附加振蕩，從而導致其整體的測量精度不高，且不適用于高加載速度下的測試。此外，在許多情況下，希望對于材料動態力學特性的測試能夠在其工作的環境下進行即所謂原位測試，而目前的動態硬度測試技術對此無能為力。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種可精確測得壓頭壓入材料過程的壓入力與壓入位移時程曲線，且可用于應變率高達10⁵s^-1量級的材料動態力學特性的原位測試及工件動態力學性能的現場測試的單波導桿材料動態壓痕實驗方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種單波導桿材料動態壓痕實驗方法，包括以下具體步驟：

(1)、在壓桿的右端部一體設置球形的壓頭，并在壓桿的左端部固定脈沖整形器；

(2)、在壓桿的中部固定電阻應變片，并將電阻應變片與信號調理器電連接，將信號調理器和計算機處理系統分別與數字示波器電連接；

(3)、在不安裝被測試件的狀態下進行撞擊實驗，具體為：發射撞擊桿，撞擊桿撞擊壓桿的左端，壓桿中的應力波在壓頭處發生自由面反射，電阻應變片分別測得壓桿中的入射波應變信號ε_i0(t)和反射波應變信號ε_ri(t)，同時測出壓頭的速度時程v_i(t)，然后通過傅立葉變換得到相應的頻域變量E_i0(ω)、E_ri(ω)和V_i(ω)，即E_i0(ω)＝F[ε_i0(t)]，E_ri(ω)＝F[ε_ri(t)]，V_i(ω)＝F[v_i(t)]；