[發明專利]用于測試材料在中應變率下的扭轉力學性能的測試裝置及測試方法

在審

• 申請號: 201810402275.6
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN110411862A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 李玉龍;劉琛琳;金康華;聶海亮;索濤
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01N3/26
• 分類號: G01N3/26
• 代理公司: 北京中珒知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11806
• 代理人: 趙婷

本發明提供一種用于測試材料在中應變率下的扭轉力學性能的測試裝置，包括扭轉波加載單元、波導桿單元以及數據采集單元，所述波導桿單元包括間隔設置的入射桿和透射桿，所述入射桿接收由所述扭轉波加載單元所加載的扭轉波，所述數據采集單元包括多對應變片以及數據采集器，多對應變片分別接入所述數據采集器，以通過所述數據采集器采集所述入射桿與所述透射桿的應變信號。本發明所述測試裝置以及測試方法實現了使用霍普金森桿實驗裝置對測試材料樣品進行中應變率的加載，從而使得在中應變率下測試各個材料的扭轉力學性能成為可能；再者，所述測試裝置中的扭轉波加載單元所產生的脈寬較長，足以使得測試材料樣品在中應變率下獲得足夠大的應變。

技術領域

本發明涉及材料力學性能測試技術領域，特別地涉及一種基于電磁力的應力波發生裝置的能夠測試材料在中應變率下的扭轉力學性能的測試裝置及測試方法。

背景技術

材料在實際的工程應用中受力狀態是十分復雜的，其變形的應變率范圍從10^-9～10⁷s^-1不等，因此就需要掌握材料在各個應變率下的力學特性。其中應變率為10^-9～10^-5s^-1時，測試材料力學性能的主要方法是使用蠕變試驗機；應變率為10^-5～10⁰s^-1時，采用的測試方法是傳統的液壓試驗機；應變率為10³～10⁵s^-1時，使用最廣泛的實驗技術是霍普金森桿實驗技術。除此之外，在應變率為10⁰～10³s^-1的中低應變率下，傳統的實驗裝置為落錘實驗機、旋轉飛輪試驗機和凸輪塑性計等；材料在不同的受力狀態下的力學表現是不同的，但傳統的中低應變率實驗裝置對材料施加的載荷狀態比較單一，因此目前中低應變率下的測試方法還是相當不完善的。靜態液壓試驗機和霍普金森桿也由于其裝置本身的限制，難以對試樣進行中低應變率的加載。

傳統的霍普金森桿由于其機械驅動的加載方式，所產生的應力波幅值與脈寬的范圍十分有限，因此改進傳統霍普金森桿的驅動方式是很有必要的。Hubert A Schmitt等人對電磁鉚接技術進行了研究，并申請了專利(美國專利：3961739,1974年5月7日)，之后Zieve Peter等人研制了低壓電磁鉚接技術(歐洲專利：0293257,1988年5月27日)，彌補了高壓電磁鉚接在鉚接質量和推廣應用方面存在的缺陷。在申請號為201420098605.4和201410161610.X的專利中，分別提出了將電磁鉚接裝置直接應用于霍普金森壓桿裝置中的設備方案和實驗方法，但此方法獲得的波形具有局限性。在申請號為201410171963.8和201410171963.8的兩個發明創造中中提出了一種基于電磁力的拉伸及壓縮應力波發生器實驗裝置以及使用方法，但這兩種方案結構比較復雜，且傳統的波形整形技術無法應用于拉伸情況。為了改善這種缺陷,隨后在申請號為201510956545.4的發明創造中,提出了一種新的加載槍結構,所述結構既可以產生拉伸波和壓縮波,又可以使用傳統的整形方式對波形進行整形。在申請號為201510051071的發明創造中，提出了一種電磁式實驗裝置的主線圈結構和使用方法，以提高電磁式實驗裝置所產生的幅值和脈沖寬度的變化范圍。

目前而言，若使用霍普金森桿實驗裝置來進行中應變率實驗(應變率范圍為10⁰～10³s^-1)，為了得到可以使試樣獲得充足變形的應變，霍普金森桿所產生的應力波形狀應該具有低幅值、長脈寬的特點，其中脈寬長度應在1ms～10ms之間。在傳統的由氣壓驅動的霍普金森桿加載裝置中，要達到這么長的脈寬，所需的子彈長度在數米左右。而長脈寬應力波在霍普金森桿中傳播時，為了清晰的記錄入射波和反射波的應變信號，所需的入射桿長度至少為子彈長度的兩倍，這就使得整個裝置的長度甚至有十幾米的長度，這顯然是不現實的。因此，中應變率下霍普金森桿實驗的數據采集也是一個重要的問題。

發明內容